SF6高壓開關(guān)學(xué)習(xí)-第五章

西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室丁衛(wèi)東GIS裝置及其絕緣技術(shù)《GIS裝置及其絕緣技術(shù)》2007年10月1日第五章混合氣體絕緣內(nèi)容SF6與全球氣候變暖混合氣體的優(yōu)點(diǎn)混合氣體的絕緣性能：均勻電場混合氣體的絕緣性能：不均勻電場混合氣體的混合比和充氣氣壓氣體的混合特性SF6與全球氣候變暖SF6是強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體SF6氣體不會(huì)破壞大氣臭氧層，然而它是1997年京都議定書指定的六種溫室氣體(CO2,CH4,N2O,HFCs,PFCs,SF6)之一。SF6氣體對溫室效應(yīng)的實(shí)際影響很小，目前只占0.07%左右。將SF6氣體列為溫室效應(yīng)氣體，主要是SF6氣體對溫室效應(yīng)有著相當(dāng)大的潛在危險(xiǎn)。高全球變暖系數(shù)：SF6氣體的全球變暖系數(shù)為23900(以100年為期的計(jì)算值)長壽命：約為3200年全球SF6氣體的產(chǎn)量大氣中SF6含量的增長SF6與全球氣候變暖減少排放的措施推動(dòng)SF6的回收利用在檢修和退出運(yùn)行時(shí)，采用回收裝置回收SF6氣體。關(guān)于SF6的回收利用，GIGRE的WG23.10在1997年發(fā)布了《SF6RecyclingGuide》。國外的電力、工業(yè)部門也采取了很多措施抑制SF6的排出降低GIS的年漏氣率目前GIS的年漏氣率為不大于1%，隨著技術(shù)水平的提高和人們對環(huán)境問題的日益重視，將來可望使年漏氣率下降到0.5%以下。開發(fā)小型化、高性能的GIS提高設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，開發(fā)小型化、高性能的GIS。開發(fā)小型化、高性能GIS也有助于控制GIS的成本和占地面積。開發(fā)替代氣體或者是混合氣體絕緣研究可用于替代SF6氣體絕緣的技術(shù)SF6與全球氣候變暖不含SF6氣體成分的代替氣體：N2、空氣、CO2、CH4、PFC、HFC目前不存在比SF6優(yōu)越的替代氣體，各種氣體均多少存在缺點(diǎn)(毒性、穩(wěn)定性、液化溫度、絕緣性能、消弧性能、臭氧層破壞指數(shù)、地球溫暖化系數(shù)、價(jià)格)。含SF6氣體成分的混合氣體：SF6/N2、SF6/CO2、SF6/N2/CO2

研究比較充分，性能相對較為優(yōu)越的是SF6/N2。SF6/N2目前也是唯一實(shí)際使用過的混合氣體用于高寒地區(qū)的斷路器第二代氣體絕緣輸電管道(GIL)混合氣體的優(yōu)點(diǎn)混合氣體在以下幾個(gè)方面有可能優(yōu)于純SF6氣體：(1)液化溫度降低SF6含量可降低液化溫度混合氣體的優(yōu)點(diǎn)(2)絕緣性能兩成分混合氣體的耐電強(qiáng)度按相對耐電強(qiáng)度(RES)分為四類：1：在混合比為某些值時(shí)，混合氣體的耐電強(qiáng)度高于高于兩種單獨(dú)氣體的耐電強(qiáng)度。代表性氣體：CF2Cl2-SF6、C3F6-SF62：向上凸代表性氣體：N2-SF6、CO2-SF63:耐電強(qiáng)度隨氣體的混合比線性改變代表性氣體：SF6-He4：向下凹代表性氣體：

C2F3Cl3-SF6混合氣體的優(yōu)點(diǎn)在SF6含量很低的情況下，也能達(dá)到很高的絕緣強(qiáng)度20%75%※優(yōu)異值反映了氣體在不均勻場中絕緣能力的優(yōu)越程度。絕緣能力 SF6-N2>SF6-CO2；優(yōu)異值 SF6-N2<SF6-CO2混合氣體的優(yōu)異值要大于純SF6氣體SF6-N2-CO2可否？混合氣體的優(yōu)點(diǎn)(3)經(jīng)濟(jì)性SF6價(jià)格昂貴: ～90元/公斤如果使用含SF6為20%的SF6-N2混合氣體，將氣體壓力提高為純SF6的1.4倍，則可節(jié)約大約70%的SF6氣體?；旌蠚怏w的絕緣性能：均勻電場混合氣體的碰撞電離系數(shù)和電子附著系數(shù)無協(xié)同效應(yīng)的情況正協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)SF6氣體絕緣強(qiáng)度高的秘密在于它是強(qiáng)電負(fù)性氣體無協(xié)同效應(yīng)的情況（SF6-N2）有效電離系數(shù)其中SF6-N2混合氣體的有效電離系數(shù)混合氣體的絕緣性能：均勻電場SF6-N2混合氣體的耐電強(qiáng)度估計(jì)混合氣體耐電強(qiáng)度的方法：①宅間董公式P： 成分1的分壓比V1： 成分1的耐電強(qiáng)度V2: 成分2的耐電強(qiáng)度C: 與氣體成分有關(guān)的常數(shù)②指數(shù)擬合(當(dāng)SF6含量大于5%時(shí))k： SF6的分壓比V1： SF6的耐電強(qiáng)度混合氣體的絕緣性能：均勻電場正協(xié)同效應(yīng)(CF2Cl2-SF6)混合的時(shí)候，電子附著截面積相互配合，有效電離系數(shù)比下式計(jì)算的要小：故在外加電場后可以有效產(chǎn)生負(fù)離子，提高了耐電強(qiáng)度。負(fù)協(xié)同效應(yīng)(He-SF6)故耐電強(qiáng)度降低。混合的時(shí)候，出現(xiàn)彭寧(Penning)效應(yīng)，加強(qiáng)了電離，有效電離系數(shù)比下式計(jì)算的要大：混合氣體的絕緣性能：不均勻電場(1)光滑電極形成的稍不均勻場其中曲率系數(shù)其自持放電電壓U0其臨界擊穿場強(qiáng)比SF6小，然而曲率系數(shù)比SF6

