浅谈导致SF6电器产品泄漏因素及防范措施

（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001）

密封性能对SF6电器的使用性能具有及其重要的影响，其直接决定着SF6电器设备制造企业在高压电器制造行业的长足发展。笔者通过分析了密封圈压缩率、密封表面粗糙度、密封槽的选型、密封圈的材质四个易使SF6电器产品产生泄漏的主要因素，提出SF6电器设备密封结构设计方面的规范，为SF6电器设备制造厂家设计密封结构及密封圈的选用等方面提供参考。

1 密封机理

SF6气体通过密封环境渗到产品壳体外部的形式有两种：穿透O形密封圈的泄漏和通过密封接触面的泄漏。前者与密封圈的材质有关，其泄漏量与后者相比微不足道。造成接触面泄漏的原因，一是接触面有间隙，二是密封圈两侧有气压差。

现以SF6电器设备最常用的“自紧式密封结构（采用密封圈密封，密封槽宽度大于密封圈直径的密封结构）”来阐述密封的机理，如下图1所示。

由于预密封作用，O形圈与被密封光滑面和密封槽底面紧密接触，这样当SF6气体通过间隙进入密封槽后，只能对O形圈的一侧面起作用。当气体压力较大时，把O形圈推向沟槽另一侧面而挤压成D形，并把压力传递给接触面，最终形成能够密封SF6气体的密封力。由于温度影响，密封力通常随着温度的下降而变小，由于密封面表面状况的非均一性，或者密封圈压缩变形量设计的不合理，都有可能导致在常温时或者低温时，在密封圈的某点（或某段）出现密封力为零甚至小于零的情况，进而导致密封圈与密封面在微观上的分离，出现SF6泄漏的现象。

图1 自紧式密封结构

2 导致SF6电器泄漏的因素

从密封圈压缩率、密封面表面粗糙度、密封槽形状及密封圈材质四个导致SF6电器泄漏的主要因素进行分析，找出导致SF6电器泄漏的主要因素及其相关的防范措施。

2.1 密封圈压缩率的影响

O形圈安装在密封槽里，为保证其密封性能，应预留一个初始压缩量。对于不同的应用场合，相对于截面直径W的预压缩量也不同。通常，以自紧式密封结构为例，在静密封中约为15%—30%，而在动密封中约为9%—25%。通过对高压电器常用的多种橡胶密封圈进行密封试验表明，金属—金属法兰密封和金属法兰—瓷件密封，对于O形密封圈压缩量有不同的要求，为了压缩量选择的简易性，在密封圈硬度为邵氏硬度65～75的范围内时，一般合理的O形密封圈压缩量可参考表1进行设计。

表1 O形密封圈压缩率

考虑到动密封装配的要求和控制运动轴的转动摩擦阻力的要求，动密封压缩率不允许取较大值，一般可限定在12%左右。由于动密封压缩率较小，因此，用O形密封圈作动密封，其密封性不太好，在重要部位不宜采用。在GCB/GIS密封设计中，O形密封圈在运动轴上常作为防尘圈使用。

2.2 密封面表面粗糙度的影响

密封面的粗糙度过大或者过小都有可能影响密封结构的密封效果，通过对SF6密封结构的研究，试验结果表明：采用车（镗）刀加工的密封面上，刀痕形成的同心圆，在合适的表面粗糙度（Ra1.6~6.3 μm）范围内对气密性有利。

如下图2所示，在表面粗糙度（Ra1.6~6.3 μm）范围内，橡胶圈与密封面弥合良好，同心圆刀纹增大了SF6泄漏通道的距离，使得泄漏量变小。

但是，当表面粗糙度超过Ra12.5 μm时，如下图3所示，O形密封圈与密封接触不良，易产生漏气。相反，滚挤压镜面太光，得不到同心圆刀纹的“阻力”作用，其气密封性也不令人满意，如下图4所示。

图2 车（镗）面Ra1.6~6.3μm

图3 车（镗）面Ra12.5~25μm

图4 滚压近于镜面

图5 瓷密封面磨痕

用砂轮磨制的瓷密封面，其磨痕不是封闭的同心圆，而是杂乱无章的、断续的短线，相当一部分磨痕是顺着SF6泄漏通道的方向（径向），见上图5所示。因此，瓷件的密封比金属密封更困难，要克服这一困难，可采取以下有效措施：

一是，适当增大密封圈的压缩率（见表1）；

二是，严格控制瓷密封面的粗糙度，将其配合面的粗糙度精磨至Ra1.6 μm；

三是，用无毛布（纸）沿瓷套径向擦净污迹和瓷粉，并用手触摸密封面无瓷粉滚动的感觉，并适当增大密封面的压缩率。

根据使用状况的不同，一般密封部位的表面粗糙度可按照下表2进行选择:

表2 密封部位粗糙度要求

2.3 密封槽形状的影响

密封槽形状的选择或密封槽的深度、宽度、倒角等尺寸设计不合理，都有可能是导致高压电器产品SF6泄漏的主要原因，根据使用场合的不同，要选择合适的密封槽形状。以O形圈结构为例，常见的安装O形圈的各种密封槽形状见下表3。（密封槽的尺寸及压缩量参考GB/T3452.3进行设计，该文不再详述）

表3 安装O形圈的各种沟槽形状

2.4 密封圈材质的影响

对SF6电器产品而言，考核密封圈材质性能的两个主要指标如下：

一是，密封圈的硬度要适中，一般要求邵氏硬度65~75即可，硬度太高容易导致密封圈与密封面之间很难获得良好的弥合性，硬度太低容易导致接触压力（密封力）不足，也不能获得良好的密封性能；

二是，压缩永久变形性，要求在使用温度（-55℃~80℃）范围内其压变低于20%，并有良好的密封性能。

在具体选取O形圈材料时，首先要考虑与工作介质的相容性；其次还须终合考虑其密封处的压力、温度、连续工作时间、运行周期等工作条件，若用在旋转场合，须考虑由于磨擦热引起的温升。不同的密封件材料，其物理性能和化学性能都不一样，O形密封圈常用材料及使用范围见下表4。

表4 O形圈常用材料及使用范围一览表

3 结论

通过以上对导致SF6电器泄漏的主要因素进行分析，我们可以得出以下结论：

（1）密封圈的压缩率、密封槽的形状、密封圈的材质三个因素是相辅相成的，必须根据使用的场合，选择合适的密封槽结构、所需的压缩率及密封圈的材质，才能减少产品的泄漏。

（2）密封面的粗糙度必须根据使用的场合选择合适的粗糙度，粗糙度过大过小都可能影响密封性能。

（3）密封圈槽的尺寸和形状应规范设计，不可随心所欲，否则可能影响整体的密封性能。

[1]高亚娟.SF6气体绝缘设备用O形圈密封结构对比分析[J].高压电器，2008，(01)：37-39.

[2]黎 斌.SF6高压电器设计第2版[M].北京：机械工业出版社，2007.