六氟化硫（SF6）氣體是目前發(fā)現(xiàn)的六種溫室氣體之一。在高壓電器制造行業(yè)使用著大量的SF6氣體，由于使用、管理不當(dāng)或沒有按正確的方法對其進(jìn)行回收、再生處理，導(dǎo)致SF6氣體及在高溫電弧作用下產(chǎn)生的有毒分解物排放到大氣中，給人類賴以生存的環(huán)境帶來污染和破壞，同時給電器設(shè)備的正常運行和人們 身體健康帶來不利影響。
1、概述
       自1900年法國化學(xué)家摩森（H.Moissan）和李博(P.Lebeau)在實驗室中將硫在氟氣中燃燒以制備六氟化硫（SF6）氣體以來，人們已從中收益非淺。因純SF6氣體的化學(xué)穩(wěn)定性，早期用于進(jìn)行人工氣胸治療肺結(jié)核空洞；同時因其優(yōu)異的絕緣和滅弧性能也倍受人們的關(guān)注。從1940年作為絕緣介質(zhì)開始，迄今已被廣泛地應(yīng)用在電力設(shè)備中，如高壓斷路器、變壓器、互感器、電容器、避雷器、接觸器、熔斷器、管道母等。隨著SF6氣體使用量的增加，范圍的擴(kuò)大，正確的使用和管理SF6氣體，保護(hù)好我們賴以生存的環(huán)境及人身安全等問題被提到了重要的議事日程上來。
2、SF6氣體的性質(zhì)
2.1 SF6氣體的物理性質(zhì)
       純凈的SF6氣體是一種無色、無嗅、基本無毒、不可燃的鹵素化合物。其相對密度在氣態(tài)時為6.16g/cm3(20℃,0.1MPa時)，在液態(tài)時為1400g/cm3(20℃時)；在相同狀態(tài)下約是空氣相對密度的5倍。為便于運輸和貯存，SF6氣體通常以液態(tài)形式存在于鋼瓶中。
2.2 SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)
       SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在空氣中不燃燒，不助燃，與水、強(qiáng)堿、氨、鹽酸、硫酸等不反應(yīng)；在低于150℃時，SF6氣體呈化學(xué)惰性，極少熔于水，微熔于醇。對電器設(shè)備中常用的金屬及其它有機(jī)材料不發(fā)生化學(xué)作用。然而，在大功率電弧、火花放電和電暈放電作用下，SF6氣體能分解和游離出多種產(chǎn)物，主要是SF4和SF2，以及少量的S2、F2、S、F等。
3 SF6氣體的毒性來源
      從有關(guān)部門的試驗及研究結(jié)果可知，SF6氣體的毒性主要來自5個方面。
    （1）SF6產(chǎn)品不純，出廠時含高毒性的低氟化硫、氟化氫等有毒氣體。大家知道，目前
化工行業(yè)制造SF6氣體的方法主要是采用單質(zhì)硫磺與過量氣態(tài)氟直接化合反應(yīng)而成；即S+3F2→SF6+Q（放出熱量）。在合成的粗品中含有多種雜質(zhì)，其雜質(zhì)的組成和含量因原材料的純度、生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)、工藝條件等因素的影響而有很大差異，雜質(zhì)總含量可達(dá)5%。其組成有硫氟化合物，如：S2F2、SF2、SF4、S2F1O等；硫氟氧化合物如SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O等以及原料中帶入的雜質(zhì)如HF、OF2、CF4、N2、O2等。為了凈化粗品中的雜質(zhì)，合成后的SF6氣體還需要經(jīng)過水洗、堿洗、熱解（去除劇毒的十氟化物）、干燥、吸附、冷凍、蒸餾提純等一系列凈化處理過程才能得到純度在99.8%以上的產(chǎn)品。然后再用壓縮機(jī)加壓，充入降溫至-80℃左右的鋼瓶中，以液態(tài)形式存在。在使用時減壓放出，呈氣態(tài)沖入電氣設(shè)備中。
