SF6（六氟化硫）由法國兩位化學(xué)家于1900年合成，為自然界沒有的人造氣體。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。通過幾十年的應(yīng)用實(shí)踐證明，沒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/或滅弧：SF6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，它無色、無味、無毒、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α骱蛿U(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?？諝馀cSF6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，電流過零前的截流小，且由此避免了高的過電壓，這是由于電弧在SF6內(nèi)冷卻時(shí)直至相當(dāng)?shù)偷臏囟?，它仍?dǎo)電。SF6的主要電氣性能見表3。

表3 SF6的主要電氣特性

相對于壓力的臨界擊穿場強(qiáng)	89V/m·Pa
在25℃和0.1 MPa*氣壓下的相對介電常數(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

由于制造過程的緣故，市場上提供的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)，對于工作人員每天工作8小時(shí)，每周工作5天的場所，規(guī)定*大含量為1000×10-6。

對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氣體對健康無生態(tài)中毒、致變和致癌（既無基因中毒，也無后天生成）的作用。

SF6在標(biāo)準(zhǔn)條件下無色、無味、無毒性，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)是電場均勻性對擊穿電壓的影響遠(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。我國標(biāo)準(zhǔn)GB12022規(guī)定SF6純度為≥99.8%。在我國，SF6氣體必須滿足GB12022標(biāo)準(zhǔn)要求，見表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)無毒

 

由表可見，國際規(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無腐蝕，但其分解物遇水后會(huì)變成腐蝕性電解質(zhì)，會(huì)對設(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?？梢圆捎脧氐着懦睔夂筒捎煤线m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	無	無
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，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，則對非均勻電場而言，KP≈3.5，對均勻電場而言，KP≈3。這*是說，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，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，SF6一個(gè)分子對溫室效應(yīng)的影響是CO2的23900倍。但從宏觀上看，CO2排放量對溫室效應(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)來評價(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，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。以下介紹國際大電網(wǎng)會(huì)議這方面的研究。

國際大電網(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，這特別對用氣量大的GIL很重要。

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

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)對地閃絡(luò)的更大風(fēng)險(xiǎn)。對地閃絡(luò)是由于先導(dǎo)放電在觸頭中傳播時(shí)分支的緣故。當(dāng)觸頭間的縱向電場突然變成橫向電場，而且連續(xù)接觸頭的主先導(dǎo)產(chǎn)生側(cè)向分支形成對地橫向電場時(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，而且也沒有生態(tài)上的優(yōu)勢。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，長期以來，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)管段的無氣孔連接用導(dǎo)軌焊進(jìn)行。當(dāng)鋪設(shè)長度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，對于420KV GIL來說，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240萬元。由此可見，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，如輸送容量大（可達(dá)2000MVA）、電阻和容性損耗小、電磁場很小，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氣體無色、無味、無臭、不燃，化學(xué)性能穩(wěn)定。純SF6氣體對生態(tài)完全無影響。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，它是對所有無毒氣體規(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，對健康無影響。

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)對地面水、地下水和地球構(gòu)成潛在的危險(xiǎn)。在營養(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流層、平流層和電離層。對流層距地面*近。各種氣象現(xiàn)象*發(fā)生在此層內(nèi)。對流層上面是平流層，對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），主要是由波長約為242mm以下的太陽輻射，通過一個(gè)三體過程將氧分子分解，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氣體對臭氧層沒有什么破壞作用。

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大氣臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用，導(dǎo)致太陽紫外線直接照射地球，威脅人類生存，對環(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、無毒、無腐蝕等一系列優(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際社會(huì)承認(rèn)對環(huán)境和對人體健康產(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)，從而對每個(gè)C1原子來說。通過多次依靠第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)行上萬次循環(huán)。在SF6的情況下，*的鹵素成分是氟（F），對它來說，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，來自SF6的原子氟預(yù)期非常少。

（2）由于氟對氫（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的含量僅為CFC的1/1000，并且從SF6產(chǎn)生不了自由的氟，顯然，SF6對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分子中沒有C1或BR原子，因此人們大可不必?fù)?dān)心SF6氣體對臭氧的破壞。

國際臭氧層保護(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使用后的氟里昂氣體進(jìn)行回收。我國*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)

在國際范圍內(nèi)，人們對地球變暖的原因及造成的后果越來越關(guān)注。地球上的溫度在由太陽輻射造成的發(fā)熱和通過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。這部分熱量通過對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%）。

如果對流層中由于人為因素而存在過多的溫室氣體，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，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程。

在1997年通過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，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，對溫室效應(yīng)的影響占60%以上。我國因大量燃煤發(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%，而美國僅占20%。瑞士每發(fā)1KWH電量的CO2排放量僅為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。

美國和中國因火力發(fā)電占的比例大，因而CO2的排放量大。美國的裝機(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3.6萬億KWh。中國的裝機(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1.638萬億KWh。美國火電占總發(fā)電量的50%，CO2年排放量為55.60億噸。中國火電占總發(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%。美國和中國均因火力發(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.全球的溫度在過去的100年中提高了0.6~0.7℃。IPCC估計(jì)，在未來的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，將給人類帶來巨大災(zāi)難。海平面升高，植物生長區(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。