SF6（六氟化硫）由法國(guó)兩位化學(xué)家于1900年合成，為自然界沒(méi)有的人造氣體。從20世紀(jì)60年代起，SF6被成功應(yīng)用到高壓開關(guān)設(shè)備作為絕緣和滅弧介質(zhì)。

SF6除應(yīng)用在SF6高壓電氣開關(guān)設(shè)備外，還應(yīng)用在SF6變壓器、SF6互感器、SF6避雷器、SF6充氣電纜等高壓電器設(shè)備。SF6具有優(yōu)異的滅弧與絕緣性能。通過(guò)幾十年的應(yīng)用實(shí)踐證明，沒(méi)有任何一種其它介質(zhì)可以與之相*，預(yù)計(jì)在今后幾十年中也無(wú)可替代。

1、 性能優(yōu)異的SF6氣體

SF6氣體已有百年歷史，它是法國(guó)兩位化學(xué)家Moissan和Lebeau于1900年合成的，1947年提供商用。當(dāng)前SF6氣體主要用于電力工業(yè)中。SF6氣體用于4種類型的電氣設(shè)備作為絕緣和/或滅?。篠F6斷路器及GIS、SF6負(fù)荷開關(guān)設(shè)備、SF6絕緣輸電管線、SF6變壓器及SF6絕緣變電站。從用氣量講，80%用于高中壓電力設(shè)備。

SF6氣體之所以適用于電力設(shè)備，主要有如下特性：

?強(qiáng)電負(fù)性，具有優(yōu)異的滅弧性能；

?絕緣強(qiáng)度高，在大氣壓下為空氣的3倍；

?熱傳導(dǎo)性能好且易復(fù)合，特別是當(dāng)SF6氣體由于放電或電弧作用出現(xiàn)離解時(shí)；

?可在小的氣罐內(nèi)儲(chǔ)存，這是因?yàn)槭覝叵录痈邏毫σ滓夯?/span>

?供氣方便，價(jià)格不貴且穩(wěn)定。

2、SF6氣體的化學(xué)特性

SF6氣體的主要化學(xué)性能見(jiàn)表1。如上所述，SF6是一種非常穩(wěn)定的且呈現(xiàn)惰性的氣體，它無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不燃且不溶于水。它是*不活潑的已知?dú)怏w之一，而且在通常條件下，它不侵蝕與它接觸的物質(zhì)。

表1 SF6的主要化學(xué)特性

分子式	SF6
摩爾質(zhì)量	146.05g/mol
硫含量	21.95%①
氟含量	78.05%①
分子結(jié)構(gòu)	在6個(gè)棱角上帶有氟原子的八面體
鍵	共價(jià)鍵
碰撞截面	4.77A
分解溫度	500℃
①均指質(zhì)量分?jǐn)?shù)

 

3、SF6氣體的物理特性

SF6是*重要的已知?dú)怏w之一。在通常條件下，它大約比空氣重5倍。在同空氣未充分混合的條件下，此氣體有向低處積聚的傾向?？繉?duì)流和擴(kuò)散同空氣混合緩慢，但一經(jīng)混合，則不再分離。雖然SF6氣體的熱導(dǎo)率低，但由于其粘度較低且密度較高，故總的熱導(dǎo)率好于空氣25倍。在輸配電設(shè)備中，SF6通常的壓力范圍在0.1MPa和0.9MPa（*壓力）之間。表2給出SF6主要物理特性。

表2在壓力0.1MPa和溫度25℃下SF6的主要物理特性

密度	6.14㎏/ m3
熱導(dǎo)率	0.013W/(m·k)
臨界點(diǎn)
溫度	45.55℃
密度	730㎏/m3
壓力	3.78MPa(絕緣氣壓)
聲速	136m/s
折射率	1.000783
生成熱	-1221.66J/mol
定壓比熱	96.60J/(mol·k)
狀態(tài)平衡	見(jiàn)圖1

 

4、SF6氣體的電氣特性

SF6氣體具有優(yōu)異的絕緣性能，是由于其分子的電負(fù)性。SF6氣體具有吸附自由電子而構(gòu)成重離子的明顯趨向。重離子的遷移率低，使之電子崩的發(fā)展很困難。