大，故在稍不均勻場中其相對耐電強(qiáng)度略高于均勻電場中的情況※SF6-CO2情況與SF6-N2類似對SF6-N2(50%-50%)同心球電極同軸圓柱電極混合氣體的絕緣性能：不均勻電場(2)電極表面有缺陷時(shí)的宏觀稍不均勻場當(dāng)電極表面存在缺陷，出現(xiàn)局部強(qiáng)電場時(shí)，有可能破壞混合氣體絕緣，其機(jī)理與純SF6氣體中相同，但粗糙度系數(shù)存在差別。當(dāng)ph小于優(yōu)異值M時(shí)，粗糙度系數(shù)近似為1。故優(yōu)異值越大，氣體越能容忍電極表面粗糙度?；旌蠚怏w的絕緣性能：不均勻電場光滑電極：SF6>SF6+N2>SF6+CO2粗糙電極：SF6≈SF6+N2≈SF6+CO2混合氣體對局部強(qiáng)電場的敏感性比純SF6要小?；旌蠚怏w的絕緣性能：不均勻電場降低了起暈電壓，提高了擊穿電壓(3)極不均勻場在SF6氣體中添加某些氣體，可明顯提高其在極不均勻電場中的擊穿電壓?；旌蠚怏w的絕緣性能：不均勻電場起暈電壓和擊穿電壓同時(shí)提高(氟利昂113)混合氣體的混合比和充氣氣壓混合比：因?yàn)榛旌蠚怏w的滅弧能力要弱于純SF6氣體，故在滅弧室中使用SF6-N2混合氣體時(shí)，SF6的含量不能太低。一般采用60%-40%或50%-50%。在滅弧室以外的氣室，采用30%(SF6含量)以上的混合比意義不大。目前一般的看法在5%-30%之間，討論比較多的是20%，在GIL中實(shí)際使用過的也是20%的混合比。研究表明，混合比低于20%時(shí)，UHF法測量局部放電的靈敏度將下降。SF6-N2混合氣體的耐電強(qiáng)度混合氣體的混合比和充氣氣壓對于純SF6氣體而言：GIS滅弧室的充氣氣壓在0.7MPa左右，其他隔室的充氣氣壓在0.45MPa以下。SF6含量降低導(dǎo)致?lián)舸╇妷合陆?，故必須提高充氣壓力保證絕緣性能充氣氣壓：SF6耐電強(qiáng)度與充氣氣壓和SF6含量之間的關(guān)系混合氣體的混合比和充氣氣壓稍不均勻場中SF6氣體的擊穿電壓：SF6混合氣體的擊穿電壓：故稍不均勻場中SF6混合氣體的擊穿電壓：例：SF6從100%變到20%，充氣氣壓必須為原來的1.4倍。0.4MPa0.56MPa氣體的混合特性(1)混合比的控制理想氣體的狀態(tài)方程道爾頓分壓定律通過控制充氣壓力控制混合比例：充80%-20%的N2-SF6至0.7MPa時(shí)，可先充SF6至0.7×0.2=0.14MPa，然后充N2至0.7MPa氣體的混合特性(2)擴(kuò)散過程擴(kuò)散方程兩成分氣體的擴(kuò)散系數(shù):其中MA,MB=分子量

n

=混合氣體的分子數(shù)密度

k

=玻爾茲曼常數(shù)

T

=絕對溫度

AB

=碰撞分子的特性直徑

fD=補(bǔ)償系數(shù)(MA≈MB1.0-1.02)

(MA?MB

且

B較小

1.0-1.1)D與溫度和氣壓有關(guān)，隨著時(shí)間的變化，氣體濃度越來越均勻。氣體的混合特性氣體混合均勻需要一定的時(shí)間實(shí)驗(yàn)條件：罐高1m，先充0.1MPaN2，然后從上部充入SF6氣體氣體的混合特性(3)混合比隨落