拿捏了，人类社会为何依赖这种气？
来源：地球知识局
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搞怪气体
作者：斯文的樊学长
校稿：朝乾 / 编辑：养乐多
在美剧《生活大爆炸》中，实验物理学家莱纳德让女友佩妮吸入一口气体后，佩妮的嗓音立即变得比男性更雄浑低沉。娱乐节目《快乐大本营》中也有类似情节，吸入一口气体，软妹子的声音也会瞬间变得兄贵起来。
这种能让人嗓音变低沉的气体叫做六氟化硫，在自然界中并不常见，它比人类日常吸入的空气，密度大接近5倍。所以当人类肺部吸入六氟化硫之后，声音传播的速度会变慢，听上去也会变得浑厚许多。
不过，人类将之配制出来，目的可不是为了让人变声。而是利用其特殊的物理特性，应用于配电行业，是一种不可或缺的重要原料。我们手机中的电池同样需要这种独特的气体。
现代生活背后的隐形守护者
经过奥斯特、安培等一系列学者的理论积淀，1831年，法拉第发现了电磁感应现象，为日后电力的大规模应用奠定了理论基础。此后发电机、电动机、变压器等电气时代的关键设备，也被逐一发明出来，并不断改进。
燃气电站变压器，从发电到输电、配电
整个能源基础系统需要每一个环节的配合和优化
（图：壹图网）▼
1875年，法国巴黎建起了世界第一座火电厂，并成功为附近的电灯供电。1881年英国建立起世界第一座水电站。一年后，美国纽约珍珠街电场落成，标志着发电厂从实验性质的先锋科技项目逐渐走向成熟。很快发电站在工业强国的大城市纷纷建立起来，现代生活也因为电力的出现而发生翻天覆地的变化
须臾不停的灯火，是能量在燃烧
（图：壹图网）▼
在诸多电器中，仅仅是电灯普及这一项成就，便极大程度改变了人类的生活方式。在电灯发明前，蜡烛与煤油灯是最常见的照明工具，前者造价昂贵且亮度并不稳定，后者需要稳定的煤油供应而且容易引发火灾。因为照明工具不堪用，人类依旧遵循着日出而作日落而息的生活习惯，并没有真正的夜生活。
除了夜间照明，对光的需求渗透到我们社会的方方面面
比如检查鸡蛋是否新鲜，也需要光源辅助
在电灯出现之前也只能用蜡烛
（图：壹图网）▼
电灯明亮、稳定且安全，一旦推广开来，使用和维护成本会不断降低，人类的作息得以突破自然的限制，加班、挑灯夜读的基础方能具备，并出现了真正的夜生活。电灯在今天看来即便已极其普通。却已是我们文明的基石之一，符号化的电灯更是灵感、智慧、科技的象征。
事实证明，只有电能带来真正的夜生活
前提是电足够便宜，而成本是靠整个系统来降低的
（夜间的拉斯维加斯，图：壹图网）▼
随着现代化逐渐深入，电力的地位已不可动摇，在生活中应用场景也越来越广泛，总耗电量也越来越大。1980年中国发电量为2854亿千瓦时，到2020年发电量达到了74170亿千瓦时，电力毫无疑问成为了当代中国正常运转的基础。
中国发电量已经多年超过惊人的七万亿千瓦时
但我们的能源结构仍然严重依赖火电和煤炭
同时在输配电方面可提升的空间也还很大▼
当电力应用越来越广泛，作为将电力输送到终端用户前的最后一环，配电行业也在蓬勃发展。随着现代电路越来越复杂，管理电路的难度也大幅提升，用电事故的风险也愈发棘手。
配电柜产业将涉及更广阔领域，市场也逐步扩大▼
触电对于人类来说危险性极高，而电路中容易出现的短路、电弧等问题，又有引发火灾的隐患。成功“驯化”能量极高且桀骜的电，是保障现代社会顺利运转的基石。
工作就是把他们理清楚
（图：图虫创意）▼
说到电弧，短路也好、断开也罢，都会产生电弧，电弧中蕴藏的能量会导致高温，甚至在一瞬间释放。此类情况一旦发生便非常危险，不但影响设备的正常功能，也危害装置本身。
当电压过强，气体发生电击穿而持续形成等离子体
电流在此种状态下可以通过绝缘体，即出现电弧
（图：wikipedia@Луносвет）▼
更可怕的是电弧具有不可预测性，往往令人猝不及防，突然出现很容易造成飞弧短路，给附近人员带来电弧灼伤甚至危及生命。而短路过程中出现的高温容易引发火灾，甚至引发爆炸。
突然就着起来了
（图：图虫创意）▼
为什么要替换掉六氟化硫