SF6的擊穿場(chǎng)強(qiáng)為空氣的2.5~3倍。在高壓開關(guān)設(shè)備中，SF6氣體的工作壓力如為0.6MPa，此時(shí)擊穿場(chǎng)強(qiáng)高出0.1MP a時(shí)空氣的10倍。因此，使用SF6氣體的高壓開關(guān)設(shè)備，能大幅度地減小占地面積和體積。空氣與SF6開關(guān)設(shè)備的占地面積之比為30：1。

SF6是一種具有優(yōu)異滅弧性能的氣體，這是因?yàn)樗碾x解溫度低，且離解能量大。

在SF6中，電流過(guò)零前的截流小，且由此避免了高的過(guò)電壓，這是由于電弧在SF6內(nèi)冷卻時(shí)直至相當(dāng)?shù)偷臏囟龋詫?dǎo)電。SF6的主要電氣性能見(jiàn)表3。

表3 SF6的主要電氣特性

相對(duì)于壓力的臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)	89V/m·Pa
在25℃和0.1 MPa*氣壓下的相對(duì)介電常數(shù)	1.00204
在25℃和0.1 MPa*氣壓下的損耗因數(shù)（tanδ）	<2×10-7
有效電離系數(shù)	a=Ap(E/p-B) a1/m EV/m PPa A 2.8*10ˉ2

 

5、SF6氣體的純度

由于制造過(guò)程的緣故，市場(chǎng)上提供的SF6氣體不是很純的。IEC376標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出SF6中*大允許的雜質(zhì)水平見(jiàn)表4。

表4新SF6中*大允許的雜質(zhì)水平

雜質(zhì)	*大允許值
CF4	500×10-6重量比
O2+N2	500×10-6重量比
水	15×10-6重量比
酸度(以HF表示)	0.3×10-6重量比
水解氟化物(以HF表示)	1.0×10-6重量比

純SF6氣體無(wú)毒，在生物學(xué)上不活潑。用動(dòng)物和人進(jìn)行試驗(yàn)表明，當(dāng)存在直至80%SF6和20%O2時(shí)，沒(méi)有感受不良的影響。

因此，當(dāng)大氣中含有較高比例的SF6時(shí)，對(duì)于工作人員每天工作8小時(shí)，每周工作5天的場(chǎng)所，規(guī)定*大含量為1000×10-6。

對(duì)SF6氣體而言，這個(gè)界限值要低于危險(xiǎn)水平兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。新SF6氣體對(duì)健康無(wú)生態(tài)中毒、致變和致癌（既無(wú)基因中毒，也無(wú)后天生成）的作用。

SF6在標(biāo)準(zhǔn)條件下無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒性，不會(huì)燃燒，化學(xué)性能穩(wěn)定，不與其他材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。SF6氣體既不燃燒，又不助燃，且有良好的絕緣性能，是一種很理想的滅弧和絕緣介質(zhì)。

SF6分子量較大，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，溫度273K時(shí)，密度為6.14KG/m3，約為空氣質(zhì)量的5倍，分子量為146.05g/mal，其中含硫21.95%，含氟78.05%。同樣體積和壓力的SF6比空氣重得多，所以純SF6氣體本身雖無(wú)毒，但有窒息作用。SF6氣體本身是不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，它的一個(gè)重要特點(diǎn)是電場(chǎng)均勻性對(duì)擊穿電壓的影響遠(yuǎn)比大氣壓下的空氣大，與高氣壓下空氣的擊穿特性相近。用于斷路器中的SF6氣體應(yīng)保證其純度，嚴(yán)格控制水分和雜質(zhì)含量。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB12022規(guī)定SF6純度為≥99.8%。在我國(guó)，SF6氣體必須滿足GB12022標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表5。

表5 SF6氣體標(biāo)準(zhǔn)

指標(biāo)名稱	指標(biāo)
六氟化硫(SF6)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≥ 空氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤ 四氟化碳(CF4)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤ 水分(H2O)/×10-6≤ 酸度(以HF計(jì))/×10-6≤ 可水解氟化物(以HF計(jì))/×10-6≤ 礦物油/×10-6≤ 毒性≤	99.8 0.05 0.05 8 0.3 1 10 生物試驗(yàn)無(wú)毒

 

由表可見(jiàn)，國(guó)際規(guī)定的水分為8×10-6重量比。比IEC規(guī)定的低。純凈的SF6氣體是無(wú)毒的。檢驗(yàn)方法是用79%SF6與21%O2混合，即相當(dāng)于以SF6取代空氣中的N2，作動(dòng)物試驗(yàn)暴露24h后應(yīng)無(wú)中毒癥狀。

