氟化硫和氣絕緣電氣設(shè)備.ppt

,六氟化硫和氣體絕緣電氣設(shè)備,一、六氟化硫的絕緣性能 二、六氟化硫理化特性方面的若干問題 三、六氟化硫混合氣體 四、氣體絕緣電氣設(shè)備,六氟化硫(SF6)氣體： 20世紀(jì)60年代開始作為絕緣媒質(zhì)和滅弧媒質(zhì)使用于某些電氣設(shè)備(首先是斷路器)中； 至今已是除空氣外應(yīng)用最廣泛的氣體介質(zhì)。,SF6的電氣強(qiáng)度約為空氣的2.5倍，滅弧能力更高達(dá)空氣的100倍以上，所以在超高壓和特高壓的范疇內(nèi)，它已完全取代絕緣油和壓縮空氣而成為唯一的斷路器滅弧媒質(zhì)。,目前SF6不但應(yīng)用于單一電力設(shè)備，如：SF6斷路器、氣體絕緣變壓器等。 也被廣泛采用于將多種變電設(shè)備集于一體并密閉充SF6氣體的容器之內(nèi)的封閉式氣體絕緣組合電器（GIS）和充氣管輸電線等裝置中。,一、SF6的絕緣性能,SF6具有較高的電氣強(qiáng)度，主要是因為其具有很強(qiáng)的電負(fù)性，容易俘獲自由電子而形成負(fù)離子(電子附著過程)，電子變成負(fù)離子后,其引起碰撞電離的能力就變得很弱，因而削弱了放電發(fā)展過程。,與均勻電場中的擊穿電壓相比，SF6在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣要大得多。SF6 優(yōu)異的絕緣性能只有在電場比較均勻的場合才能得到充分的發(fā)揮。,電場的不均勻程度對SF6電氣強(qiáng)度的影響遠(yuǎn)比對空氣的大。,在設(shè)計以 SF6 氣體作為絕緣的各種電氣設(shè)備時，應(yīng)盡可能使氣隙中的電場均勻化，采用屏蔽等措施以消除一切尖角處的極不均勻電場，使 SF6 優(yōu)異的絕緣性能得到充分的利用。,(一)均勻和稍不均勻電場中SF6的擊穿,SF6電負(fù)性氣體中的碰撞電離和放電過程時，除了考慮第一章中所說的 過程外，還應(yīng)計及電子附著過程，它可用一個與電子碰撞電離系數(shù) 的定義相似的電子附著系數(shù) 來表示， 的定義是一個電子沿電場方向運(yùn)動1cm的行程中所發(fā)生的電子附著次數(shù)平均值?？梢娫陔娯?fù)性氣體中的有效碰撞電離系數(shù) 應(yīng)為：,這時應(yīng)該注意：在一般氣體中，正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)；而在電負(fù)性氣體中，正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)與負(fù)離子數(shù)之和。所以在湯遜理論中不能將式(12)中的 簡單地用(-)來代替而得出電負(fù)性氣體的自持放電條件。,由于強(qiáng)電負(fù)性氣體在實用中所處條件均屬于流注放電的范疇，所以這里不再討論其湯遜自持放電條件，而直接探討其流注自持放電條件。為此，寫出均勻電場中電負(fù)性氣體的流注自持放電條件為：,實驗研究證明：對于SF6氣體，常數(shù)K=10.5,上式表明，在均勻電場中SF6氣體的擊穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的擊穿場強(qiáng) ，幾乎是空氣的3倍。,SF6氣體的擊穿電壓可以用下式計算：,均勻電場中空氣的電氣強(qiáng)度大致為 ：30kV/cm,左圖給出出R/r=1.67406的同軸圓筒中SF6的擊穿場強(qiáng)Eb與氣壓p的關(guān)系曲線，由圖中可見擊穿場強(qiáng)并不與氣壓成正比，而是增加得少一些。