六氟化硫气体的绝缘及在设备绝缘中的应用

六氟化硫气体绝缘目录SF6气体绝缘的应用及其理化特点均匀及稍不均匀电场中SF6的击穿特性极不均匀电场中SF6的击穿特性SF6气体的冲击击穿特性SF6气体中沿固体介质表面的放电含SF6的混合气体2SF6气体绝缘的应用及其理化特点发展历程1940年之后作为绝缘气体被使用于核物理高压研究装置50年代末起，用作断路器的内部绝缘和灭弧介质1965年已出现了SF6金属封闭开关设备（GIS）现在电缆、电流互感器、电压互感器、套管、电力变压器、避雷器和试验变压器等设备中3SF6气体绝缘的应用及其理化特点绝缘结构SF6气体间隙绝缘这是设备中主要的绝缘结构，要求电场尽可能均匀。可采用同轴圆柱结构．导体拐弯部分应制成圆弧形4SF6气体绝缘的应用及其理化特点5SF6气体绝缘的应用及其理化特点SF6—固体介质分界面绝缘要注意固体介质对电场的影响，以及固体介质表面状况对沿面放电过程的影响。6SF6气体绝缘的应用及其理化特点7SF6气体绝缘的应用及其理化特点出线绝缘这是指SF6电力设备高压引出线的绝缘。高压导体与接地外壳之间采用SF6为主要绝缘，并用瓷套将SF6与其它介质(如空气、油)隔离。8SF6气体绝缘的应用及其理化特点9SF6气体绝缘的应用及其理化特点SF6-薄膜组合绝缘应用于SF6变压器和互感器中，作为导体的匝间和层间绝缘10SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点高压压配配电电装装置置的的类类型型空气气绝绝缘缘的的敞敞开开式式开开关关设设备备(AIS)气体体绝绝缘缘金金属属封封闭闭开开关关设设备备(GIS)混合合技技术术开开关关设设备备(MTS)敞开开式式组组合合电电器器复合合式式GIS(HybridGasInsulatedSwitchgear)11SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点空气气绝绝缘缘的的敞敞开开式式开开关关设设备备(AIS)AIS以优优化化投投资资成成本本为为特特征征空气气绝绝缘缘的的敞敞开开式式开开关关设设备备(AIS)以瓷瓷套套作作为为设设备备外外壳壳及及外外绝绝缘缘,优化化了了投投资资成成本本。。但但占占地地面面积积大大旦旦因因设设备备外外露露部部件件多多,易受受气气候候环环境境条条件件的的影影响响,不利利于于系系统统的的安安全全及及可可靠靠运运行行。。12SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点13SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点SF6金属属封封闭闭开开关关设设备备（即即GIS）（GasInsulatedSwitchgear)简简称称GIS，，它它将将一一座座变变电电站站中中除除变变压压器器以以外外的的一一切切设设备备，，包包括括断路路器器、、隔隔离离开开关关、、接接地地开开关关、、电电压压互互感感器器、、电电流流互互感感器器、、避避雷雷器器、、母母线线、、电电缆缆终终端端、、进进出出线线套套管管等等，经经优优化化设设计计有有机机地地组组合合成成一一个个整整体体。。14SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点实践践证证明明，，GIS运运行行安安全全可可靠靠、、配配置置灵灵活活、、环环境境适适应应能能力力强强、、检检修修周周期期长长、、安安装装方方便便。。GIS不不仅仅在在高高压压、、超超高高压压领领域域被被广广泛泛应应用用，，而而且且在在特高高压压领领域域变变电电站站也被被使使用用，，在在我我国国，，63～～500kV电电力力系系统统中中，，GIS的的应应用用已已相相当当广广泛泛15SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点16SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点GIS变电电站站优优点点：：1.占占地地小小。。2.不不受受环环境境条条件件和和环环境境污污染染的的影影响响。。3.使使运运行行人人员员不不受受电电场场和和磁磁场场的的影影响响。。4.安安装装工工作作量量小小。。17SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点GIS设备备缺缺点点：：1.造价价高高2.故障障停停电电范范围围广广、、修修复复时时间间长长、、查查找找故故障障点点困困难难3.扩建建设设备备与与原原有有设设备备的的参参数数要要严严格格配配合合且且施施工工干干扰扰大大18SF6气体体绝绝缘缘的的应应用用及及其其理理化化特特点点GIS变电电站站设设计计应应注注意意的的问问题题：：１主主接接线线设设计计和和气气室室划划分分应应充充分分考考虑虑扩扩建建和和故故障障检检修修的的灵灵活活性性（（单元元化化，，相相互互独独立立的的气气室室有有利利于于防防止止事事故故范范围围扩扩大大）２户内内通风风装置置设计计应防防止气气体泄泄漏造造成窒窒息事事故19SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点混合技技术开开关设设备(MTS)复合式式GIS(H-GIS)是三相相空气气绝缘缘且不不带母母线的的单相相GIS。基本本型号号为ZHW，国内内将H-GIS亦称为为准GIS,简化GIS等。20SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点H-GIS的优势势(1)MTS开关设设备完完全解解决了了户外外隔离离开关关运行行可靠靠性问问题。。同时时由于于各元元件组组合,大大减少了了对地地绝缘缘套管管和支支柱数数(仅为常常规设设备的的30~50％)。这也也减少少了绝绝缘支支柱因因污染染造成成对地地闪络络的概概率,有助于于提高高运行行的可可靠性性21SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点(2)由于元元件组组合,缩短了了设备备间接接线距距离,节省了了各设设备的的布置置尺寸寸。相相对于于传统统的AIS,大大缩缩小了了高压压设备备纵向向布置置尺寸寸,减少占占地面面积达达40~60％22SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点(3)由于采采用在在制造造厂预制式式整体体组装装调试试、模块化化整体体运输输和现场场施工工安装装的方方式,现场施工安安装更更为简简单、、方便便。