第八章六氟化硫绝缘气体案例
六氟化硫气体的绝缘及在设备绝缘中的应用
六氟化硫气体的绝缘及在设备绝缘中的应用1. 引言在电力设备中，绝缘是至关重要的。
良好的绝缘性能可以确保电力设备的正常运行，并保护人员和设备免受电击和故障的影响。
六氟化硫（SF6）是一种广泛应用于电力设备绝缘中的气体，其优异的绝缘性能使其成为重要的绝缘介质。
本文将介绍六氟化硫气体的绝缘性能以及其在设备绝缘中的应用。
2. 六氟化硫气体的绝缘性能六氟化硫气体具有以下出色的绝缘性能：2.1 高介电强度六氟化硫气体具有很高的介电强度，能够有效承受高电压的作用而不发生击穿现象。
这使得它成为绝缘系统中理想的介质。
2.2 高电弧灭弧速度六氟化硫气体对电弧具有很高的灭弧速度，能够迅速灭除由电设备中产生的电弧，防止电弧扩散和设备故障。
2.3 高热稳定性六氟化硫气体在高温下具有良好的稳定性，不易分解或燃烧，能够承受高温条件下的应力。
2.4 低化学活性六氟化硫气体在常温下具有较低的化学反应性，不易与其他物质发生反应，能够确保绝缘系统的稳定性和可靠性。
3. 六氟化硫气体在设备绝缘中的应用由于六氟化硫气体独特的绝缘性能，它被广泛用于各种电力设备的绝缘中。
3.1 高压开关设备六氟化硫气体常用于高压开关设备的绝缘介质。
它可以有效地承受高压电流，并能够迅速灭弧，防止电弧扩散和设备损坏。
3.2 变电站设备在变电站中，六氟化硫气体常用于绝缘开关设备和电流互感器的绝缘介质。
它能够提供可靠的绝缘性能，并确保变电站的正常运行。
3.3 输电线路设备在高压输电线路设备中，六氟化硫气体被用作绝缘介质，用于保护电线和电缆的绝缘系统。
3.4 各种电力设备除了以上应用，六氟化硫气体还被广泛用于其他各种电力设备的绝缘中，如发电机、变压器等。
它具有良好的绝缘性能和热稳定性，能够确保电力设备的长期稳定运行。
4. 六氟化硫气体的安全性和环保性六氟化硫气体在使用过程中需要注意其安全性和环保性。
4.1 安全性六氟化硫气体是一种高压气体，具有一定的危险性。
在使用和存储过程中，必须遵循相关的安全操作规程，确保人员和设备的安全。
六氟化硫气体绝缘特性及应用
六氟化硫气体绝缘的优点：提高设备运行可靠性，降低维护成本
03
六氟化硫气体绝缘特性：良好的绝缘性能，耐高温，耐腐蚀
01
六氟化硫气体在电力设备中的应用：断路器、变压器、高压输电线路等
02
电子设备绝缘
六氟化硫气体绝缘特性：良好的绝缘性能，耐高温，耐腐蚀
01
电子设备绝缘应用：用于高压输电线路、变压器、开关设备等
化学稳定性
01
六氟化硫气体具有良好的化学稳定性，不易与其他物质发生反应。
02
六氟化硫气体的化学稳定性使其在电气设备中具有良好的绝缘性能。
03
六氟化硫气体的化学稳定性使其在极端环境下仍能保持良好的绝缘性能。
04
六氟化硫气体的化学稳定性使其在长期使绝缘的挑战：环保问题，替代材料的研究与开发
环保要求：六氟化硫气体对环境造成影响，需要满足环保要求，减少排放和回收利用
成本控制：六氟化硫气体的生产和回收成本较高，需要降低成本以提高竞争力
谢谢
02
电子行业：六氟化硫气体绝缘技术在电子设备中的应用，提高电子设备的性能和可靠性。
04
环保领域：六氟化硫气体绝缘技术在环保设备中的应用，提高设备的性能和可靠性。
面临的挑战
六氟化硫气体的毒性：六氟化硫气体具有毒性，对人体和环境造成危害
绝缘性能的提高：需要不断提高六氟化硫气体的绝缘性能，以满足更高电压和电流的需求
六氟化硫气体绝缘特性及应用
演讲人
01.