 

6、SF6氣體的分解特性

SF6氣體的分解主要有三種情況：在電弧作用下的分解；在電暈、火花和局部放電下的分解；在高溫下的催化分解。

純SF6無(wú)腐蝕，但其分解物遇水后會(huì)變成腐蝕性電解質(zhì)，會(huì)對(duì)設(shè)備內(nèi)部某些材料造成損害及運(yùn)行故障。通常使用的材料如鋁、鋼、銅、黃銅幾乎不受侵蝕，但玻璃、瓷、絕緣紙及類似材料易受損害，而且與腐蝕物質(zhì)的含量有關(guān)。其他絕緣材料如環(huán)氧樹脂、聚酯、聚乙烯、氧化聚甲烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等所受影響不大。在這里，重要是設(shè)計(jì)時(shí)，一定要采取結(jié)構(gòu)措施。可以采用徹底排除潮氣和采用合適的材料防止腐蝕。清除運(yùn)行中設(shè)備內(nèi)的潮氣和SF6分解物，可以用吸附劑將其減少到可接受的水平。為此，可采用氧化鋁、堿石灰、分子篩或它們的混合物。

處理從設(shè)備中取出的分解物，若是酸性成分可用堿性化合物生成硫化鈣或氟化鈣來(lái)降低。大多數(shù)固態(tài)反應(yīng)物不溶于水，或難溶解，但某些金屬氟化物能同水反應(yīng)成氫氟酸。因此，必須用氫氧化鈣（石灰）去處理固態(tài)分解物。

7、SF6氣體的替代氣體

作為電力設(shè)備中SF6氣體的替代氣體，人們研究了許多氣體，諸如空氣、N2、CO2、H2、惰性氣體（如He、Ar等）。其中作為滅弧與絕緣的氣體，主要是N2和CO2。SF6氣體、N2和CO2的物理特性見(jiàn)表6。

項(xiàng)目	SF6	N2	CO2
分子量	146.06	28.01	44.01
密度	5.9	1.1	1.8
地球溫室效應(yīng)系數(shù)	23900	——	1
破壞臭氧層效應(yīng)系數(shù)	——	——	——
毒性	——	——	——
化學(xué)穩(wěn)定性	穩(wěn)定	穩(wěn)定	穩(wěn)定
燃性	無(wú)	無(wú)	無(wú)
沸點(diǎn)(℃)	-51	-198	-78
一個(gè)大氣壓下的絕緣強(qiáng)度(%)	100(-)	25(+)	34(-)
燃弧時(shí)間常數(shù)(μs)	0.8	220	15

SF6氣體、N2和CO2的基本物理特性比較

由表6可見(jiàn)，負(fù)極性雷電沖擊電壓SF6和CO2承受作用電壓的量綱，而N2為正極性雷電沖擊電壓。若取同一量綱下SF6和CO2壓力比率為因數(shù)KP，則對(duì)非均勻電場(chǎng)而言，KP≈3.5，對(duì)均勻電場(chǎng)而言，KP≈3。這*是說(shuō)，如果中壓SF6斷路器充氣壓力為2~3bar，而充CO2的壓力則為6~10bar，才能達(dá)到同一性能。

由表6還可見(jiàn)，從溫室效應(yīng)看，若取CO2的全球變暖系數(shù)為1，則SF6為23900。也*是說(shuō)，SF6一個(gè)分子對(duì)溫室效應(yīng)的影響是CO2的23900倍。但從宏觀上看，CO2排放量對(duì)溫室效應(yīng)的影響占60%以上，而SF6的排放量較小，僅占0.1%。SF6和CO2都是溫室效應(yīng)氣體，而且CO2是造成溫室效應(yīng)的元兇。

從絕緣角度看，CO2氣體明顯比SF6氣體差。一個(gè)大氣壓下，CO2氣體的絕緣強(qiáng)度約為SF6三分之一（34%）。但CO2與N2相比，在0.9MPA下CO2的50%放電電壓高出N2 35%。

從滅弧角度看，以燃弧時(shí)間常數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。燃弧時(shí)間常數(shù)反映隨電流變化的電弧電導(dǎo)瞬變速度。燃弧時(shí)間越短，該氣體的熱開斷性越好。CO2的燃弧時(shí)間（15μs）比SF6（8μs）長(zhǎng)得多，但卻比N2（220 μs）小得多。