,前面已經(jīng)提到，在氣體絕緣電氣設(shè)備中最常見的是稍不均勻電場氣隙，例如同軸圓筒間的氣隙。,(二) 極不均勻電場中SF6的擊穿,在極不均勻電場中， SF6氣體的擊穿有異?，F(xiàn)象，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：,如圖所示，首先是工頻擊穿電壓隨氣壓的變化曲線存在“駝峰”；,其次是駝峰區(qū)段內(nèi)的雷電沖擊擊穿電壓明顯低于靜態(tài)擊穿電壓，其沖擊系數(shù)可低至06左右，如右圖所示。,雖然駝峰曲線在壓縮空氣中也存在，但一般要在氣壓高達(dá)1MPa左右才開始出現(xiàn)，而在SF6氣體中，駝峰常出現(xiàn)在0.10.2MPa的氣壓下，即在工作氣壓以下。因此，在進(jìn)行絕緣設(shè)計時應(yīng)盡可能設(shè)法避免極不均勻電場的情況。,極不均勻電場中SF6氣體擊穿的異?，F(xiàn)象與空間電荷的運(yùn)動有關(guān)。 我們知道，空間電荷對棒極的屏蔽作用會使擊穿電壓提高，但在雷電沖擊電壓的作用下，空間電荷來不及移動到有利的位置，故其擊穿電壓低于靜態(tài)擊穿電壓；氣壓提高時空間電荷擴(kuò)散得較慢，因此在氣壓超過0.10.2MPa時，屏蔽作用減弱，工頻擊穿電壓會下降。,（三）影響擊穿場強(qiáng)的其它因素,氣體絕緣電氣設(shè)備的設(shè)計場強(qiáng)值遠(yuǎn)低于理論擊穿場強(qiáng)，這是因為有許多影響因素會使它的擊穿場強(qiáng)下降。此處僅介紹其中兩種主要影響因素，即電極表面缺陷和導(dǎo)電微粒。,1、電極表面缺陷,右圖表示電極表面粗糙度Ra對SF6，氣體電氣強(qiáng)度Eb的影響。,可以看出：GIS的工作氣壓越高，則Ra對Eb的影響越大，因而對電極表面加工的技術(shù)要求也越高。,電極表面粗糙度大時，表面突起處的局部電場強(qiáng)度要比氣隙的平均電場強(qiáng)度大得多，因而可在宏觀上平均場強(qiáng)尚未達(dá)到臨界值時就誘發(fā)擊穿。,除了表面粗糙度外，電極表面還會有其它零星的隨機(jī)缺陷，電極表面積越大，這類缺陷出現(xiàn)的概率也越大。所以電極表面積越大，SF6氣體的擊穿場強(qiáng)越低，這一現(xiàn)象被稱為“面積效應(yīng)”。,2、導(dǎo)電微粒,設(shè)備中的導(dǎo)電微粒有兩大類，即固定微粒和自由微粒，前者的作用與電極表面缺陷相似，而后者因會在極間跳動而對SF6氣體的絕緣性能產(chǎn)生更大的不利影響。,二、六氟化硫理化特性方面的若干問題,氣體要作為絕緣媒質(zhì)應(yīng)用于工程實際，不但應(yīng)具有高電氣強(qiáng)度，而且還要具備良好的理化特性。SF6氣體是唯一獲得廣泛應(yīng)用的強(qiáng)電負(fù)性氣體的原因即在于此。下面對 SF6氣體實際應(yīng)用中的理化特性作一介紹：,2、毒性分解物,1、液化問題,3、含水量,1、液化問題,現(xiàn)代SF6高壓斷路器的氣壓在0.7MPa左右，而GIS中除斷路器外其余部分的充氣壓力一般不超過0.45MPa。如果20 C時的充氣壓力為075MPa(相當(dāng)于斷路器中常用的工作氣壓），則對應(yīng)的液化溫度約為-25 C，如果20 C時的充氣壓力為0.45MPa，則對應(yīng)的液化溫度為-40 C，可見一般不存在液化問題，只有在高寒地區(qū)才需要對斷路器采用加熱措施，或采用SF6-N2混合氣體來降低液化溫度。,2、毒性分解物,純凈的SF6氣體是無毒惰性氣體，180攝氏度以下時它與電氣設(shè)備中材料的相容性與氮?dú)庀嗨?。