这种气体,比二氧化碳还坏23900倍!

厄尔尼诺卷土重来!是不是有一种“天一年比一年更热了”的体会?

  说到厄尔尼诺,就离不开温室效应,一提到温室效应,相信大部分人首先想到的是CO2,然而人类活动排放的温室气体一共有六种(二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫),早在1997年通过的抑制全球气候变暖《京都议定书》中,我们今天的主角SF6气体(六氟化硫)就已经被列入受限制的6种温室气体之一。

那么,什么是SF6?

  SF6气体已有百年历史,它是法国两位化学家MoissanLebeau1900年合成的人造惰性气体。当前SF6气体主要用于电力工业中。SF6具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能。电气工业利用其很高介电强度和良好的灭电弧性能,用作高压开关、大容量变压器、高压电缆和气体的绝缘材料。  

 

SF6气体密度高到可以让锡纸飘在上面)  

  随着电力需求量的不断增长,像SF6这样具有占用空间小(特别是在拥挤的城市中)、对污染敏感度较低、运行维护成本低等优点的气体绝缘被广泛应用。  

  然而,作为温室气体之一的绝缘气体SF6对环境的影响也引起了越来越广泛的关注。研究表明:SF6气体单个分子对温室效应的影响约为CO223900倍,2020年将被限制使用甚至禁用。同时,排放在大气中的SF6气体寿命特长,3400年。因此,现在各国的研究机构、大的电器制造公司都在积极开展环保型绝缘气体的研究和新型GIS的开发研制工作。特别对于发展中国家,生态环境比较恶劣,开展替代气体研究,寻找适合人类生存环境条件的绝缘气体,具有十分重要的意义。若一旦研制成功出新一代环保型的GIS设备,在高压、超高压甚至特高压电力系统中应用,将产生巨大的社会效益和经济效益。  

环保型绝缘气体的发展之 SF6混合气体代替纯SF6气体

  研究表明,在SF6中加入N2CO2或空气等普通气体构成二元混合气体已显出多方面的优越性。在相同的气体总压力情况下,SF6混合气体的液化温度比纯SF6气体低。因此在高寒地区的断路器,可采用SF6混合气体来代替纯SF6气体,以防止气体在低温下液化。另外在SF6中添加某些气体,可以减小电极表面的粗糙效应,对局部强电场的敏感度比纯SF6要小。可使极不均匀电场中正极性击穿电压明显提高。再者,使用SF6与常见气体如N2CO2或空气构成的二元混合气体,可使气体成本大幅度降低,同时也降低了GWP(全球变暖潜值)然而,有文献对SF6/N2混合物的灭弧性能进行了研究,25%的N2含量时和纯SF6有相同的开断性能,而50%的N2时开断性能较差。因此,就SF6混合气体的开断性能来说,不能应用于高压断路器中。  

 

  对SF6/N2SF6/CO2等混合气体的研究,其出发点是在保证一定耐电强度和改善绝缘性能的基础上,在一定程度上减少SF6气体的使用量,扩大SF6的应用环境。但是为了保证高的耐电强度和灭弧性能,SF6混合比一般不小于50%SF6混合气体的温室效应指数仍然是纯SF6气体的1/2以上,不能从根本上解决SF6的温室效应问题。

环保型绝缘气体的发展之更环保的绝缘气体替代

  从长远的角度来看,不管是用混合气体替代纯SF6气体,还是采用保守的方法(比如泄漏的检测、封堵、回收),只要还在使用SF6气体,就无法从根本上解决SF6气体对环境的危害。SF6的温室效应问题是一个不容忽视的全球问题,要彻底解决这一问题,则需要用温室效应较小而耐电强度与SF6相当的绝缘气体替代。  

正如从SF6气体分子结构分析,SF6气体具有高的绝缘能力是因为它是一种强电负性气体。电负性气体的耐电强度都很高,其主要原因是其在低能范围内的附着截面比较大,易于附着电子形成负离子,而负离子的运动速度远小于电子,很容易和正离子发生复合,使气体中带电质点减少,因而放电的形成和发展比较困难。其次是这些气体的分子量和分子直径都较大,使电子在其中的自由行程缩短,不易积聚能量,因而减少了电子碰撞电离的能力。  

  所以,在研究新的绝缘气体替代SF6工作中,应该选择电负性气体或卤化气体,实现高的绝缘能力,且具有较低的游离温度形成的高导热性能,以及复合截面大、低卤化成分的、环境友好的低GWP值特性。  

——部分节选自《气体绝缘与GIS》绪论  

   

 

来源:上海交通大学出版社微信公众号 作者:整理报道 编辑:诺敏 吴堃  更新时间:2017-03-19 19:42:49【关闭

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