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六氟化硫氣體體積、質(zhì)量如何換算
2020-5-27 16:07:35
六氟化硫氣體的質(zhì)量與體積的換算非常復(fù)雜，譜源氣體收集了一篇技術(shù)文檔供大家參考，非專業(yè)人士可能覺得六氟化硫氣體的換算確實(shí)讓人摸不著頭腦。譜源氣體小編也在不斷學(xué)習(xí)當(dāng)中，以后盡可能給大家一個(gè)非常簡單的換算方法，更多知識(shí)的學(xué)習(xí)關(guān)注我們譜源氣體。
譜源氣體小知識(shí)分享：
例如：
1.17（壓力12.5Mpa時(shí)sf6氣體的充裝系數(shù) ）× 40L（鋼瓶規(guī)格 ）≈50kg（sf6氣體凈含量）
1kg六氟化硫氣體從鋼瓶可放出約0.21方的氣體，一瓶50kg約放出來10個(gè)方的sf6氣體。
★可知SF6型斷路器的使用環(huán)境條件為-30℃～+40℃，額定壓力0.45MPa，閉鎖壓力0.4MPa，分析結(jié)果也可以用玻義耳-馬略特氣體狀態(tài)方程PV/T=P1V1/T1進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。其中：P為壓力；V為體積；T為溫度(絕對(duì)溫度)
；P1為變化后壓力；V1為變化后體積；T1為變化后溫度。
當(dāng)體積不變，SF6氣體壓力隨著溫度的變化而變化，可計(jì)算出LW8-35型斷路器的SF6氣體壓力變化值，將參數(shù)代入式中得：
P1=P×T1/T0.45MPa×(273℃-39℃)/(273℃+20℃)=0.36MPa
當(dāng)SF6氣體溫度由20℃變至-39℃時(shí)，SF6氣體壓力由0.45MPa變至0.36MPa，已經(jīng)低于閉鎖壓力0.4MPa了
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例如：
1.17（壓力12.5Mpa時(shí)sf6氣體的充裝系數(shù) ）× 40L（鋼瓶規(guī)格 ）≈50kg（sf6氣體凈含量）
1kg六氟化硫氣體從鋼瓶可放出約0.21方的氣體，一瓶50kg約放出來10個(gè)方的sf6氣體。
SF6氣體的壓力、體積、物質(zhì)的量和溫度的關(guān)系的相關(guān)知識(shí)
★六氟化硫，分子式SF6，相對(duì)分子質(zhì)量為146.06，常溫常壓下為無色、無味、無毒、無腐蝕性、不燃、不爆炸的氣體，密度約為空氣的5倍，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下密度為6.0886kg/立方米.在低溫和加壓情況下呈液態(tài)，冷凍后變成白色固體。升華溫度為-63.9℃,熔點(diǎn)-50.8℃,臨界溫度45.55℃，臨界壓力為3.759MPa。六氟化硫具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，卓越的電絕緣性和滅弧性能
★SF6氣體液化溫度:它在一個(gè)大氣壓下(即0.1MPa)，液化溫度為-62℃；在1.2MPa壓力下，液化溫度為0℃；一般充入斷路器的SF6氣體壓力為0.35～0.65MPa范圍(由充氣時(shí)的環(huán)境溫度具體確定)，其液化溫度為-40℃。
★臨界溫度是SF6氣體出現(xiàn)液化的最高溫度臨界壓力表示在這個(gè)溫度下出現(xiàn)液化所需的氣體壓力。SF6只有在溫度高于45度以上時(shí)才能保持氣態(tài)，在通常使用條件下，它有液化的可能性，因此SF6不能在低溫度和過低壓力下使用。
★SF6 的電氣強(qiáng)度約為空氣的2 . 5 倍，滅弧能力更高達(dá)空氣的100 倍以上，所以在超高壓和特高壓的范疇內(nèi)，它已完全取代絕緣油和壓縮空氣而成為唯一的斷路器滅弧媒質(zhì)。
★六氟化硫理化特性方面的若干問題氣體要作為絕緣媒質(zhì)應(yīng)用于工程實(shí)際，不但應(yīng)具有高電氣強(qiáng)度，而且還要具備良好的理今化特性。sF6氣體是唯一獲得廣泛應(yīng)用的強(qiáng)電負(fù)性氣體的原因即在于此.C 下面對(duì)SF6氣體實(shí)際應(yīng)用中的理化特性作一介紹：
（一）液化問題
現(xiàn)代sF6
高壓斷路器的氣壓在0 . 7Mpa 左右，而GIS 中除斷路器外其余部分的充氣壓力一般不超過0.45MPa 。，如果20℃ 時(shí)的充氣壓力為0 .