但SF6的分解物有毒，并對材料有腐蝕作用，因此必須采取措施以保證人身和設(shè)備的安全。,使SF6氣體分解的原因： 電子碰撞、熱和光輻射.,在電氣設(shè)備中引起分解的原因主要是前兩種，它們均因放電而出現(xiàn)。大功率電?。〝嗦菲饔|頭間的電弧或GIS等設(shè)備內(nèi)部的故障電?。┑母邷貢餝F6氣體的迅速分解，而火花放電、電暈或局部放電也會引起SF6氣體的分解。,針對SF6氣體毒性分解物的措施：,通常采用吸附劑 吸附劑主要有兩方面作用：吸附分解物和吸附水分,常用的吸附劑有：活性氧化鋁和分子篩 通常吸附劑的放置量不小于SF6氣體重量的10%。,3、含水量,水分是SF6氣體中危害最大的雜質(zhì)，因為： 水分會影響氣體的分解物 與HF形成氫氟酸，引起材料的腐蝕與導(dǎo)致機(jī)械故障 低溫時引起固體介質(zhì)表面凝露，使閃絡(luò)電壓急劇降低,控制氣體含水量的措施： 避免在高濕度氣體條件下進(jìn)行裝配工作； 安裝前所有部件都要經(jīng)過干燥處理； 保證良好的密封，否則會使設(shè)備內(nèi)的SF6氣體泄漏到大氣中去，而大氣中的水氣也會滲入設(shè)備內(nèi)。,三、六氟化硫混合氣體,SF6氣體價格較高 液化溫度不夠低 對電氣不均勻度太敏感,目前國內(nèi)外都在研究SF6混合氣體，以期在某些場合用SF6混合氣體來代替SF6氣體,目前已獲工業(yè)應(yīng)用的是SF6-N2混合氣體，主要用作高寒地區(qū)斷路器的絕緣媒質(zhì)和滅弧材料，采用的混合比通常為50%：50%或60%：40%。,四、氣體絕緣電氣設(shè)備,1、封閉式氣體絕緣組合電器（GIS）,GIS由斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、互感器、避雷器、母線、連線和出線終端等部件組合而成，全部封閉在SF6金屬外殼中。,（1）大大節(jié)省占地面積和空間體積：額定電壓越高，節(jié)省得越多。,（2）運(yùn)行安全可靠：GIS的金屬外殼是接地的，即可防止運(yùn)行人員觸及帶電導(dǎo)體，又可使設(shè)備運(yùn)行不受污穢、雨雪、霧露等不利的環(huán)境條件的影響。,與傳統(tǒng)的敞開式配電裝置相比，GIS具有下列突出優(yōu)點：,（3）有利于環(huán)境保護(hù)，使運(yùn)行人員不受電場和磁場的影響。,（4）安裝工作量小、檢修周期長。,2、氣體絕緣管道輸電線,氣體絕緣管道輸電線亦可稱為氣體絕緣電纜（GIC)，它與充油電纜相比具有下列優(yōu)點：,(1)電容量?。篏IC的電容量大約只有充油電纜的1/4 左右，因此其充電電流小、臨界傳輸距離長。,(2)損耗?。撼Ｒ?guī)充油電纜常因電介質(zhì)損耗較大而難以用于特高壓，而GIC的絕緣主要是氣體介質(zhì)，其介質(zhì)損耗可忽略不計，已研制成特高壓等級的產(chǎn)品。,(3)傳輸容量大：常規(guī)電纜由于制造工藝等方面的原因，其纜芯截面一般不超過2000mm2，而GIC則無此限制，所以GIC的傳輸容量要比充油電纜大，而且電壓等級越高，這一優(yōu)點越明顯。,(4)能用于大落差場合。,3、氣體絕緣變壓器,氣體絕緣變壓器（GIT）與傳統(tǒng)的油浸式變壓器相比有以下優(yōu)點：,（1）GIT是防火防爆型變壓器，特別適用于城市高層建筑的供電和用于地下礦井等有防火防爆要求的場合。,（2）氣體傳遞振動的能力比液體小，所以GIT的噪聲小于油浸變壓器。,（3）氣體介質(zhì)不會老化，簡化了維護(hù)工作。,除了以上所介紹的氣體絕緣電氣設(shè)備外，SF6氣體還