從沸點(diǎn)角度看，CO2優(yōu)于SF6，SF6為-51℃，而CO2為-78℃，即使在0.1MPa/-40℃下CO2仍然保持氣體狀態(tài)。

由以上分析可見(jiàn)，SF6氣體從全面看，是一種難得的具有優(yōu)異滅弧和絕緣氣體。迄今的研究表明，沒(méi)有一種氣體可與SF6相*，有它那樣優(yōu)異的絕緣和滅弧性能。

 

8、SF6混合氣體

對(duì)于SF6混合氣體研究*多的是N2/SF6混合氣體。這種混合氣體適用于絕緣。以下介紹國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議這方面的研究。

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIORE）組成特別工作組織（TASK FORCE D1.03.10），研究了N2/SF6混合氣體的絕緣性能及其使用方法，特別在氣體絕緣輸電管線（GIL）的使用。研究的目的，一方面是減少對(duì)溫室效應(yīng)的影響；二是使用混合氣體可降低費(fèi)用，這特別對(duì)用氣量大的GIL很重要。

研究成果匯編成技術(shù)小冊(cè)子260號(hào)（the Technical Brochure No.260）。現(xiàn)將研究結(jié)果簡(jiǎn)述于下。

N2/SF6混合氣體具有良好的絕緣性能，即使在SF6含量低的情況下。用SF6氣體含量10%~20%，*可以達(dá)到適當(dāng)?shù)慕^緣性能，而10%~20%SF6氣體含量從技術(shù)、生態(tài)和環(huán)境等方面考慮，用于GIL都是合適的。為了達(dá)到純SF6氣體的絕緣強(qiáng)度，只需適當(dāng)提高壓力約45%~70%，而且SF6的用量及其漏氣率將減少約70%~85%。由于電極曲率和粗糙度而引起的場(chǎng)強(qiáng)增加也在設(shè)備設(shè)計(jì)中容易考慮。

這種混合氣體中，在有雜質(zhì)存在下的擊穿電壓略低于具有同等絕緣強(qiáng)度的純SF6氣體。但現(xiàn)有的診斷裝置可用于這種混合氣體，它比在純SF6氣體具有同等或更高的檢測(cè)靈敏度。帶電件處固定雜質(zhì)的放電電流和信號(hào)發(fā)射與純SF6氣體類似。活動(dòng)雜質(zhì)的信號(hào)發(fā)射與氣體類型和混合比例無(wú)關(guān)。

這種混合氣體的電流零點(diǎn)滅弧能力及電流開斷性能均差，即使是隔離開關(guān)對(duì)母線小的充電電流的開斷能力也會(huì)大大降級(jí)。先導(dǎo)放電通道更為經(jīng)常地改變方向。在這種混合氣體中比在純SF6氣體中，存在先導(dǎo)放電分支和觸頭間燃弧時(shí)對(duì)地閃絡(luò)的更大風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)地閃絡(luò)是由于先導(dǎo)放電在觸頭中傳播時(shí)分支的緣故。當(dāng)觸頭間的縱向電場(chǎng)突然變成橫向電場(chǎng)，而且連續(xù)接觸頭的主先導(dǎo)產(chǎn)生側(cè)向分支形成對(duì)地橫向電場(chǎng)時(shí)，*會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。N2/SF6混合氣體開斷能力差，*是由于先導(dǎo)階躍比在純SF6氣體中數(shù)量多，且先導(dǎo)階躍變其方向的幾率更大的緣故。

國(guó)際電工委員會(huì)IEC6125標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了隔離開關(guān)在*嚴(yán)酷條件下開斷GIS中母線充電電流的試驗(yàn)程序。一臺(tái)SF6絕緣隔離開關(guān)在550KV和420KV兩個(gè)電壓等級(jí)通過(guò)了要求的50次開斷試驗(yàn)。而在具有同等絕緣強(qiáng)度的N2/SF6混合氣體中做試驗(yàn)時(shí)，在420KV下合閘僅17次，*發(fā)生了兩次對(duì)地閃絡(luò)。因此，這種混合氣體不適用于任何開斷任務(wù)。在部分N2/SF6絕緣的GIS中SF6氣體的總量可至*少，但執(zhí)行開斷任務(wù)的所有所室要充純SF6氣體。因此在GIS中若用N2/SF6混合氣體取代SF6氣體，得到的將是不經(jīng)濟(jì)的技術(shù)解決方案，而且也沒(méi)有生態(tài)上的優(yōu)勢(shì)。但N2/SF6混合氣體適用于不帶開斷任務(wù)的高壓設(shè)備，并被證明特別適用于GIL。