75MPa （相當(dāng)于斷路器中常用的工作氣壓）, 則對(duì)應(yīng)的液化溫度約為－25℃ ，如果20℃ 時(shí)的充氣壓力為0 . 45MPa
，則對(duì)應(yīng)的液化溫度為一40℃，可見一般不存在液化問題，只有在高寒地區(qū)才需要對(duì)斷路器采用加熱措施，或采用sF6-N2 混合氣體來降低液化溫度。
二）毒性分解物
純凈的SF6幾氣體是無毒惰性氣體，180 攝氏度以下時(shí)它與電氣設(shè)備中材料的相容性與氮?dú)庀嗨?但SF6 的分解物有毒，并對(duì)材料有腐蝕作用，因此必須采取措施以保證人身和設(shè)備的安全。
二、六氟化硫混合氣體
1 sF6 氣體價(jià)格較高
2 液化溫度不夠低
3 對(duì)電氣不均勻度太敏感
目前國內(nèi)外都在研究SF6混合氣體，以期在某些場合用SF6混合氣體來代替SF6
氣體.目前已獲工業(yè)應(yīng)用的是sF6 一N2 混合氣體，主要用作高寒地區(qū)斷路器的絕緣媒質(zhì)和滅弧材料，采用的混合比通常為50 % : 50 ％或60 % : 40 ％。
★在常壓-63℃時(shí)，變成無色的固體物質(zhì)。加壓時(shí)可熔化，其三相點(diǎn)參數(shù)為：t＝-50.8℃,p＝0.23MPa。
六氟化硫的臨界壓力和臨界溫度都很高，臨界壓力3.9MPa，臨界溫度為45.6℃。在臨界壓力和臨界溫度下六氟化硫氣體的密度是7.3g/L。
在3.9MPa以上的壓力，無論多么高，它的液化溫度都是45.6℃，是一條直線。因此，臨界溫度是液化的最高溫度，而臨界壓力是液化的最小壓力。
六氟化硫的熔點(diǎn)，其參數(shù)為TM=－50.8℃，PM=0.23 MPa，這點(diǎn)是氣、液、固三相共存狀態(tài)。B點(diǎn)為六氟化硫沸點(diǎn)，TB=－63.8℃，飽和蒸汽壓等于0.1 MPa。
★許多氣體在通常情況下，可視為理想氣體，它們的狀態(tài)參數(shù)之間存在簡單的關(guān)系，即理想氣體狀態(tài)方程式：
pV=mRT/M=nRT
式中：m——?dú)怏w質(zhì)量，g
P——?dú)怏w壓強(qiáng)，MPa
T——溫度，K
V——?dú)怏w體積，L
M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量，g/mol
R——摩爾氣體常數(shù)（=0.0082MPa·L/（K·mol））
從數(shù)學(xué)上說，當(dāng)一個(gè)方程中只含有1個(gè)未知量時(shí)，就可以計(jì)算出這個(gè)未知量。因此，在壓強(qiáng)、體積、溫度和所含物質(zhì)的量這4個(gè)量中，只要知道其中的3個(gè)量即可算出第四個(gè)量。這個(gè)方程根據(jù)需要計(jì)算的目標(biāo)不同，可以轉(zhuǎn)換為下面4個(gè)等效的公式：
求壓力： p=nRT/v
求體積： v=nRT/p
求所含物質(zhì)的量：n=pv/RT
求溫度：T=pv/nR
根據(jù)氣體狀態(tài)方程可以推斷氣體狀態(tài)變化時(shí)各參數(shù)之間的關(guān)系。例如氣體在等溫壓縮（或等溫膨脹）時(shí)，壓力與密度成正比。
★當(dāng)壓力高于0.3~0.5 MPa時(shí)，由于六氟化硫分子間 壓力與密度變化關(guān)系(t=20℃)
吸引力隨密度增大即分子間距離的減小而愈益顯著。 1—按理想氣體變化
實(shí)際的氣體壓力變化特性，與按理想氣體變化定律 2—六氟化硫氣體壓力變化
推導(dǎo)出來的各種關(guān)系式用來計(jì)算六氟化硫參數(shù)會(huì)產(chǎn)
生較大誤差。