正因为意外的出现往往不可预测，在设计配电系统时，规避容易造成短路的设计，并设计专门的功能，在电弧尚未造成损失时熄灭电弧，就成了唯一可行的方案。而常用的手段是，在配电开关设备中，加入能够迅速熄灭电弧的材料，即所谓灭弧介质和绝缘介质。
为了寻找高效且经济的绝缘介质，人类曾经广泛应用过油、固体、压缩空气、以及惰性气体。随着应用场景不断变多，技术也在不断更新换代。目前，在中压配电设备中，应用最广的便是六氟化硫。这种气体无色、无味、无毒、不可燃，是作为绝缘介质的理想材料。
六氟化硫断路器
（图：shutterstock）▼
六氟化硫并非自然界中天然存在的气体，它是一种人工合成的气体，而距离法国的两位化学家Moissan和Lebeau第一次合成人造惰性气体六氟化硫也不过一百年的时间。
六氟化硫气体绝缘体分子
（图：图虫创意）▼
因为其作为灭弧介质的优良特性，40年前， 六氟化硫开始被广泛应用于电力行业，其产量随着世界发电量与耗电量的不断攀升而上升，成为灭弧介质中越来越主流的选择。
六氟化硫断路器
（图：shutterstock）▼
如今仅仅是使用六氟化硫作为灭弧介质的中压开关柜就有3000万套，而在万家灯火背后，都离不开这种气体广泛应用做出的贡献。除此之外，六氟化硫也被应用于其他领域。
比如在隔热玻璃窗中添加六氟化硫
可以提高其隔热和隔音性能
（图：图虫创意）▼
然而，六氟化硫本身虽然无毒，但是依旧会对环境造成巨大的压力。因为它是一种非常强烈的温室气体，效果是二氧化碳的22800倍。1千克六氟化硫对气候变化的影响相当于驾驶一辆汽车行驶约20万公里，以每套开关柜中平均1千克的六氟化硫量进行计算，3000万套中压开关柜一旦出现维修、处理、回收不当，将为环境造成难以估量的影响。
没想到连配电柜都能改变地球
（图：图虫创意）▼
随着气候变化日益明显，人类面临的环保压力越来越大，国家政策和国际社会也越来越关注环保。六氟化硫已成为《京都议定书》规定限制排放的六种温室气体之一。
《京都议定书》规定限制排放的六种温室气体▼
另一方面，六氟化硫本身虽然无毒，但是在进行断开操作的时候会产生一些有毒的副产物，所以在电器设备检修的时候，需要用专门的设备回收、净化六氟化硫中的杂质，这显然增加了设备维修的成本。
而在报废时，为了妥善处理六氟化硫，报废处理费用约为设备本身价格的20%。减少它的排放、用对环境更加友好的产品逐步替代它，已经变成了一种必然的趋势。
更清洁的未来
目前，电气设备制造商都在寻找六氟化硫的替代方案。而施耐德电气用了10年的时间，找到了一种新的、无毒无害的绝缘气体，它就是干燥空气。他们将并联真空开断技术与干燥空气绝缘结合在一起，在满足环保的同时，也可满足电气性能的要求，并能让操作者保持原有的操作习惯不变。
这一方案拥有领先的技术，可以更好的保护操作人员及现场作业人员的人身安全。同时，因为利用干燥空气绝缘，所以既不需要回收废气，又减少了相关零件的数量，降低了维护和报废成本，正因如此，这一技术路线的设备预期寿命会比六氟化硫安全柜更长。
为了降低更换系统的学习成本，尊重用户的使用习惯。不但设备与六氟化硫解决方案尺寸相近，操作方式也与六氟化硫三工位开关相同，具有一定的延续性。具备转换成本低，企业与环境收益大的优势。
并联真空开断（SVI）技术▼
这一代无六氟化硫中压开关设备不仅仅更环保，同时也更智能。包含向复杂的分析工具提供数据传感器。为智能化的资产管理，和物联网的搭建创造基础。
环保不止源自一些众所周知的领域。一些不被消费端关注的细微之处，对环境保护的结果同样起到至关重要的作用。
一个更加清洁、可持续的未来离不开生产端的自我革新和持续努力。而更绿色的未来，正是从一个个看似微小的细节之处发生改变，进而一点一点变成现实。
点击文末“阅读原文”，了解更多！
参考资料：
微信公众账号：施耐德电气
潘飞。供配电电弧危害计算及防护[J]。电气应用，2018None.2019年全国发电量同比增长3.5%[J]。中国煤炭，2020：41-41。
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*本内容为作者提供，不代表地球知识局立场
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