除在上面的合成過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)外，另外，在氣體的充裝過程中還可能混入少量的空氣、水分、和礦物油等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)均帶有或會產(chǎn)生一定的毒性物質(zhì)。因此，為保證SF6產(chǎn)品的純度和質(zhì)量，對出廠的SF6產(chǎn)品國際電工委員會（IEC）及許多國家均制定了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并要求生產(chǎn)廠家在供貨時提供生物試驗無毒證明書。
    （2）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體在高溫電弧發(fā)生作用時而產(chǎn)生的某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體在電弧中的分解和與氧的反應(yīng)：
2SF6 + O2 →2SOF2 + 8F（氟化亞硫酰）
2SF6 + O2 →2SOF4 + 4F（四氟化硫酰）
SF6 →SF4 + 2F（四氟化硫酰）
SF6 →S + 6F（硫）
2SOF4 + O2 →2SO2F2 + 4F（氟化硫酰）
    （3）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體分解物與其內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體分解物與水的繼發(fā)性反應(yīng)：
SF4 + H2O →SOF2 + 2HF（氫氟酸）
SOF4 + H2O →SO2F2 + 2HF（氫氟酸）
SOF2 + H2O　→ SO2 + 2HF（二氧化硫）
SO2F2 + 2H2O　→ H2SO4 + 2HF（硫酸）
    （4）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與電極（Cu－W合金）及金屬材料（AL、Cu）反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如：SF6氣體及分解物與電極或其它材料反應(yīng)：
3SF6 + W　→ WF6（氣態(tài)）+ 3SF4
3F + AL →ALF3（固態(tài)粉末）
3SOF2 + AL2O3 →2ALF3（固態(tài)粉末）+ 3SO2
SF6 + Cu →CuF2(固態(tài)粉末) + SF6
4SF6 + W + Cu →2S2F2（氣態(tài)）+3WF6（氣態(tài)）+ CuF2（固態(tài)粉末）
     （5）電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與絕緣材料反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。如與含有硅成分的環(huán)氧酚醛玻璃絲布板（棒、管）等絕緣件；或以石英砂、玻璃作填料的環(huán)氧樹脂澆注件、模壓件以及瓷瓶、硅橡膠、硅脂等起化學(xué)作用，生成SiF4、Si（CH3）2F2等產(chǎn)物。
4 SF6氣體的危害
       長期以來，由于對SF6氣體的使用、管理不善、而導(dǎo)致許多有毒的、具有腐蝕性的氣體
和固體分解物被排放到大氣中，不但給我們賴以生存的環(huán)境造成了難以挽救的污染和破壞，同時還危及電器設(shè)備的正常運行和人們的身體健康。SF6氣體的電弧分解物及反應(yīng)生成物的生理特性見下表：
SF6氣體的電弧分解物及反應(yīng)生成物的生理特性
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序號 化學(xué)成分 生理學(xué)特性
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      8 WF6 有刺激性。
1 S2F2 兩只老鼠在10×1000μg/g的濃度中，15min內(nèi)均死亡，有刺激性。
2 SF4 在19μg/g的濃度中，4h內(nèi)動物的死亡率為50%；在10μg/g的濃度中停留1h，動物會出現(xiàn)呼吸困難的征兆。