六氟化硫气体绝缘特性
02.
03.
目录
六氟化硫气体在设备绝缘中的应用
六氟化硫气体绝缘技术的发展
绝缘性能
六氟化硫气体具有良好的绝缘性能，其击穿电压高，耐电强度大。
六氟化硫气体
六氟化硫气体概述六氟化硫（SF6）是一种无色、无味、无毒的气体，具有很高的电气绝缘性能和热稳定性。
它广泛应用于高压电气设备、电力传输和配电系统中，用于消弧和绝缘的作用。
六氟化硫还具有较高的密度和化学稳定性，使其成为一种理想的绝缘气体。
本文将介绍六氟化硫气体的成分、物理性质、应用领域，并对其环境问题进行探讨。
成分六氟化硫气体的化学式为SF6，由硫原子和六个氟原子组成。
其分子结构稳定，化学活性较低。
由于氟原子的电负性较高，六氟化硫具有很高的电气绝缘性能。
物理性质以下是六氟化硫气体的主要物理性质：•密度：6.16 g/L•沸点：-63.8 ℃•熔点：-50.8 ℃•分子量：146.06 g/mol•熔化热：14.7 kJ/mol•气化热：49.6 kJ/mol•蒸气压：160 kPa（20 ℃）由于六氟化硫气体的密度较大，它具有比空气更强的压力和抑制氧气进入电力设备中的能力。
应用领域六氟化硫气体在电力行业有广泛的应用。
以下是它的主要应用领域：高压电气设备六氟化硫气体广泛应用于高压开关设备、断路器和绝缘子中。
它具有很高的绝缘能力，可有效防止电弧产生和电气设备的短路。
六氟化硫气体还可以减小设备的尺寸和重量，提高设备的可靠性和安全性。
电力传输和配电系统为了确保电力传输和配电系统的稳定性和安全性，六氟化硫气体被用作电弧消弧剂和绝缘介质。
在高压输电线路中，六氟化硫气体可有效消除电器设备之间的电弧，并减少电力系统的故障。
金属熔炼六氟化硫气体在金属冶炼过程中起到重要的作用。
它可用作铝、镁和钙等金属的熔炼剂，并能帮助产生纯净的金属产品。
环境问题尽管六氟化硫气体具有优异的电绝缘性能和化学稳定性，但它也存在一些环境问题需要关注。
首先，六氟化硫是一种强效的温室气体，具有很高的全球变暖潜势。
它的大气停留时间长达3000年，能够在大气中积聚并引发全球气候变化。
其次，六氟化硫气体可对大气臭氧层产生破坏。
它的分解产物中的氟化物离子可损害臭氧层，进而对地球的紫外线屏障产生不利影响。
六氟化硫气体绝缘
在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响
与极不均匀电场中的情况是相反的，此时负极性
下的击穿电压反而比正极性时低10％左右。冲击
系数很小，雷电冲击时约为1.25，操作冲击时更小，
只有1.05～1.1。
(二) 极不均匀电场中SF6的击穿
极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象 与空间电荷的运动有关。 我们知道，空间电荷对棒极的屏蔽作用 会使击穿电压提高，但在雷电冲击电压的 作用下，空间电荷来不及移动到有利的位 置，故其击穿电压低于静态击穿电压；气 压提高时空间电荷扩散得较慢，因此在气 压超过0.1～0.2MPa时，屏蔽作用减弱，工 频击穿电压会下降。
的范畴，所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件，而直接 探讨其流注自持放电条件。为此，可参照式(1—20)写出均 匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为：
( ) K
实验研究证明：对于SF6气体，常数K=10.5，相应的击 穿电压为：
U b 88.5 pd 0.38
(kV)
式中：p-气压，Mpa，d-极间距离，mm
均匀电场中的电子崩增长规律：
na n0e( ) d
式中：n0-阴极表面处的初始电子数；