總之，長(zhǎng)期以來(lái)，人們?yōu)閷ふ襍F6氣體的替代氣體，進(jìn)行了大量的研究，但未獲成功。研究表明，從絕緣角度看，能替代SF6氣體的只有氮?dú)猓∟2）和空氣。它們的絕緣能力僅為SF6氣體的三分之一。但用這些氣體，則要對(duì)設(shè)備重新設(shè)計(jì)，并耗用大量的材料。

N2/SF6混合氣體從生態(tài)和經(jīng)濟(jì)角度看，是個(gè)很好的替代氣體。N2/SF6混合氣體的擊穿強(qiáng)度與氮中SF6的濃度及壓力有關(guān)。從技術(shù)上講，氮的組分至40%，電強(qiáng)度幾乎沒(méi)有什么變差。即使80%N2 20%SF6的混合氣體也還有純N2或空氣二倍以上的電強(qiáng)度。

SF6混合氣體只能用作絕緣介質(zhì)，而不能作斷路器中的滅弧介質(zhì)。

 

9、SF6混合氣體與GIS

SF6/N2混合氣體可用于GIS中承擔(dān)絕緣任務(wù)的所有部分，但不能用于需要滅弧的隔室。在GIS中，混合氣體可占總?cè)莘e的20%（*少）至52%（*多），這視設(shè)備的結(jié)構(gòu)而定。當(dāng)純絕緣隔室充入15%SF6 85%N2混合氣體，并將壓力從0.4MPa升至0.8MPa時(shí)，在保證絕緣強(qiáng)度的情況下，SF6氣體的節(jié)約量介14%~36.4%之間。

 

10、SF6混合氣體與GIL

充氣輸電管線（GIL）由同軸鋁合金管體組成。管線在地上直接鋪設(shè)如同管路一樣。GIL鋁管具有彈性，彎曲半徑可在400m以上，而且可任意改變方向，使用彎角組件。各個(gè)管段的無(wú)氣孔連接用導(dǎo)軌焊進(jìn)行。當(dāng)鋪設(shè)長(zhǎng)度1200m后進(jìn)行氣室分隔。此時(shí)，每個(gè)分段用壓力傳感器監(jiān)視。GIL歐姆電阻很小，因而熱損耗和排入地面的熱量很小。GIL的電容也小，輸送大容量不需補(bǔ)償裝置。

若絕緣氣體用純SF6氣體，對(duì)于420KV GIL來(lái)說(shuō)，以標(biāo)準(zhǔn)尺寸和壓力0.4MPa及單相殼體（一相一個(gè)管線）計(jì)，則每KM長(zhǎng)度需要SF6氣體20t。

20t SF6氣體，若以每㎏SF6氣體120元計(jì)，則一相需240萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，GIL因用氣量大，若純用SF6氣體，則需很大一筆費(fèi)用，從而使GIL的費(fèi)用飆升。

1998年和2000年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議第21研究委員會(huì)、第23研究委員會(huì)（變電站）及第33研究委員會(huì)（絕緣配合）*氣體輸電管線（GIL）技術(shù)作出共同討論。討論中一致認(rèn)為，從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和絕緣觀點(diǎn)看，GIL的*佳絕緣氣體為SF6/N2混合氣體。其中SF6占20%組份，即混合氣體為80%N2 20%SF6。

西門子公司*新研發(fā)出第二代GIL。該公司通過(guò)采用各種措施，使550KV GIL的總費(fèi)用減少一半以上。降低費(fèi)用的一個(gè)主要原因，*是使用80%N2 20%SF6混合氣體，使用N2作為主絕緣。

GIL具有一系列優(yōu)勢(shì)，如輸送容量大（可達(dá)2000MVA）、電阻和容性損耗小、電磁場(chǎng)很小，運(yùn)行如同架空線，安全性高，適用于自動(dòng)重合閘，也可沿地面鋪設(shè)等。西門子第二代GIL技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7第二代GIL技術(shù)數(shù)據(jù)

