六氟化硫气体绝缘课件

六氟化硫(SF6)气体：20世纪60年代开始作为绝缘媒质和灭弧媒质使用于某些电气设备(首先是断路器)中；至今已是除空气外应用最广泛的气体介质。

SF6的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力更高达空气的100倍以上，所以在超高压和特高压的范畴内，它已完全取代绝缘油和压缩空气而成为唯一的断路器灭弧媒质。六氟化硫(SF6)气体：SF6的电气强度约为空气的1目前SF6不但应用于单一电力设备，如：SF6断路器、气体绝缘变压器等。也被广泛采用于将多种变电设备集于一体并密闭充SF6气体的容器之内的封闭式气体绝缘组合电器（GIS）和充气管输电线等装置中。目前SF6不但应用于单一电力设备，如：SF6断路器、2一、SF6的绝缘性能

SF6具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程)，电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程。一、SF6的绝缘性能SF6具有较高的电气强度，主要是3

与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。SF6

优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大。

在设计以SF6

气体作为绝缘的各种电气设备时，应尽可能使气隙中的电场均匀化，采用屏蔽等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场，使SF6

优异的绝缘性能得到充分的利用。与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中4(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时，除了考虑过程外，还应计及电子附着过程，它可用一个与电子碰撞电离系数的定义相似的电子附着系数来表示，的定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值。可见在电负性气体中的有效碰撞电离系数应为：(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿SF6电负性气体中的碰5均匀电场中的电子崩增长规律：

这时应该注意：在一般气体中，正离子数等于新增的电子数；而在电负性气体中，正离子数等于新增的电子数与负离子数之和。式中：n0-阴极表面处的初始电子数；

na-到达阳极时的电子数均匀电场中的电子崩增长规律：这时应该注意：在一般气6

由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴，所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件，而直接探讨其流注自持放电条件。为此，可参照式(1—20)写出均匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为：实验研究证明：对于SF6气体，常数K=10.5，相应的击穿电压为：式中：p-气压，Mpa，d-极间距离，mm(kV)

由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴7在工程应用中，通常pd<1MPamm，所以上式可近似地写成：在气体绝缘电气设备中最常见的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。(kV)式(2—16)和式(2—17)均表明，在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场强，几乎是空气的3倍。在工程应用中，通常pd<1MPamm，所以上式可近似地写8在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中的情况是相反的，此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10％左右。冲击系数很小，雷电冲击时约为1.25，操作冲击时更小，只有1.05～1.1。在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中9(二)极不均匀电场中SF6的击穿(二)极不均匀电场中SF6的击穿10极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关。我们知道，空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高，但在雷电冲击电压的作用下，空间电荷来不及移动到有利的位置，故其击穿电压低于静态击穿电压；气压提高时空间电荷扩散得较慢，因此在气压超过0.1～0.2MPa时，屏蔽作用减弱，工频击穿电压会下降。极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运11（三）影响击穿场强的其它因素

气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿场强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即电极表面缺陷和导电微粒。1.电极表面缺陷

图表示电极表面粗糙度Ra对SF6，气体电气强度Eb的影响。（三）影响击穿场强的其它因素气体绝缘电气设备的设12

可以看出：GIS的工作气压越高，则Ra对Eb的影响越大，因而对电极表面加工的技术要求也越高。

电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场强度要比气隙的平均电场强度大得多，因而可在宏观上平均场强尚未达到临界值时就诱发击穿。可以看出：GIS的工作气压越高，则Ra对Eb的影响越大13

除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概率也越大。所以电极表面积越大，SF6气体的击穿场强越低，这一现象被称为“面积效应”。2.导电微粒

设备中的导电微粒有两大类，即固定微粒和自由微粒，前者的作用与电极表面缺陷相似，而后者因会在极间跳动而对SF6气体的绝缘性能产生更大的不利影响。除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星的随机缺陷，14二、六氟化硫理化特性方面的若干问题

气体要作为绝缘媒质应用于工程实际，不但应具有高电气强度，而且还要具备良好的理化特性。SF6气体是唯一获得广泛应用的强电负性气体的原因即在于此。下面对SF6气体实际应用中的理化特性作一介绍：(一）液化问题

现代SF6高压断路器的气压在0.7MPa左右，而GIS中除断路器外其余部分的充气压力一般不超过0.45MPa。如果20C时的充气压力为0．75MPa(相当于断路器中常用的工作气压），则对应的液化温度约为-25℃，如果20℃时的充气压力为0.45MPa，则对应的液化温度为-40℃，可见一般不存在液化问题，只有在高寒地区才需要对断路器采用加热措施，或采用SF6-N2混合气体来降低液化温度。二、六氟化硫理化特性方面的若干问题气体要作为绝缘媒质15(二）毒性分解物

纯净的SF6气体是无毒惰性气体，180摄氏度以下时它与电气设备中材料的相容性与氮气相似。但SF6的分解物有毒，并对材料有腐蚀作用，因此必须采取措施以保证人身和设备的安全。使SF6气体分解的原因：电子碰撞、热和光辐射.