na-到达阳极时的电子数
这时应该注意：在一般气体中，正离子数等于新增的电 子数；而在电负性气体中，正离子数等于新增的电子数与负 离子数之和。
由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电
在工程应用中，通常pd<1MPa mm，所以上式可近似地写 成：
Ub 88.5 pd
(kV)
式(2—16)和式(2—17)均表明，在均匀电场中SF6气体的击
穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场 强 Eb U b 88.5kV / cm ，几乎是空气的3倍。
六氟化硫气体绝缘
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
2.5 电极表面状态的影响
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
2.5 电极表面状态的影响
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
六、导电微粒的影响 SF6气体对灰尘和导电微粒十分敏感,而 少量气体杂质或灰尘不会有明显影响
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
二、SF6的电子电离系数和附着系数
电子崩发展过程中,电子数目计算:
电子电离系数
nexpx([)dx ] 电子附着系数 0
有效电离系数 18
第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
二、SF6的电子电离系数和附着系数
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
九、稍不均匀电场中SF6的击穿
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
九、稍不均匀电场中SF6的击穿
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
九、稍不均匀电场中SF6的击穿
pd=3.5X10-5MPacm时得到.
当压力不大时,相同 pd有相同的Ub
压力较大时,出现偏离.
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6的击穿
四、SF6气体的巴申曲线
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第二节 均匀场和稍不均匀场中SF6 的击穿
五、电极表面状态的影响
现象:实际击穿Eb/p小于 (E/p)crit ,而 且巴申曲线有分支 解释:电极表面有突出物
第八章 六氟化硫绝缘气体
第八章六氟化硫绝缘气体电气设备传统的绝缘介质和灭弧介质是绝缘油。
电力变压器几乎全是采用绝缘油的，这是因为绝缘油具有比空气强度高的多的绝缘特性，其比热比空气大一倍，且液态受热后具有对流特性，故使它在变压器内既作绝缘介质又作冷却介质。
油断路器开断电流时，绝缘油被电弧能量所分解，形成以氢气为主体的高温气体，积贮压力，达到一定值后形成气吹，由于氢的导热率极高，使弧道冷却去游离，导致电弧在电流过零时熄灭，同时使断口间获得良好的绝缘恢复特性，保证了大电流的顺利开断，因此油在断路器内既是良好的绝缘介质，又是优异的灭弧介质。
但绝缘油的最大缺点是可燃性，而电气设备一旦发生损坏短路，都有可能出现电弧，电弧高温可使绝缘油燃烧而形成大火。
电力系统因此而形成的火灾事故是有不少教训的。