額定電壓KV	420/550
額定電流A	3150/4000
額定雷電沖擊耐受電壓KV	1450/1600
額定操作沖擊耐受電壓KV	1050/1200
額定工頻耐受電壓KV	630/750
額定短時(shí)耐受電流(3S)KA	63
額定氣體壓力bar(MPa)	7(0.7)
絕緣混合氣體	80%N2/20%SF6

 

在環(huán)境方面，人們把環(huán)境的重點(diǎn)放在SF6氣體與生態(tài)、大氣臭氧層和溫室效應(yīng)上。

 

11、SF6氣體與生態(tài)

純SF6氣體無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、不燃，化學(xué)性能穩(wěn)定。純SF6氣體對(duì)生態(tài)完全無(wú)影響。SF6氣體的*大工作濃度（MAK值）為1000mL/m3。在這個(gè)氣量下，一個(gè)人每天可工作8H，一周可工作40H而不需防護(hù)。這個(gè)數(shù)值不是毒性極限值，它是對(duì)所有無(wú)毒氣體規(guī)定的極限值。如果在空氣中有足夠的氧氣，*可保證與SF6氣體打交道的安全。理論上，由20%氧氣和80%SF6氣體構(gòu)成的混合氣體吸入人體，對(duì)健康無(wú)影響。

SF6氣體屬于化學(xué)反應(yīng)*穩(wěn)定的氣體。它的溶水性極低，故不會(huì)對(duì)地面水、地下水和地球構(gòu)成潛在的危險(xiǎn)。在營(yíng)養(yǎng)鏈內(nèi)，未發(fā)生有生物聚集。

 

12、SF6氣體與臭氧層

包圍地球的大氣層可分為對(duì)流層、平流層和電離層。對(duì)流層距地面*近。各種氣象現(xiàn)象*發(fā)生在此層內(nèi)。對(duì)流層上面是平流層，對(duì)流層與平流層的境界稱為層界面。層界面的高度在赤道附近約16KM處。極地約9KM處。平流層上面是電離層，平流層中高度20~30KM處的臭氧濃度比較高。

臭氧（O3），主要是由波長(zhǎng)約為242mm以下的太陽(yáng)輻射，通過(guò)一個(gè)三體過(guò)程將氧分子分解，隨即將釋放出的氧原子附著于氧分子上而形成的。

臭氧主要在赤道上空生成，慢慢向兩極移動(dòng)，許多過(guò)程都會(huì)造成臭氧的減損，*主要的損耗是在平流層中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和光化反應(yīng)。

大氣中約有臭氧33億t。平流層中臭氧的生成與消失過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，它決定了全球臭氧的平衡。

臭氧層保護(hù)人類環(huán)境與人類健康免受太陽(yáng)紫外線輻射作用。20世紀(jì)70年代初，已發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)使臭氧層受到破壞。研究發(fā)現(xiàn)，氟氫烴類物質(zhì)（CFC）危害大氣中的臭氧層，而SF6氣體對(duì)臭氧層沒(méi)有什么破壞作用。

氟氫烴類物質(zhì)（CFC）是一種廣泛應(yīng)用于制冷工業(yè)的化工原料。它分解出的氯離子對(duì)大氣臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，導(dǎo)致太陽(yáng)紫外線直接照射地球，威脅人類生存，對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生不利影響。

這種氟氯烴類物質(zhì)*是氟里昂。氟里昂是甲烷或乙烷等碳?xì)浠衔镏械陌痹颖宦然蚍又脫Q而人工制作的氟氯碳化物系列的通稱。它是密奇萊等人在1930年研制成功的。由于氟里昂具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐熱、不易燃、無(wú)毒、無(wú)腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，是工業(yè)上很理想的物質(zhì)，廣泛用于空調(diào)、冷凍裝置的制冷劑，噴霧器的噴射劑，電子裝置的洗凈劑，滅火劑、發(fā)泡劑以及合成樹脂的原料等。

