六氟化硫(SF6, Sulfur Hexafluoride)是一种无色、无臭、无毒、不燃的稳定气体,化学式SF₆。它的分子量为146.07,在20℃和0.1 MPa时密度为6.1kg/m3,约为空气密度的5倍。六氟化硫在常温常压下为气态。
六氟化硫SF6是强电负性气体,它的分子极易吸附自由电子而形成质量大的负离子,削弱气体中碰撞电离过程,因此其电气绝缘强度很高,在均匀电场中约为空气绝缘强度的2.5倍。SF6气体在t≈2000K时出现热分解高峰,因此在交流电弧电流过零时,SF6对弧道的冷却作用比空气强得多,其灭弧能力约为空气的100倍。由于SF6气体具有优良的灭弧性能和绝缘性能以及良好的化学稳定性,它从20世纪50年代末开始被用作高压断路器的灭弧介质。在超高压和特高压断路器中,SF6作为灭弧介质,已取代油,并已大量取代了压缩空气。
二、SF6纯度传感器测量原理
在高压开关中,需要测试SF6纯度,保证SF6气体绝缘性。SF6纯度一般在90%~100%Vol.。目前SF6纯度传感器测量方法主要有热导式和非分散红外(NDIR)方法。其中热导式SF6纯度传感器测量原理是*准确、*可靠的方法。
1、热导式SF6纯度传感器测量原理
热导式SF6纯度传感器测量是*经典的方式,近些年来由于非分散红外(NDIR)技术的进步,热导式方式测量SF6气体浓度一度受到冷落和遗忘。但后来工程师发现非分散红外(NDIR)方法测量六氟化硫纯度有很大的缺陷,他们也逐步回到*经典的热导率的方法上。
根据被测SF6气体和背景气体的热导率数不同来计算其中SF6气体组份的含量。当敏感元件吸附被测气体时,热导率发生变化,通过调理电路将热导系数变化转为电压变化,据此可检测气体中浓度或含量。利用各种气体不同的热导系数,即具有不同的热传导速率来进行测量的。当被测气体FS6以恒定的流速流入六氟化硫纯度传感器时,热导池内的铂热电阻丝的阻值会因被测气体SF6的浓度变化而变化,运用惠斯顿电桥将阻值信号转换成电信号,通过电路处理将信号放大、温度补偿、线性化,使其成为六氟化硫浓度测量值。
热导式SF6纯度传感器具有精度高,重复好和波动性小受到市场应用广泛欢迎,目前也重新赢得工程师的信赖。
2、非分散红外(NDIR)SF6纯度传感器测量原理
SF6纯度传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性,利用气体浓度与吸收强度关系(朗伯-比尔Lambert-Beer定律)鉴别)鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。SF6气体分子在10.55微米附近有很强的吸收,因此红外六氟化硫传感器采用此波长来测量其浓度。
由于黑体光源、热释电探测器和滤光片的技术发展,非分散红外(NDIR)原理六氟化硫纯度传感器,因为新技术和低功耗一度受到追捧。应用工程师后来发现由于SF6纯度传感器在10.55um波长附近非常强,信号大。另外六氟化硫气体测试的范围在90~100%Vol.,输出信号趋于饱和,在此范围内传感器读数波动大,可达+/-1%;重复性差,无法满足SF6气体纯度测试。近些年来,应用工程师也回归到用*经典的热导式方法来测试SF6气体纯度。