3 S2F10 老鼠在0.1μg/g的濃度中停留1h未發(fā)現(xiàn)有中毒癥狀；在1μg/g的濃度中刺激肺部；在10μg/g的濃度中肺部發(fā)生腐爛。
4 SOF2 有刺激性。
5 SO2 有刺激性。
6 HF 有刺激性。
7 SiF4 有刺激性，從食物中攝取后對呼吸有危險。
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4.1對人及動物的危害
       從醫(yī)學(xué)的角度來講，各種分解物氣體及生成物對人體的影響程度不光取決于其毒性的
大小，還與吸入到人體內(nèi)量的大小和每個人的身體素質(zhì)有關(guān)。作為客觀地判斷依據(jù)，日本將每一種動物物質(zhì)的允許濃度設(shè)定為五級。即：A——低致命濃度；B——半致命濃度（50%為死亡濃度）；C——短時間停留極限，通常為15min；D——出現(xiàn)毒性反應(yīng)的低濃度；E——為每天8h，一周40h的正常勞動時間，大多數(shù)人在此濃度下工作，均不會對健康有不良影響。
早在1979年，上海醫(yī)學(xué)院和上海市化工局職業(yè)病防治研究所就對長期從事或接觸SF6氣體的人群進(jìn)行了調(diào)查及動物試驗。
在對生產(chǎn)和使用SF6氣體的兩家企業(yè)的工人進(jìn)行職業(yè)流行病學(xué)調(diào)查中，對年齡、性別、勞動強(qiáng)度、專業(yè)工齡、是否吸煙等相近的工人，進(jìn)行分組對照、比較，對工人們的健康情況未發(fā)現(xiàn)有明顯的損害。但從統(tǒng)計的癥狀發(fā)生率來看，表現(xiàn)出乏力、記憶力差、咽痛、胸悶的人數(shù)較多。
在對動物（雌性大、小鼠）進(jìn)行分組急性靜式染毒試驗、亞急性靜式染毒試驗中，分別將白鼠放在不同濃度的SF6新氣體或（與電弧接觸過的）開斷氣的氣體分組箱里。其結(jié)果是急性靜式染毒試驗未發(fā)現(xiàn)異常，而亞急性靜式染毒試驗則發(fā)現(xiàn)一只大鼠的肺毛細(xì)血管在電子顯微鏡下有輕度亞微結(jié)構(gòu)改變。是否就是由SF6氣體引起的，因試驗的動物數(shù)量有限，還難以定論。
4.2對環(huán)境的危害
       近百年來，地球氣候正經(jīng)歷一次以全球變暖為主要特征的顯著變化。這種全球性的氣候變暖是由自然的氣候波動和人類活動所增強(qiáng)的溫室效應(yīng)共同引起的。減少溫室氣體排放、減緩氣候變化是《聯(lián)合國氣候變化公約》和《京都議定書》的主要目標(biāo)，而我國在減少溫室氣體排放方面所面臨的國際壓力越來越大。
溫室效應(yīng)是指大氣中的二氧化碳等氣體能透過太陽短波輻射，使地球表面升溫。同時阻擋地球表面向宇宙空間發(fā)射長波輻射，從而使大氣增溫。由于二氧化碳等氣體的這一作用與“溫室”的作用類似，故稱之為“溫室效應(yīng)”，二氧化碳等氣體被稱為“溫室氣體”。目前，發(fā)現(xiàn)人類活動排放的溫室氣體有六種，它們是二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫，這當(dāng)中氟化物就有三種。其中CO2對溫室效應(yīng)影響大，占60%，而SF6氣體的影響僅占0.1%，但SF6氣體分子對溫室效應(yīng)具有潛在的危害，這是因為SF6氣體一個分子對溫室效應(yīng)的影響為CO2分子的25000倍，同時，排放在大氣中的SF6氣體壽命特長，約3400年?，F(xiàn)今，每年排放到大氣中的CO2氣體約210億，而每年排放到大氣中的SF6氣體相當(dāng)于1.25億t CO2氣體。
現(xiàn)在全球每年生產(chǎn)的大約8500t SF6氣體中，約有一半以上用于電力工業(yè)。而在電力工業(yè)中，高壓開關(guān)設(shè)備約占用氣量的80%以上。其中中壓開關(guān)的用氣量約占1/10；主要是用在126～252kV的高壓、330～800kV的超高壓領(lǐng)域，特別是126kV～252kV～550kV的斷路器（GCB）、SF6封閉組合電器（GIS）、充氣柜（C-GIS）、SF6氣體絕緣管道母線（GIL）中。因此，合理、正確的使用管理SF6氣體，減少排放量已到了非整治不可的地步。