在电气设备中引起分解的原因主要是前两种，它们均因放电而出现。大功率电弧（断路器触头间的电弧或GIS等设备内部的故障电弧）的高温会引起SF6气体的迅速分解，而火花放电、电晕或局部放电也会引起SF6气体的分解。针对SF6气体毒性分解物的措施：通常采用吸附剂.吸附剂主要有两方面作用：(二）毒性分解物纯净的SF6气体是无毒惰性气体，18016吸附分解物和吸附水分常用的吸附剂有：活性氧化铝和分子筛通常吸附剂的放置量不小于SF6气体重量的10%.(三）含水量

水分是SF6气体中危害最大的杂质，因为：

水分会影响气体的分解物

与HF形成氢氟酸，引起材料的腐蚀与导致机械故障

低温时引起固体介质表面凝露，使闪络电压急剧降低吸附分解物和吸附水分常用的吸附剂有：活性氧化铝和分子筛通常17控制气体含水量的措施：避免在高湿度气体条件下进行装配工作；安装前所有部件都要经过干燥处理；保证良好的密封，否则会使设备内的SF6气体泄漏到大气中去，而大气中的水气也会渗入设备内。控制气体含水量的措施：18六氟化硫(SF6)气体：20世纪60年代开始作为绝缘媒质和灭弧媒质使用于某些电气设备(首先是断路器)中；至今已是除空气外应用最广泛的气体介质。

SF6的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力更高达空气的100倍以上，所以在超高压和特高压的范畴内，它已完全取代绝缘油和压缩空气而成为唯一的断路器灭弧媒质。六氟化硫(SF6)气体：SF6的电气强度约为空气的19目前SF6不但应用于单一电力设备，如：SF6断路器、气体绝缘变压器等。也被广泛采用于将多种变电设备集于一体并密闭充SF6气体的容器之内的封闭式气体绝缘组合电器（GIS）和充气管输电线等装置中。目前SF6不但应用于单一电力设备，如：SF6断路器、20一、SF6的绝缘性能

SF6具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程)，电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程。一、SF6的绝缘性能SF6具有较高的电气强度，主要是21

与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。SF6

优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大。

在设计以SF6

气体作为绝缘的各种电气设备时，应尽可能使气隙中的电场均匀化，采用屏蔽等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场，使SF6

优异的绝缘性能得到充分的利用。与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中22(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时，除了考虑过程外，还应计及电子附着过程，它可用一个与电子碰撞电离系数的定义相似的电子附着系数来表示，的定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值。可见在电负性气体中的有效碰撞电离系数应为：(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿SF6电负性气体中的碰23均匀电场中的电子崩增长规律：

这时应该注意：在一般气体中，正离子数等于新增的电子数；而在电负性气体中，正离子数等于新增的电子数与负离子数之和。式中：n0-阴极表面处的初始电子数；

na-到达阳极时的电子数均匀电场中的电子崩增长规律：这时应该注意：在一般气24

由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴，所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件，而直接探讨其流注自持放电条件。为此，可参照式(1—20)写出均匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为：实验研究证明：对于SF6气体，常数K=10.5，相应的击穿电压为：式中：p-气压，Mpa，d-极间距离，mm(kV)

由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴25在工程应用中，通常pd<1MPamm，所以上式可近似地写成：在气体绝缘电气设备中最常见的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。(kV)式(2—16)和式(2—17)均表明，在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场强，几乎是空气的3倍。在工程应用中，通常pd<1MPamm，所以上式可近似地写26在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中的情况是相反的，此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10％左右。冲击系数很小，雷电冲击时约为1.25，操作冲击时更小，只有1.05～1.1。在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响与极不均匀电场中27(二)极不均匀电场中SF6的击穿(二)极不均匀电场中SF6的击穿28极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关。我们知道，空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高，但在雷电冲击电压的作用下，空间电荷来不及移动到有利的位置，故其击穿电压低于静态击穿电压；气压提高时空间电荷扩散得较慢，因此在气压超过0.1～0.2MPa时，屏蔽作用减弱，工频击穿电压会下降。极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运29（三）影响击穿场强的其它因素

气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿场强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即电极表面缺陷和导电微粒。1.电极表面缺陷

图表示电极表面粗糙度Ra对SF6，气体电气强度Eb的影响。（三）影响击穿场强的其它因素气体绝缘电气设备的设30

可以看出：GIS的工作气压越高，则Ra对Eb的影响越大，因而对电极表面加工的技术要求也越高。

电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场强度要比气隙的平均电场强度大得多，因而可在宏观上平均场强尚未达到临界值时就诱发击穿。可以看出：GIS的工作气压越高，则Ra对Eb的影响越大31

除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概率也越大。所以电极表面积越大，SF6气体的击穿场强越低，这一现象被称为“面积效应”。2.导电微粒

设备中的导电微粒有两大类，即固定微粒和自由微粒，前者的作用与电极表面缺陷相似，而后者因会在极间跳动而对SF6气体的绝缘性能产生更大的不利影响。除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星的随机缺陷，32二、六氟化硫理化特性方面的若干问题

气体要作为绝缘媒质应用于工程实际，不但应具有高电气强度，而且还要具备良好的理化特性。SF6气体是唯一获得广泛应用的强电负性气体的原因即在于此。下面对SF6气体实际应用中的理化特性作一介绍：(一）液化问题

现代SF6高压断路器的气压在0.7MPa左右，而GIS中除断路器外其余部分的充气压力一般不超过0.45MPa。如果20C时的充气压力为0．75MPa(相当于断路器中常用的工作气压），则对应的液化温度约为-25℃，如果20℃时的充气压力为0.45MPa，则对应的液化温度为-40℃，可见一般不存在液化问题，只有在高寒地区才需要对断路器采用加热措施