GIS设备中的SF6-CF4混合气体
一．SF6-CF4混合气体 1.SF6基本特性
1 2 3 4 5 分子量 密度，kg/m3 （20℃，0.1MPa） 沸点，℃（0.1MPa） 临界温度，℃ 电气性能 146 6.07 -63.8 45.6 电负性气体 介电常数（20℃，0.1MPa）1.002 在常压下是一种无色、无臭、无毒、不燃、无腐蚀的惰性气态物质，化学稳定性强，500℃-600℃不分解，和酸、碱、 盐、氨、水等不反应，在电弧作用下（几千度）分解为S和F的原子气，但电孤一旦解除 便复合成SF6。 6 化学性质 2.CF4基本特性
1 2 3 4 5 分子量 密度，kg/m3 （20℃，0.1MPa） 沸点，℃（0.1MPa） 临界温度，℃ 电气性能 88 3.86 -128.1 -45.67 电负性气体 介电常数（20℃，0.1MPa）1.001 在常温下，是无色、无臭、不燃的易压缩性气体，挥发性较高，是最稳定的有机化合物之一，不易溶于水。在900℃以下不与铜、镍、钨、钼反应，仅在碳弧温度下缓慢分解，微溶于水，在25℃及0.1Mpa下其溶解度为0.0015%（重量比），1000℃不与碳、氢、及甲烷反应，室温下可与液氨-金属钠试剂反应，高温下可与碱金属、碱土金属及SiO2反应，生产相应的氟化物。四氟化碳在800℃下开始分解，在电弧作用下可与CO、CO2反应生产COF2，与可燃性气体燃烧时，会分解产生有毒氟化物。 6 化学性质 3.SF6-CF4混合气体基本特性
(1)SF6与CF4气体混合后不发生化学反应，两种气体仍保持各自物理和化学特性，但在充气过程的搅拌作用和气体分子扩散运动作用下能
实现均匀混合并保持稳态。
(2)混合气体在低温下的液化取决于混合气体中各气体在分压力下的液化温度。故对SF6-CF4混合气体应分别考虑两种气体所占分压力对应的液化点。CF4气体临界温度为-45.67℃，即在该温度以上无论如何增加CF4气体分压力，CF4气体都不会液化；当温度低于-45.67℃时，同等压力的CF4气体液化温度远低于SF6，故应先考虑SF6气体的液化点。
图1为纯SF6气体的液化曲线，混合气体中SF6的液化曲线与其相同，只是对应的压力指SF6气体的分压力Pr×[P1/(P1+P2)],在组合电器中：Pr为额定绝对压力，P1/P2为SF6与CF4压力比。以额定压力0.6MPa（20℃，表压），SF6与CF4压力比3/2为例，SF6气体的分压力0.7×0.6=0.42MPa（20℃，绝对压力）；带入该密度下SF6气体Beattie-Bridgman公式可得SF6分压力与温度关系为P=1523.4×T-47800，单位Pa。
（3）用混合气体代替纯SF6气体的前提条件是保证其绝缘强度不应降低太多。如当SF6含量为50%时,SF6-CF4混合气体在均匀电场中的耐电强度为纯SF6气体的75%以上,但在不均匀电场中,在SF6气体中充入一定比例的CF4,可使绝缘强度大大提高(参见1996 年KuffelE的报告“Summaryofresultsonbreak-downandcoronainceptionvoltagecharacteristics inSF6-CF4mixtures”),如图2所示,图中c(SF6)为SF6在混合气体中所占的百分浓度,曲线1、 2、3表示工频、冲击、直流击穿电压(20mm间隙电场，0.2MPa,20℃)。
图2 二．GIS设备中SF6-CF4混合气体的管理 1.SF6-CF4混合气体的注入、补充及纯度保证
SF6-CF4混合气体应按事先确定的压力比分别将高纯SF6及CF4气体注入GIS设备。仍以额定压力0.6MPa（20℃，表压），SF6与CF4压力比3/2为例:
第一步----将气室抽真空至100Pa以下；
第二部----注入高纯SF6气体至表压0.32MPa（绝对分压力0.42MPa）。 第三部----注入高纯CF4气体至表压0.6MPa（绝对分压力0.28MPa）。 在气室内气体泄漏至一定程度需要补充SF6-CF4混合气体时也应按最初确定的压力比进行补气，既可以将按压力比混合好的混合气体直接补入，也可以按该压力比先补入一定压力的高纯SF6再补入相应压力的高纯CF4。
充入或补入的混合气体的纯度主要靠注入的SF6与CF4气体本身的纯度保证。SF6-CF4的混合比例没有必要做出纯度精确级的要求，注入过程中也无法实现纯度精确级的控制。 2.SF6-CF4混合气体的微水检测
图3为SF6电器中在不同压力下的“0℃露点界限”、“水分管理界限”和“刚充气产品水分合格线”。
图3
气室中水分的含量有两种表示方法，水分压P1和水分体积浓度X。P1=XP2 (P2为气室绝对压力)。根据0℃时水蒸气饱和压力即可得出不同气室压力下“0℃露点临界限”。
根据气室中水蒸气含量为“0℃露点临界限”30%可得出“水分管
理界限”。
在实际产品中考虑到开关在运行后的水分入侵及将水分控制在更低的水平，按照气室水蒸气含量为“水分管理界限”一半考虑，可确定“刚充气产品水分合格线”。
由上述分析可以看出，GIS设备中的微水检测与其所充气体种类并无关系，故GIS设备中SF6-CF4混合气体的微水检测与充纯SF6并无不同。
3.SF6-CF4混合气体泄漏率的检测
现有标准以年泄露率小于0.5%来规定以SF6作为绝缘介质的组合电器设备的介质流失速率和设备的密封性能。我们仍可采用这一标准来评价以SF6-CF4混合气体为绝缘介质的组合电器设备的介质流失速率和设备的密封性能。
这个0.5%中应包含SF6和CF4两种气体的量。现有检漏仪检测目标均为泄漏的SF6气体的体积浓度，所以在代入泄漏量计算公式时测得的SF6气体浓度应除以混合气体中SF6的压力百分比。 4.SF6-CF4混合气体在GIS中的主要电弧分解物杂质
SF6-CF4混合气体在电弧作用下与开关内部主要金属材料、绝缘材料及气体中所含的微量水分和氧气会生成如下以固体粉末或气态形式存在的杂质：AlF3、CuF2、SOF2、SO、SO2F2、S2F10O、HF、COF2。与纯SF6气体比较，因气体主要成分含有CF4，故杂质成分中剔除了CF4,出现了COF2。