5 SF6氣體的使用現(xiàn)狀及存在的問題
5.1環(huán)境保護(hù)意識淡薄
       目前，尚有相當(dāng)一部分人缺乏環(huán)境保護(hù)知識，對SF6氣體的理化性能了解不夠，對其給環(huán)境所造成的危害認(rèn)識不深，環(huán)境保護(hù)意識淡薄。在生產(chǎn)、使用SF6氣體的環(huán)節(jié)中由于使用、管理不當(dāng)所造成的泄露及人為的排放相當(dāng)嚴(yán)重。
5.2回收再利用或回收處理的不好
       從國內(nèi)的SF6氣體回收裝置的生產(chǎn)及需求數(shù)量上來看，每年約70臺左右。而銷售量大的還是簡易的抽真空、充氣裝置。究其原因，一是由于SF6氣體回收裝置的價格昂貴，每臺在15～30萬元人民幣之間，而國外進(jìn)口的價格更高，使其普及受到限制；二是除電器制造行業(yè)外，該裝置的利用率很低，一般只在設(shè)備安裝或檢修時使用，閑置時間長。作為SF6氣體使用量很大的高壓電器制造行業(yè)的電力部門，其SF6氣體回收裝置的使用和管理并不理想；尤其一些中、小企業(yè)根本沒有配備SF6氣體回收裝置。在電力行業(yè)，35kV以下變電站幾乎沒有S6氣體回收裝置，有的地區(qū)是幾個變電站共用一臺。
       SF6氣體的回收處理更差，廢氣幾乎都是一放了之或經(jīng)過簡單的過濾吸附而排放到大氣中。因為，目前國內(nèi)還沒有一家生產(chǎn)的SF6氣體回收裝置可對SF6氣體進(jìn)行再生處理。SF6氣體回收裝置的功能均是對電器設(shè)備進(jìn)行抽真空，將設(shè)備內(nèi)的SF6氣體回收至氣腔壓力為負(fù)133Pa，同時將廢氣壓縮到儲氣罐中，儲氣罐的容量大為500kg。而這些回收的“廢氣”一般用于電器設(shè)備中零部件檢漏，很少有送回生產(chǎn)廠家對其進(jìn)行再生處理的。
5.3管理制度不到位
      對SF6氣體的使用、管理沒有建立完整的規(guī)章制度。SF6產(chǎn)品的裝配廠房、檢修間及檢修現(xiàn)場等工作場所均沒有健全的通風(fēng)設(shè)施和監(jiān)控設(shè)備。對長期接觸或短期接觸SF6氣體的人員在勞動保護(hù)方面欠考慮且沒納入安全生產(chǎn)的管理程序。

6預(yù)防措施
       由于SF6氣體分解產(chǎn)生的這些有毒氣體和粉末對人及動物上呼吸道有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用；并對環(huán)境造成污染和破壞，產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”。因此，為盡量減少危害，將其所帶來的不利影響降到小程度。我們可采取以下行之有效的措施加以控制和防范。
6.1規(guī)定空氣中SF6氣體及其毒性分解物的允許含量
       對空氣中SF6氣體及其毒性分解產(chǎn)物的允許含量各國均作了相應(yīng)規(guī)定，其中美國的標(biāo)準(zhǔn)要求見下表。
       根據(jù)動物性試驗和現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果，并參照美國政府工業(yè)衛(wèi)生醫(yī)師會議（ACGIH）的建議，生產(chǎn)車間空氣中SF6的濃度閾限值為600mg/m3；短期接觸閾限值為750 mg/m3；前蘇聯(lián)批準(zhǔn)的生產(chǎn)車間空氣中SF6的高濃度為5000 mg/m3，因此，建議國內(nèi)生產(chǎn)、使用SF6氣體的車間空氣中SF6的高濃度不超過6000 mg/m3。
我國在GB/T8905-1996《六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢驗導(dǎo)則》中等效采用了IEC480：1974《電氣設(shè)備中六氟化硫氣體導(dǎo)則》和IEC376：1971《新六氟化硫氣體的規(guī)范和驗收》。并明確規(guī)定，操作間空氣中SF6氣體濃度極限值為：