在實(shí)際使用中，為較準(zhǔn)確地計(jì)算六氟化硫的狀態(tài)參數(shù)常采用經(jīng)驗(yàn)公式，下面的公式是比較
實(shí)用的。
P=56.2*10^-6*γ*T*(1+B)-γ^2*A
A=74.9*10^-6*(1-0.727*10^-3*γ)
B=2.51*10^-3*γ*(1-0.846*10^-3*γ)
其中，P為SF6氣體的壓力 MPa
γ為氣體的密度 kg/m^3
T為氣體的溫度 K
T=t+273.15
★六氟化硫氣體狀態(tài)參數(shù)曲線的應(yīng)用
應(yīng)用狀態(tài)參數(shù)曲線圖可以較方便地計(jì)算六氟化硫的狀態(tài)參數(shù)，以及求取液化或固化的溫度。
1.計(jì)算斷路器內(nèi)六氟化硫氣體的充氣體積
例如，某六氟化硫斷路器，在20℃時(shí)工作壓力為0.45 MPa，（表壓），六氟化硫氣體充裝量為31kg，求斷路器內(nèi)部充氣體積。
在20℃時(shí)工作壓力0.45 MPa，則絕對(duì)壓力為0.55 MPa，由20℃，0.55 MPa壓力，查得圖1-4歇直線簇中工作點(diǎn)S，估算這條經(jīng)過S點(diǎn)的平行于斜直線簇的斜線的密度是35kg/ m3
則六氟化硫斷路器的充氣體積為：31/35=0.886 m3。
2.求六氟化硫斷路器內(nèi)部充氣壓力隨外界溫度變化而變化的允許范圍
例如，在20℃時(shí)，上述充氣工作壓力為0.45
MPa，絕對(duì)壓力為0.55 MPa的六氟化硫斷路器。在環(huán)境溫度升至30℃，若保持密度=35 kg/
m3不變，沿此斜線在圖1-4的S點(diǎn)右側(cè)查得30℃時(shí)，絕對(duì)壓力為0.58 MPa，工作壓力則為0.48MPa。而在溫度降至－10℃時(shí)，沿密度=35
kg/ m3斜線可以在S點(diǎn)左側(cè)查出-10℃時(shí)，絕對(duì)壓力為0.49
Mpa，工作壓力為0.39MPa。結(jié)果表明，外界溫度在－10℃到30℃之間變化時(shí)，六氟化硫斷路器的工作壓力可以在0.39 MPa到0.48
MPa之間變化。（20℃時(shí)充氣壓力0.45 MPa）。
3.了解不同工作 壓力下六氟化硫氣體液化時(shí)的溫度
上例中的六氟化硫斷路器，20℃時(shí)工作壓力0.45
MPa，密度=35 kg/ m3，工作點(diǎn)S，過S點(diǎn)的斜線交與AMB曲線于T點(diǎn)，此點(diǎn)溫度t=－33℃，相應(yīng)的工作壓力為0.35
MPa。即此斷路器中六氟化硫氣體，在－33℃時(shí)開始液化。T點(diǎn)表示溫度下降而出現(xiàn)凝結(jié)的液化點(diǎn)。
六氟化硫氣體一旦開始液化，隨溫度繼續(xù)下降，六氟化硫氣體不斷凝結(jié)成液體，氣體的密度不再保持常數(shù)而是不斷減小，而且氣體的壓力下降得更快。溫度降到液化點(diǎn)并不表示全部氣體立刻被凝結(jié)成液體，只是凝結(jié)的開始。但當(dāng)溫度繼續(xù)降低，氣體的壓力、密度下降更快時(shí)，六氟化硫氣體的絕緣、滅弧性能都迅速下降，所以六氟化硫斷路器不允許工作溫度低于液化點(diǎn)。
從曲線AMB可以看出，六氟化硫斷路器工作壓力（指表壓）越高，液化溫度越高。液化溫度與斷路器的工作壓力有關(guān)。若按液化溫度不高與－20℃計(jì)算，相應(yīng)的在20℃時(shí)的絕對(duì)壓力不應(yīng)高與0.82 MPa，工作壓力（表壓）不應(yīng)高于0.72 MPa。
斷路器工作壓力很低時(shí)，溫度下降時(shí)可能不出現(xiàn)液化而直接凝成固體。
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