六氟化硫气体具有不可燃的持性，并具有良好的绝缘性能和灭弧性能，60年代时首先被用于断路器中，接着扩大应用于变压器、电缆……等各种电气设备。
SF6气体绝缘的电气设备与充油电气设备相比，它具有以下主要特点：(1)不易着火、安全性高。
常温、常压下的SF6为不燃气体，万一设备本身出现故障或周围发生火灾时，SF6不会燃烧，可防止火势的蔓延。
封闭组合电器的带电部分全部密封在接地的金属壳内，无触电的危险，面且不存在因飞来物等外因引起的有关事故，能确保安全运行。
(2)使用寿命和检修周期长。
SF6电气设备为完全密封结构，外部的空气、水分和其它杂质等不易侵入，一般不会出现内部受潮和气、尘污染等现象，其内各部件又为不活泼的SF6所包围，从而减缓了电气材料的老化。
SF6本身不易变质，沉积物和其它污染杂质也较少，与充油设备相比，相对延长了设备的使用寿命和检修周期。
(3)占地面积小，安装、操作简便。
全封闭的SF6组合电器设备，其结构十分紧凑，体积小，使用、安装的占地面积也小。
据统计，一个采用全封闭组合电器的变电所的占地面积仅为敞开式变电所的20％。
SF6断路器和变压器的安装、操作比较简单，其总重量比充油设备轻得多，运行时的噪声也较小。
六氟化硫气体说明
六氟化硫气体说明一、总论（一）概述说明六氟化硫(SF6) 在环境温度下无需加热均可以气态形式应用于我们的设备，。
气体压力图（图一）显示，在+20 ℃，绝对压力为22bar时，SF6 为液态，在+30 ℃绝对压力为28 bar时，SF6 为液态。
SF6 并不遵循理想气体原理。
图 2 所示为在定容状态下不同填充密度时的压力变化。
图中很明显地显示，如果充气密度相当于+20℃时的绝对压力4.5bar时，温度可以达到-40℃，无需对气体进行液化。
（二）生产六氟化硫是用氟和熔化的硫直接合成的一种工业产品。
经过清洗、加热分解、干燥之后浓缩液化以去除非冷凝性物质（如：氧气和空气中的氮气或碳化合物）精制而成。
（三）物理和化学特性SF6为无色无味气体, 其主要特性概括如下：分子重量：146.07临界温度：+45.5 ℃（超出临界温度时，SF6不能通过压缩液化：平衡曲线图“液-气”图中，临界压力与临界温度相关。
临界压力：37.5帕临界密度：0.730g/CM3在+20 ℃时的密度：-当绝对压力为1帕时（大气压）： 6.16g/DM3-当绝对压力为2帕时：12.5g/DM3-当绝对压力为6帕时：37g/DM3在SF6中声音的传播速度为空气中声音的传播速度的三分之一。
六氟化硫气体非常稳定、不活泼。
只有在温度超过+500 ℃时才能受热分解。
在电弧过程中可以观察到气体的部分分解。
其分解产物主要是气体（低等级的氟化硫或硫-氟-氧混合物）和固体（硫化物或金属硫化物）。
（四）电气特性六氟化硫气体具有非常优越的电气特性。
相比较而言，六氟化硫气体的电气强度比空气的电气强度高过2.5倍（图3）。
即使加以不同的因素对这些特性加以限制，但是由于其分子极不活跃，可以捕获游离的电子并且延迟雪崩效应带来的击穿放电。
同样原因，SF6作为消弧介质，其效率比空气高出10倍。
（五）商业特性市场上所采购到的气体含有少量的杂质，在限度范围内，不会影响其质量。
六氟化硫气体的绝缘特性以及在设备绝缘中的应用
六氟化硫气体的绝缘特性以及在设备绝缘中的应用简介六氟化硫（SF6）是一种无色、无臭、无味的气体，在电工领域中具有优良的绝缘特性。
由于其较高的绝缘能力和化学稳定性，SF6广泛应用于各种高压电力设备的绝缘中。
六氟化硫气体的绝缘特性SF6气体的绝缘特性主要表现在以下几个方面：高绝缘强度SF6气体具有很高的击穿电场强度，能够承受较高的电压而不发生电晕放电或击穿，因此可以作为优良的绝缘介质使用。
其绝缘强度远高于空气和其他常见的绝缘介质。