空氣中SF6氣體的允許濃度不大于1000μL/L（6g/m3）或空氣中氧含量應(yīng)大于18%；短期接觸，空氣中SF6氣體的允許濃度不大于1250μL/L（7.5g/m3）
空氣中SF6氣體及其毒性分解產(chǎn)物
的允許含量（美國標(biāo)準(zhǔn)）
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序號 毒性氣體及固體名稱 允許含量
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1 SF6 1000μg/g
2 SF4 0.1μg/g
3 SOF4 2.5 mg/m3
4 SOF2 2.5 mg/m3
5 SO2 2μg/g
6 SO2F2 5μg/g
7 S2F10 0.025μg/g
8 S2F10O 0.5μg/g
9 SiF4 2.5 mg/m3
10 HF 3μg/g
11 CF4 2.5 mg/m3
12 CS2 10μg/g
13 ALF3 2.5 mg/m3
14 CuF2 2.5 mg/m3
15 Si（CH3）2F2 1 mg/m3
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6.2減少和控制SF6氣體中的水分含量
      對充以SF6氣體作為絕緣或滅弧的電氣設(shè)備，為減少和控制其內(nèi)部的水分含量，在產(chǎn)品裝配前，除要將零部件放在相應(yīng)的烘干間內(nèi)進(jìn)行烘干處理外，同時還要求在其內(nèi)部裝設(shè)吸附劑。常用的吸附劑有活性氧化鋁和分子篩兩種，由于它們的吸附性不同，可將兩種吸附劑混合使用，吸附劑應(yīng)放置在氣流通道或容器的上方，用量為SF6氣體總重量的10%左右。正確的使用吸附劑，不但可吸收SF6氣體中的水分及SF6氣體分解物，減少SF6氣體中的水分含量及分解物的產(chǎn)生與排放。還能提高電器設(shè)備的絕緣性能和開斷性能。
因此，我國標(biāo)準(zhǔn)GB/T8905-1996規(guī)定了在20℃時SF6電器設(shè)備水分含量的允許值，見下表。
SF6電器設(shè)備中水分含量的允許值
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隔 室 有電弧分解物的隔室 無電弧分解物的隔室
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產(chǎn)品運行允許值 ≤300μL/L 100≤μL/L
產(chǎn)品交接驗收值 ≤150μL/L 500≤μL/L
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6.3 加強(qiáng)SF6氣體及分解物的回收和處理
以SF6氣體作為絕緣和滅弧的電器設(shè)備，在下列四種情況下必須對其內(nèi)的SF6氣體及分解物進(jìn)行回收或中和處理。
（1）在新產(chǎn)品開發(fā)時，做過絕緣試驗和開斷試驗的試品；
（2）檢修進(jìn)行過的電器設(shè)備；
（3）處理發(fā)生故障的電器設(shè)備；
（4）淘汰、更換掉的電器設(shè)備。
在對SF6氣體及分解物進(jìn)行回收或中和處理時，要嚴(yán)格按如下步驟進(jìn)行：
①在打開設(shè)備前，必須先回收氣體，并抽真空；
②對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行徹底通風(fēng)；
③工作人員應(yīng)帶放毒面具和橡皮手套；
④將金屬氟化物粉塵集中起來，裝入塑料袋并深埋。對電器設(shè)備內(nèi)的吸附劑和回收裝置
吸附罐中吸附劑，按CB/T8905-1996《六氟化硫電氣設(shè)備中氣體管理和檢驗導(dǎo)則》的規(guī)定“由生產(chǎn)分解氣體的設(shè)備中更換下來的吸附劑不要再生”由此我們可按下列方法進(jìn)行處理：