臭氧層的減少已為國(guó)際社會(huì)承認(rèn)對(duì)環(huán)境和對(duì)人體健康產(chǎn)生不利影響的原因。

在CFC族中，臭氧被破壞的機(jī)理是紫外線輻射斷開CFC分子鍵時(shí)釋出的自由氯原子起了催化作用。反應(yīng)過(guò)程如下：

CFC—C1 + CFC剩余的----①

C1 + O3—C1O + O2----②

C1O + O3—C1 + O2----③

O + O3—2O2F----④

上列反應(yīng)途徑表明，紫外線輻射斷開CFC分子產(chǎn)生自由的C1（*行）。然后C1破壞臭氧（O3）生成C1O和O2（第2行）。此反應(yīng)鏈的*終產(chǎn)物是C1和O2（第三行）。

一旦出現(xiàn)自由的氯原子，它*可能立即再同O3分子發(fā)生反應(yīng)，從而對(duì)每個(gè)C1原子來(lái)說(shuō)。通過(guò)多次依靠第2行和第3行的反應(yīng)并且每次破壞一個(gè)O3分子，構(gòu)成了一個(gè)重復(fù)的循環(huán)。

這是所謂催化循環(huán)，并且一個(gè)C1原子在它被其他反應(yīng)中和以前能進(jìn)行上萬(wàn)次循環(huán)。在SF6的情況下，*的鹵素成分是氟（F），對(duì)它來(lái)說(shuō)，由于兩個(gè)原因，上述催化反應(yīng)實(shí)際上不可能：

（1）由于其紫外線吸收譜的結(jié)構(gòu)原因，在32~44KM之間的臨界臭氧破壞高度范圍內(nèi)，SF6是不發(fā)生光解作用的。因此，來(lái)自SF6的原子氟預(yù)期非常少。

（2）由于氟對(duì)氫（它在同溫層中大量存在）的化學(xué)親和力很強(qiáng)，任何可能從SF6產(chǎn)生的原子氟。將利用從水分子（它以10000*10-6的含量存在）中可以得到的氫原子迅速化合生成HF。

考慮到一個(gè)C1原子能由于催化作用破壞10000個(gè)臭氧分子，而SF6的含量?jī)H為CFC的1/1000，并且從SF6產(chǎn)生不了自由的氟，顯然，SF6對(duì)同溫層的臭氧不起破壞作用。

根據(jù)現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)，破壞臭氧層的主要是氯（C1），或溴（BR）原子，而SF6分子中沒(méi)有C1或BR原子，因此人們大可不必?fù)?dān)心SF6氣體對(duì)臭氧的破壞。

國(guó)際臭氧層保護(hù)條約于1990年生效。條約規(guī)定，1998年以后氟里昂消耗量應(yīng)控制在1986年水平的50%，生產(chǎn)量控制在65%以下，并要求研究代用品和對(duì)使用后的氟里昂氣體進(jìn)行回收。我國(guó)*承諾，于2005年在電冰箱中停止使用CFC物質(zhì)。

 

13、SF6氣體與溫室效應(yīng)

在國(guó)際范圍內(nèi)，人們對(duì)地球變暖的原因及造成的后果越來(lái)越關(guān)注。地球上的溫度在由太陽(yáng)輻射造成的發(fā)熱和通過(guò)熱量輻射到宇宙造成的冷卻之間處于一種很敏感的熱平衡狀態(tài)。

由于溫室效應(yīng)，可使一部分熱量不能釋放到宇宙中去。這部分熱量通過(guò)對(duì)流層中的氣體或其他物質(zhì)又返回到地球表面。這種自然界的溫室效應(yīng)，使之地球的平均溫度不是-18℃而是+15℃。這種溫度的升高，為生活在這個(gè)星球上的人們創(chuàng)造了必不可少的前提條件。營(yíng)造這種溫度升高的主要是水蒸氣（H2O）（約占63%）和二氧化碳（CO2）（約占22%）。

如果對(duì)流層中由于人為因素而存在過(guò)多的溫室氣體，則更多的熱量返回地面，從而破壞了這種平衡。這樣，大氣中的溫度會(huì)慢慢上升。從20世紀(jì)初以來(lái)，地球上的溫度平均上升0.7℃。排放量大的溫室氣體依次為CO2、N20、CFC、Methan(CH4)、O3等。CO2主要是過(guò)多的石化一次能源的燃燒（如木材、煤碳、天然氣和石油），N20主要是農(nóng)業(yè)大量施用氮肥，CFC主要是大量用于制冷劑等，CH4主要是大量養(yǎng)牲畜，O3主要是汽車排出的廢氣及燃燒過(guò)程。