低介质损耗相比于其他绝缘气体，SF6气体的介质损耗非常低。
这意味着在高电压设备中使用SF6作为绝缘介质，能够减少能量损耗，并提高设备的效率。
良好的热稳定性在高温和低温条件下，SF6气体的绝缘性能保持稳定。
这使得SF6气体在各种环境中都能可靠地发挥绝缘作用，无论是在极寒的北极地区，还是在高温的炎热气候中。
抗化学腐蚀能力强由于SF6是一种惰性气体，在大多数常见的化学物质中都不会发生化学反应，因此它具有较强的抗化学腐蚀能力。
这使得SF6气体可以在各种恶劣的环境条件下使用，例如在潮湿、腐蚀性气体存在的地方。
SF6在设备绝缘中的应用由于六氟化硫气体的优良绝缘特性，它在很多高压电力设备的绝缘中得到了广泛的应用。
以下是一些常见的SF6在设备绝缘中的应用：SF6绝缘开关设备SF6绝缘开关设备被广泛应用于电力系统中的配电设备和变电站。
SF6绝缘开关设备由于其绝缘特性好、耐电弧性能优异等特点，能够有效地隔离和控制电力系统的电路，保证系统的安全运行。
SF6绝缘断路器SF6绝缘断路器是一种重要的高压开关设备，通常用于电力系统中的高压线路和变电站中。
SF6绝缘断路器具有良好的弧光灭弧特性，能够可靠地切断和负荷电流，以保护电力设备和人员的安全。
SF6绝缘电缆SF6气体也可以作为电缆绝缘介质的填充物使用。
SF6绝缘电缆具有较高的绝缘强度和较低的介质损耗，能够在高压条件下传输电能，并保证电能传输的可靠性和安全性。
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2. SF6的灭弧作用 除SF6电弧弧柱的自身特性对熄灭电弧有利 外，还有以下重要的原因： 1）SF6的复合作用
SF6的某些高温电弧产物，在消弧的瞬间可能复 合，例如： S＋6FSF6 SF6＋＋SF6－2SF6 ………… 当电流过零后，SF6弧隙介质的强度比N2大得多， 易阻止电弧的继续和发展，缩短燃弧时间。
四、SF6绝缘特性 1. SF6的高绝缘强度 SF6 是一种高绝缘 强度的气体电介 质。
SF6具有高绝缘强度的主要原因是：
在 SF6 分子中，六个 F 原子紧密地围绕其分子表面，使 SF6具有很强的电负性，容易与电子结合形成负离子， 削弱电子碰撞电离的能力，阻碍电离的形成和发展。 负离子形成的反应如下式： SF6＋eSF6－ SF6＋eSF5－＋F SF6分子直径比空气中氧、氮分子大，使得电子在SF6中 的平均自由行程缩短，不易在电场中积累能量，从而 减少了自由电子的碰撞电离的能力。 SF6的分子量是空气的 5倍。SF6 负离子的质量更大，其 离子迁移率比空气中氧、氮离子的迁移速度更小，极 易与正离子发生复合作用而形成中性分子，使气体中 带电质点减少，不易形成放电。
三、SF6的化学性质 SF6的结构比较稳定，化学性也极不活泼。在空气 中不燃烧、不助燃，与硫酸、盐酸、强碱、水、 氨等不反应。 在150℃以下，SF6不与设备中的电气材料起化学 反应；超过150℃时，硅钢会促使SF6分解，并有 微弱反应；有铜或铝存在时，SF6在200℃左右开 始分解；在250℃左右可与SO3发生反应： SF6十2SO33SO2F2 在室温下，SF6可被无水碘酸定量地还原： SF6十8HIH2S十6HF十4I2 SF6对各种金属的腐蚀性是很微弱的。
（2）SF6的冷却作用
从 SF6 的物理性质可知， SF6 为优良的冷却介质， 其冷却散热的效果好，可有效地降低电弧温度， 有利于电弧的熄灭。
SF6吸附电子一方面可减少电子的密度，降低电 导率，促使电弧熄灭；另一方面，由于SF6－的 离子迁移速度比电子慢得多，SF6－与SF6＋易复 合成SF6，也有利于电弧的熄灭。若在断路器中 设置专门的吹弧装置（灭弧室），还可增强SF6 熄灭电弧的能力。
