(1)温室效应机理

二氧化碳、水气、氧气等温室气体吸收了红外线的大部分区域,但在红外线穿透率很高,被称为“大气之窗”的8-12Чm的范围内吸收率很小。SF6气体的红外线吸收光谱存在于“大气之窗”区域内。因此,SF6气体吸收了透过的红外线,从而体现出它对全球变暖的影响。

(2)全球变暖系数(GWP)

作为变暖参数,使用了辐射强度。它是一个考虑到某一特殊气体在整个地球范围内的排放量和寿命以及在大气中的浓度和红外线吸收特性的值,单位为W/m2。各种气体带来的变暖程度可由单位重量的辐射强度给出。表5.4-2为SF6气体单位重量辐射强度的相对值。与二氧化碳相比,CFC-11(CFCl3)为3970倍,具有非常大的温室效应。SF6气体与CFC-11比较后发现其温室效应又是CFC-11的2.75倍。

表5.4-2  SF6气体单位重量辐射强度的相对温室效应值

分子式

单位重量的辐射强度(相对值)

CO2

1

-

CFC-11

3970

1

SF6

-

2.75

作为将来的温室效应参数,一般使用全球变暖系数(GWP: Global Warming Potential)。它是将目前排放的单位重量气体所产生的辐射强度一直累积到将来某一时期,相对于CO2的比值表示出来的。表5.4-3为SF6气体的全球变暖系数。换算到100年后,SF6气体的温室效应是CO2的23900倍。再考虑到辐射强度较大的因素,SF6气体在大气中寿命非常长。

表5.4-3 SF6气体的全球变暖系数(GWP)

分子式

全球变暖系数(GWP)

100年

CO2

1

CH4

21

N2O

310

HFCs

140~11700

PFCs

6500~9200

SF6

23900

(3)SF6与全球变暖
1953年,美国首先将SF6气体应用在115kV负荷开关设备中,1958年,西屋公司仿照压缩空气断路器制造了罐式220kV双压式SF6断路器。这种断路器的原理是通过SF6气体从压缩气罐(1.5MPa)流向低压气室(0.3MPa)而冷却开断电弧。用这种双压式结构同时又开发了瓷柱式SF6断路器。随后欧洲和日本对SF6气体开关设备制造技术的研究取得了极大的进步和发展。SF6断路器的出现,是电力系统高压线路开断方面从油断路器、压缩空气断路器技术开始的一系列技术进步的最新成果。它与油断路器、压缩空气断路器相比优点是单断口电压高,灭弧能力强、开断电流大,断路器重量轻,操作功率小、可靠性高、少维护,避免了油断路器的容易发生的喷火、喷油等不良现象,另外还有灭弧室结构多样化(变开距压气式、定开距压气式、自能式和混合式)等特点。
 
研究发现,在大气压均匀电场下SF6气体的绝缘强度是空气的3倍,虽然低于绝缘油和高真空状态,但是增加SF6气体压力时,其绝缘强度就会高过绝缘油和高真空状态。与空气对比研究还发现,在电弧放电情况下,相对空气中温度梯度小的粗电弧,SF6气体中整体温度较低,电弧主要集中在高温部位。因此,SF6气体中电弧切断后的冷却非常迅速,绝缘恢复能力优良,是空气的约100倍。
 
由于世界电力工业的发展,为了满足电力需求,不断的增加和改建电网建设,使得高压输变电设备的数量需求出现了前所未有的增长,加大了SF6气体的使用量,同时也增加了SF6气体向大气的排放量。
 
全世界电力工业的SF6年用量在20000t左右,其主要用于断路器和其它输配电设备。理论上,SF6气体可以回收再利用,绝不允许泄漏到大气中。然而,在实际运行中,有很大的泄漏。在10年前,大气中的SF6气体浓度几乎感觉不到,现在,它约为3.2ppt(1ppt=10-12)。这些泄漏气体很大部分归因于电力工业。
随着SF6气体使用量、排放量的增加,大气中的SF6气体浓度也在逐年增加,其浓度大小随地点、季节而变化,工业化先进的北半球比南半球约高0.4ppt,接近4ppt。然而,北半球最近几年间,大气中SF6气体浓度呈直线上升的趋势。
SF6气体是导致全球气候变暖的主要因素之一,其对大气的温室效应是二氧化碳的23900倍。SF6气体是《京都议定书》中规定的6种温室气体之一,只有针对这6种温室气体的减排项目才有可能成为清洁发展机制项目。据计算,SF6气体的排放每减少1吨,按GWP(地球的温暖化系数)换算,就相当于减少了23900吨的CO2气体排放量。所以,现在使用的SF6绝缘设备每年气体排放量约为2000吨,相当于每年排放CO2气体为4780万吨,那么,每年的排放量就相当于1990年时的3.8%(1990年CO2气体的排放量为12.4亿吨)


2017年03月17日

SF6气体的再利用
简述SF6开关或GIS设备泄漏的克星

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