在1997年通過(guò)的全球變暖京都議定書中，CO2、SF6等6種氣體被列為受限制的溫室氣體。SF6氣體單個(gè)分子對(duì)溫室效應(yīng)的影響約為CO2的23900倍，且在大氣中壽命為3200年，故它對(duì)溫室效應(yīng)存在著潛在的危險(xiǎn)。

雖然SF6氣體單個(gè)分子對(duì)溫室效應(yīng)的影響為CO2的23900倍，但上每年排放的CO2氣體量為235多億t。若以SF6氣體每年排放量為5000t，則加權(quán)它影響的23900倍，其影響才相當(dāng)于CO2氣體約1.20億t，何況SF6氣體在封閉系統(tǒng)內(nèi)，且大部分回收，還可再生使用，屬于自循環(huán)氣體，真正因漏氣等排放到大氣中的量甚少。若以對(duì)溫室效應(yīng)的影響排隊(duì)，CO2占60%，CH4占15%，N20占5%，O3占8%，CFC-11占4%，CFC-12占8%，而SF6僅占0.1%。這*是說(shuō)，SF6氣體引起的溫室效應(yīng)很小。

 

14、SF6與CO2氣體

SF6氣體主要用于電力設(shè)備，特別是高壓開關(guān)設(shè)備。因此，SF6氣體用量有限，而且用在密封系統(tǒng)中，故漏氣量很少，對(duì)溫室效應(yīng)的影響僅占0.1%。而CO2主要是電力工業(yè)燃煤發(fā)電產(chǎn)生的，開放式大量排向大氣，對(duì)溫室效應(yīng)的影響占60%以上。我國(guó)因大量燃煤發(fā)電，CO2的排放量上升到第二位，限制CO2成為電力工業(yè)重中之重。

據(jù)報(bào)道，美國(guó)每發(fā)1KWH電量平均產(chǎn)生CO2 729g。歐洲CO2排放量之所以低，是因?yàn)榇罅Σ捎煤穗?。歐洲核電約占總發(fā)電量的33%，而美國(guó)僅占20%。瑞士每發(fā)1KWH電量的CO2排放量?jī)H為15g，之所以如此低，是因?yàn)槿鹗克Πl(fā)電量約占60%，核力發(fā)電約占38%。

二氧化碳主要來(lái)自火力發(fā)電。用煤碳發(fā)電，每發(fā)1KWH電量需用煤400g，同時(shí)產(chǎn)生CO2氣體800g。CO2是造成溫室效應(yīng)的元兇。在6個(gè)溫室效應(yīng)氣體中，CO2對(duì)溫室效應(yīng)的影響*大，約占64%。目前上溫室效應(yīng)氣體年排放量為430億t，其中CO2氣體排放量為235億t。整個(gè)溫室效應(yīng)氣體排放量還再增加，估計(jì)年總量將達(dá)到500億t。

美國(guó)和中國(guó)因火力發(fā)電占的比例大，因而CO2的排放量大。美國(guó)的裝機(jī)容量和發(fā)電量居*，2002年裝機(jī)容量為9.05億KW，發(fā)電量為3.6萬(wàn)億KWh。中國(guó)的裝機(jī)容量和發(fā)電量居第二位，2002年裝機(jī)容量為3.56億KW，發(fā)電量為1.638萬(wàn)億KWh。美國(guó)火電占總發(fā)電量的50%，CO2年排放量為55.60億噸。中國(guó)火電占總發(fā)電量73%（2000年），CO2年排放量為31.50億t。*而言，火力發(fā)電水平為37%。美國(guó)和中國(guó)均因火力發(fā)電很大，CO2排放量超標(biāo)。2001年全球CO2排放量相比1990年增加了14%。

由于人們對(duì)電力需求的不斷增加和火力發(fā)電比例的上升，使之全球氣候變暖。在過(guò)去的200年中，CO2的排放在大氣中的濃度約從280ppm（百分之幾）增加到約360ppm.全球的溫度在過(guò)去的100年中提高了0.6~0.7℃。IPCC估計(jì)，在未來(lái)的100年中，如果CO2的濃度增加1倍，則平均溫度上升6℃。

全球氣候變暖，將給人類帶來(lái)巨大災(zāi)難。海平面升高，植物生長(zhǎng)區(qū)遷移，極端氣候事件增多雷電等自然災(zāi)害肆虐等。因此，防止全球氣候變暖迫在眉睫。