（3）SF6具有吸附电子的能力
第二节 SF6的电弧分解产物及其危害
一、SF6气体电弧分解产物的生成 SF6气体自身的分解反应 SF6 SF4＋ F2 SF6气体与电极触头材料反应 4SF6 ＋W ＋Cu 2S2F2＋3WF6 ＋CuF2 2SF6 ＋W ＋Cu 2SF2＋WF6 ＋CuF2 水解反应 2SF6 ＋ H2O 2SO2＋ O2 ＋12HF SF4 ＋ H2O 2SOF2＋2HF 与氧作用 2SF4 ＋ O2 2SOF4
1）六氟化硫运行气体的泄漏检测 由于是电负性气体，具有很强的吸收自由 电子形成负离子的特性，因而人们利用六 氟化硫气体的这种特性，设计出了多种气 体泄漏的检测方法，常用的主要有紫外电 离、电子捕获、真空高频电离和负电晕放 电检测四种。
3. SF6的鉴别
三、 六氟化硫设备运行气体的监督与管理 六氟化硫电气设备中运行气体管理主要包 括泄漏管理、纯度管理、湿度管理 3 项内 容。
1. 六氟化硫运行气体的泄漏管理 SF6 电气设备在安装完毕后，一般先对设备 的法兰接口等结合面，进行定性检漏，如 发现 SF6 气体泄漏部位时，再进行定量检漏。 GB / T 8905—1996 《 六氟化硫电气设备中 气体管理和检测导则 》 中规定：每个气隔 的年漏气率应不大于 1 ％。
第八章 六氟化硫绝缘气体
第一节 SF6气体的性质
一、SF6的结构特点 SF6的分子为一正八面体的立体结构。 SF6分子所独有的结构特点使SF6气体 具有独特的物理化学性能和电气性能。
二、SF6的物理性质 SF6在常温、常压下，为无色、无味、无毒 的不可燃气体。SF6在设备中的工作压力通 常为0.2～0.7MPa，呈气态。 SF6的密度比空气大，约为空气的5倍，因而 具有强烈的窒息性。 SF6为优良的冷却介质。 SF6在不同的温度和压力下，可呈气态、液 态和固态，使用中应予注意。
将五只雌白鼠置于SF679％和O221％(均为体 积％)的混合气体中保持24小时，此期间应 供应充分的水和鼠食。试验后的白鼠若有 异常现象则应作为疑点，待发现有明显中 毒症状(即阳性反应)时，表明该气体不合格。
若对新购的或贮存中的气体是否为SF6有怀 疑时，可测定该气体的密度或导热系数或 红外吸收光谱等数据，并与纯SF6之值相比 较即可鉴别。
二、新SF6气体的监督和管理 1. 取样技术 直接法：采用取样管把钢瓶出口与分析设 备直接联起来。SF6液体从钢瓶中流入取样 管，气化后以SF6气体进入分析设备中进行 检测。 中间取样法：将钢瓶中的液态SF6输入已抽 空、洗净、能耐7000kPa试验压力的瓶内， 气化后作试样备用。
2. 毒性试验
2. 影响SF6击穿电压的因素 （1）电场均匀性 （2）SF6的工作压力 （3）电极表面 （4）导电杂质的影响
五、SF6的灭弧特性 1、SF6电弧弧柱的基本性质 在不同的气体电介质中，电弧弧柱的温度分布 各不相同，N2的弧柱温度比SF6的高得多。 电弧周围区域内，SF6的电弧温度较低(＜4000K)， 电导很小仅有微弱的电弧电流；N2的电弧温度 较高(＜7500K)，电导较大，有稍大的电弧电流。 电弧弧芯区域(电孤导电部分)内，SF6的区域直 径比N2小得多。当电弧电流突然停止之后，在 SF6弧芯区所包含的热量比N2的少，而且SF6在 电弧作用下的分解是吸热反应，故冷却效果好， 易熄灭电孤。
第三节 SF6的监督与管理
一、SF6气体的质量标准 目前工业上制备SF6的方法，较普遍采用的是单质 硫磺与过量气态氟直接化合：
为保证SF6气体的纯度和质量，国际电工委员会 (IEC)和许多国家、生产厂家都规定了SF6气体的 质量标准，用户可根据标准进行检测和验收。表 8-5为IEC和我