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不同工作压力下六氟化硫气体液化时的温度
2021-09-21

武汉华天电力专业生产SF6综合测试仪


临界温度是六氟化硫气体出现液化的高温度临界压力表示在这个温度下出现液化所需的气体压力。六氟化硫只有在温度高于45度以上时才能保持气态,在通常使用条件下,它有液化的可能性,因此六氟化硫不能在低温度和过低压力下使用。



SF6综合测试仪


应用状态参数曲线图可以较方便地计算六氟化硫的状态参数,以及求取液化或固化的温度。


1.计算断路器内六氟化硫气体的充气体积


例如,某六氟化硫断路器,在20℃时工作压力为0.45 MPa,(表压),六氟化硫气体充装量为31kg,求断路器内部充气体积。


在20℃时工作压力0.45 MPa,则绝对压力为0.55 MPa,由20℃,0.55 MPa压力,查得图1-4歇直线簇中工作点S,估算这条经过S点的平行于斜直线簇的斜线的密度是35kg/ m3


则六氟化硫断路器的充气体积为:31/35=0.886 m3。


2.求六氟化硫断路器内部充气压力随外界温度变化而变化的允许范围


例如,在20℃时,上述充气工作压力为0.45 MPa,绝对压力为0.55 MPa的六氟化硫断路器。在环境温度升至30℃,若保持密度=35 kg/ m3不变,沿此斜线在图1-4的S点右侧查得30℃时,绝对压力为0.58 MPa,工作压力则为0.48MPa。而在温度降至-10℃时,沿密度=35 kg/ m3斜线可以在S点左侧查出-10℃时,绝对压力为0.49 Mpa,工作压力为0.39MPa。结果表明,外界温度在-10℃到30℃之间变化时,六氟化硫断路器的工作压力可以在0.39 MPa到0.48 MPa之间变化。(20℃时充气压力0.45 MPa)。


3.了解不同工作 压力下六氟化硫气体液化时的温度


上例中的六氟化硫断路器,20℃时工作压力0.45 MPa,密度=35 kg/ m3,工作点S,过S点的斜线交与AMB曲线于T点,此点温度t=-33℃,相应的工作压力为0.35 MPa。即此断路器中六氟化硫气体,在-33℃时开始液化。T点表示温度下降而出现凝结的液化点。


六氟化硫气体一旦开始液化,随温度继续下降,六氟化硫气体不断凝结成液体,气体的密度不再保持常数而是不断减小,而且气体的压力下降得更快。温度降到液化点并不表示全部气体立刻被凝结成液体,只是凝结的开始。但当温度继续降低,气体的压力、密度下降更快时,六氟化硫气体的绝缘、灭弧性能都迅速下降,所以六氟化硫断路器不允许工作温度低于液化点。


从曲线AMB可以看出,六氟化硫断路器工作压力(指表压)越高,液化温度越高。液化温度与断路器的工作压力有关。若按液化温度不高与-20℃计算,相应的在20℃时的绝对压力不应高与0.82 MPa,工作压力(表压)不应高于0.72 MPa。


断路器工作压力很低时,温度下降时可能不出现液化而直接凝成固体。


可知六氟化硫型断路器的使用环境条件为-30℃~+40℃,额定压力0.45MPa,闭锁压力0.4MPa,分析结果也可以用玻义耳-马略特气体状态方程PV/T=P1V1/T1进行计算验证。其中:P为压力;V为体积;T为温度(绝对温度) ;P1为变化后压力;V1为变化后体积;T1为变化后温度。  当体积不变,六氟化硫气体压力随着温度的变化而变化,可计算出LW8-35型断路器的六氟化硫气体压力变化值,将参数代入式中得: P1=P×T1/T0.45MPa×(273℃-39℃)/(273℃+20℃)=0.36MPa  当六氟化硫气体温度由20℃变至-39℃时,六氟化硫气体压力由0.45MPa变至0.36MPa,已经低于闭锁压力0.4MPa了。


结论:


1、六氟化硫的绝缘和灭弧性能主要取决于它的纯度和密度。而与压力无关。


2、当前大部分六氟化硫开关的气体状态监测装置多为“气体密度表”,其实,它反映的是“折算至20℃时,开关内气体的压力Mpa”,而不是当前桶内的真实压力。它由当前开关内压力的传感装置和双金属带构成的温度补偿装置联合构成。


3、“开关的充气压力”“开关铭牌上的额定压力”等平时呼称的压力均指“气体密度表的指示压力”。其实,它是开关内的气体绝对压力与外界大气压的差值。因此,将气体密度表的指示压力(简称‘表压’”或称“工作压力”)加上外界大气压力才是开关内的绝对压力。


4、气体的绝对压力指“气体对容器壁的正交压力”。


5、1标准大气压(atm)=101325Pa


1工程大气压(ata)=98000Pa


1Bar=100000Pa


6、开关内由于液化造成的气体密度减小和气体泄露对气体的绝缘和灭弧性能的影响是完全一样的。所以,当发生由于液化造成的气体密度的确切减小而使得开关发出“闭锁信号”时,不应该人为解除闭锁。


7、对于由于气体密度表的测量温度范围不适应现场实际要求的,应更换适宜的密度表。比如,密度表的标称的温度范围是-20至40度,而开关安装地的实际温度范围可能是-35至45度,这样,在极端情况下,密度表将不能真实的反映气体的密度。总之,就是要使得密度表的温度范围能涵盖实际可能的环境温度。


8、为了能够让极低温下的六氟化硫开关得以安全运行,有两种切实可行的办法:


A 在开关底部对开关桶进行加热;有的地区采用的这种办法,效果不错。但需要加装加温装置和保温措施。很麻烦。


B 使用六氟化硫-氮气混合气体开关,能使气体在工作压力下的液化温度降至-42度左右。大大适应了低温环境。

                                                                                                                                                         

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