（a）按20ml/g的比例將吸附劑放入當(dāng)濃度為IN的氫氧化鈉溶液中，攪拌浸泡24h，
將吸附劑內(nèi)部可溶于水和可水解、堿解的SF6氣體分解物轉(zhuǎn)移到氫氧化鈉溶液中。
（b）對浸泡過吸附劑的氫氧化鈉溶液要用當(dāng)量濃度為0.1N的硫酸進(jìn)行中和，在溶液
呈中性時，方可排放。
（c）對排放后剩余吸附劑及固體物質(zhì)經(jīng)水洗后可作為普通垃圾處理或深埋掉。
6.4提高產(chǎn)品設(shè)計水平，降低泄露率
在產(chǎn)品設(shè)計上采用新技術(shù)、新工藝，提高制造水平，力爭將年漏氣率由1%降到0.5%以下，主要從如下三點入手。
    （1）應(yīng)盡量不用SF6氣體或減少SF6氣體的使用量，通過改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少充氣隔
室或空間，開發(fā)空氣絕緣、固體絕緣的電器設(shè)備，如環(huán)氧樹脂絕緣的（干式）變壓器、電壓互感器、電流互感氣、真空斷路器，空氣斷路器，負(fù)荷開關(guān)；將斷路器的滅弧室充以SF6氣體，絕緣拉桿部分采用空氣絕緣；將罐式斷路器改為瓷柱式等。
    （2）在保證產(chǎn)品電氣性能的前提下，盡量降低充氣壓力。這樣不但有利于密封，還可
能減少漏氣點。
    （3）在產(chǎn)品的密封結(jié)構(gòu)及材料上下功夫，采用新材料、新工藝、減少SF6氣體的泄露。
如電器設(shè)備動力輸入處的直動密封或轉(zhuǎn)動密封采用波紋管結(jié)構(gòu)，靠波紋管的蠕變來提供直動所需的行程或轉(zhuǎn)動所需的轉(zhuǎn)角。
6.5采用其它代替氣體或混合氣體
      目前，還未發(fā)現(xiàn)一種完全代替純SF6氣體的單一替代氣體，從環(huán)保方面考慮，唯一有可能的替代氣體是純N2氣體；但要使純N2氣體的絕緣強(qiáng)度與純SF6氣體的絕緣強(qiáng)度等同，須將純N2氣體的壓力提高到純SF6氣體的3-4倍。因此，從安全角度考慮，電器設(shè)備的容器剛度、強(qiáng)度及其使用有待提高。
鑒于使用純N2氣體的難以操作性，國內(nèi)外的研究人員將目標(biāo)轉(zhuǎn)向N2/SF6混合氣體，在純N2氣體中混入一定百分比的純SF6氣體后，發(fā)現(xiàn)可顯著得提高絕緣強(qiáng)度，并接近于純SF6氣體的絕緣性能。關(guān)于使用N2/SF6混合氣體來替代SF6氣體的研究很多，雖然可減少純SF6氣體的使用量，但其應(yīng)用范圍受到限制，如在GCB（斷路器）和GIS（封閉組合電器）中使用的絕緣介質(zhì)，不但要求有絕緣性能，還要求有滅弧性能，而N2/SF6混合氣體要想獲得與原有設(shè)備同等的性能是極其困難的，要想直接使用是不可能的。如西門子公司為解決高寒地區(qū)（-40℃）斷路器的使用問題，將N2/SF6混合氣體的壓力提高到0.75MPa（表壓），同時也對滅弧室進(jìn)行了修改。在GIL（管道母線）中 由于除故障時以外，均無電弧產(chǎn)生，且對絕緣氣體沒有滅弧要求，使采用N2/SF6混合氣體成為可能性，在這方面法國、德國已做了嘗試。但由于N2/SF6混合氣體的分離回收技術(shù)方面還有一些問題尚待解決，還難以保證SF6氣體不被排入大氣中，因此，安全、可靠的進(jìn)入實際應(yīng)用階段還需一個過程。

7結(jié)束語
      由于SF6電氣技術(shù)設(shè)備的大量使用，不可避免地給人類賴以生存環(huán)境帶來污染和破壞，同時也給人們的身體健康帶來不利影響。因此，早在1992年國際上就開始研究全球變暖問題，并在1997年的京都會議
    （COP3）上確定了溫室氣體的削減目標(biāo)。但迄今為止，還未找到比SF6氣體的綜合性能更好的單獨氣體和混合氣體。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，在今后相當(dāng)長一段時期，少用和不用SF6氣體的電器設(shè)備才是高壓電器制造行業(yè)的發(fā)展方向。