SF6密度表和密度繼電器原理研究與探討

　　所謂密度，是指某一特定物質(zhì)在特定條件下單位體積的質(zhì)量。SF6斷路器中的SF6氣體是密封在一個(gè)固定不變的容器內(nèi)的，在20℃時(shí)的額定壓力下，它具有一定的密度值，在斷路器運(yùn)行的各種允許條件范圍內(nèi)，盡管SF6氣體的壓力隨著溫度的變化而變化，但是，SF6氣體的密度值始終不變。因?yàn)镾F6斷路器的絕緣和滅弧性能在很大程度上取決于SF6氣體的純度和密度，所以，對SF6氣體純度的檢測和密度的監(jiān)視顯得特別重要。如果采用普通壓力表來監(jiān)視SF6氣體的泄漏，那就會(huì)分不清是由于真正存在泄漏還是由于環(huán)境溫度變化而造成SF6氣體的壓力變化。為了能達(dá)到經(jīng)常監(jiān)視密度的目的，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，SF6斷路器應(yīng)裝設(shè)壓力表或SF6氣體密度表和密度繼電器。壓力表或SF6氣體密度表是起監(jiān)視作用的，密度繼電器是起控制和保護(hù)作用的。

　　在SF6斷路器上裝設(shè)的SF6氣體密度表，帶指針及有刻度的稱為密度表；不帶指針及刻度的稱為密度繼電器或密度壓力開關(guān)；有的SF6氣體密度表也帶有電觸點(diǎn)，即兼作密度繼電器使用。它們都是用來測量SF6氣體的專用表計(jì)。

　　1—彈性金屬曲管；2—齒輪機(jī)構(gòu)和指針；3—雙層金屬帶；4—壓力增大時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向；5—壓力減小時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向。

　　圖SF6氣體密度表的結(jié)構(gòu)

　　SF6氣體密度表的結(jié)構(gòu)原理。上圖所示的SF6氣體密度表主要由彈性金屬曲管1、齒輪機(jī)構(gòu)和指針2、雙層金屬帶3等零部件組成，實(shí)際上是在彈簧管式壓力表機(jī)構(gòu)中加裝了雙層金屬帶而構(gòu)成的?？招牡膹椥越饘偾?與斷路器相連，其內(nèi)部空間與斷路器中的SF6氣體相通，彈性金屬曲管1的端部與起溫度補(bǔ)償作用的雙金屬帶3鉸鏈連接，雙層金屬帶3與齒輪機(jī)構(gòu)和指針機(jī)構(gòu)2鉸鏈連接。

　　SF6氣體密度表的工作原理

　　1.當(dāng)密度表沒有安裝使用時(shí)，如果環(huán)境溫度是20℃，，指針2指向0MP，但如果環(huán)境溫度不是20℃時(shí)，因?yàn)殡p層金屬帶3是按照環(huán)境溫度與20℃的差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?，所以，?dāng)環(huán)境溫度高于20℃時(shí)，雙層金屬帶3伸長，其下端將向5的方向發(fā)生位移，帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)和指針2向密度或壓力指示值減小的方向移動(dòng)，指針2的讀數(shù)小于0MP；否則，當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃時(shí)，齒輪機(jī)構(gòu)和指針2將向密度或壓力指示值增大的方向移動(dòng)，指針2的讀數(shù)大于0MP。

　　2.當(dāng)向斷路器充SF6氣體的過程中，隨著氣體壓力的逐步升高，彈性金屬曲管1的端部向4的方向發(fā)生位移，雙層金屬帶3始終按20℃進(jìn)行補(bǔ)償，也隨著向4的方向發(fā)生位移，帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)和指針2向密度或壓力指示值增大的方向移動(dòng)，其指示值變大。密度表或壓力表的指示值不僅與壓力有關(guān)，而且還與溫度有關(guān)。在對斷路器充SF6氣體過程中，由于SF6氣體突然膨脹降壓，溫度一般由環(huán)境溫度降至0℃以下，雙層金屬帶3始終按20℃進(jìn)行補(bǔ)償，而不能對SF6氣體的實(shí)際溫度與環(huán)境溫度之間的溫差進(jìn)行補(bǔ)償，所以，在這種情況下，密度表的指示值即不能代表SF6氣體的實(shí)際溫度下的密度或壓力值，也不能代表環(huán)境溫度下的密度或壓力值，更不能代表20℃時(shí)的密度或壓力值?！　?

　　3.當(dāng)斷路器充入SF6氣體后，等待一段時(shí)間，使SF6斷路器內(nèi)部溫度升高至與外部環(huán)境溫度達(dá)到平衡后，調(diào)整SF6氣體至額定密度或壓力值，這時(shí)，不管SF6氣體受環(huán)境溫度的影響使其壓力增大還是減小，由于雙層金屬帶3的溫度補(bǔ)償作用，密度表的指針始終指向20℃時(shí)的額定壓力或密度值不變。

　　4.當(dāng)斷路器退出運(yùn)行后，如果斷路器內(nèi)部SF6氣體的溫度與外部環(huán)境溫度達(dá)到平衡時(shí)，其指示的密度或壓力值將不隨外部環(huán)境溫度的變化而變化。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，斷路器內(nèi)部SF6氣體的溫度也隨著升高，壓力也隨之增大，彈性金屬管1的端部向4的方向移動(dòng)，有帶動(dòng)指針向密度或壓力值增大的方向移動(dòng)的趨勢，但是，由于雙層金屬帶3隨環(huán)境溫度升高而伸長，其下端向5的方向移動(dòng)，那么，兩者的變化量完全抵消，其結(jié)果是指針的指示值不變，即：自動(dòng)折算到20℃時(shí)的密度或壓力值保持不變，反之，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，指針的指示值也保持原來的密度或壓力值不變。

　　5.當(dāng)斷路器由于某種原因，如漏氣或做試驗(yàn)時(shí)取氣等，使SF6氣體質(zhì)量減少，壓力變小，彈性金屬管1的端部向5的方向移動(dòng)，環(huán)境溫度引起的壓力變化由雙層金屬帶3進(jìn)行補(bǔ)償，帶動(dòng)指針2向指示值減小的方向移動(dòng)，其結(jié)果是指針指示的密度或壓力值變小。由于密度表帶有兩對電接點(diǎn)，供SF6氣體密度降低時(shí)發(fā)信號和閉鎖斷路器用，指針2降到一定的位置就發(fā)補(bǔ)氣信號或閉鎖斷路器。

　　使用SF6氣體密度或壓力表的注意事項(xiàng)。密度表只有在SF6斷路器退出運(yùn)行時(shí)，而且在斷路器內(nèi)外溫度達(dá)到平衡之后，才能準(zhǔn)確測量出SF6氣體的密度或壓力值；SF6斷路器在運(yùn)行時(shí)，密度表讀數(shù)誤差的大小，取決于斷路器的負(fù)荷電流和回路電阻所引起的溫升的大小。

　　SF6氣體密度繼電器結(jié)構(gòu)原理。SF6氣體密度繼電器主要是由兩個(gè)波紋管、標(biāo)準(zhǔn)SF6氣體包、微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)、杠桿等組成。C1-L1是作為SF6氣體降低時(shí)報(bào)警的電觸點(diǎn)63GA，C2-L2是作為SF6氣體降低時(shí)閉鎖斷路器的電觸點(diǎn)63GL。

　　1—波紋管；2—波紋管；3—標(biāo)準(zhǔn)SF6氣體；4—微動(dòng)開關(guān)電觸點(diǎn)；5—軸；6—杠桿