同时时减少少了变变电站站支架架、钢钢材需需用量量。又又由于于基础础小,工程量量少,混凝土土用量量少,大大减减少了了基础础工作作和费费用开开支23SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点(4)由于MTS模块化化,非常灵灵活,特别适用于于老式式变电电站的的改造造。MTS正是适应欧欧洲50年代和和60年代老老电站站需要要改造造而兴兴起。MTS减少了了老变变电站站升级级改造造的施施工难难度和和投资资规模模,同时提提高了了可靠靠性。。24SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点混合技技术开开关设设备(MTS)目前发发展状状况目前国国内三三家大大型企企业(西开电电气、平高集集团和新沈高高)正在积积极研研制1100kVGIS和H-GIS(MTS)。25SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点根据广广东的的经验验,H-GIS相比GIS具有明明显的的价格格优势势。如如550kV一间隔隔设备备费用用约为为720万美元元(2002年到岸岸价),而H-GIS一间隔隔约为为183万美元元(横沥站站2002年DDV价),约为GIS价格的的1/4,同时GIS扩建麻麻烦,而H-GIS不带母母线,分相布布置,当一相相断路路器需需维护护或扩扩建时时,只需断断开与与三相相母线线的连连接线线,因此H-GIS相比GIS占有价价格低低和扩扩建维维修的的优势势。26SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点H-GIS综合费费用比比AIS虽贵些些,但它的的技术术经济济指标标优越越,特别减减少了了套管数数量(约为AIS的50％),支柱绝绝缘子子数(约为其其20％),设备支支架数数(为其20%),占地面面积(为其60％),安装工工作量量(为其50％),维护工工作量量(为其20％)等。27SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点28SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点29SF6气体绝绝缘的的应用用及其其理化化特点点SF6的物理理化学学特性性无色、、无味味，具具有的的气体体较高高的电电气强强度，，优良良的灭灭弧性性能，，良好好的冷冷却特特性，，不可可燃。。SF6气体的的缺点点是：：放电电时SF6会发生生分解解形成成硫的低低氟化化物。这些些产物物有毒毒，并并能腐腐蚀许许多绝绝缘材材料和和导电电材料料，在在较高高的压压力下下，SF6会液化。。30SF6气体绝缘缘的应用用及其理理化特点点分子量较较大，（（复合性强强）较高压压力下易易液化，，SF6绝缘通通常使用用范围（（-40℃℃≤温度度≤80℃，压压力<0.8MPa）内，温温度低于于-18℃时，，需考虑虑SF6气体的的液化问问题。31SF6气体绝缘缘的应用用及其理理化特点点32均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿SF6电气强度度高的原原因(1)氟是卤族族元素中中电负性最最强，因此SF6分子具有有很强的的电负性性，容易易吸附电子子形成负负离子，阻碍放放电的形形成和发发展。(2)SF6分子的直直径大，，电子在在SF6气体中的的平均自由由行程短短(约为0.22um)。而SF6的电离电位位又大。因因此减小小了电子子碰撞电电离的可可能性。。33均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿(3)电子与SF6气体分子子相遇时时，还会会因极化等过程增增加能量量损失，，减弱其其碰撞电电离能力力。34均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿电子电离离系数和和附着系系数电离系数数α、附着系数数η、有效电离离系数35均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿对于SF6,仅当E/p大于临界界值(E/p)c＝885kv/cm·MPa时放电才才有可能能发展;而对于空空气,其(E/p)c=244kv/cm·Mpa，由此可可知，均均匀电场场中SF6的电气强强度约为为空气的的3倍。36均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿自持放电电条件当崩头电电子数达达到放电由非非自持转转入自持持阶段。。37均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿38均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿对于不同同的间隙隙，当压压力不太太大时，，相同pd值时的击击穿电压压值落在在同一条条曲线上上；随着压力力的增大大，击穿穿电压值值偏离上上述曲线线；间隙距离离d越小，开始出出现偏离离的pd值也越小小。这种种现象可可能是电电极表面面粗糙和和气体中中有杂质质等原因因造成的的。39均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿电极表面面状态的的影响40均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿击穿条件件41均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿当SF6气体的压力较低低时，(值较大。。这时电电子崩将将延伸至至整个间间隙(Xc＝d-h)，且间隙隙内各处处场强与与气压之之比应较较高，积积分式的的值达到到而发生击击穿。因因此p较低时，，Eb/P大于于（E/P）crit42均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿当压力p较高时时，值值较小小，电子子崩长度度较小的的情况下下，即发发生击穿穿，Eb/P小于于（E/P）crit43均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿对于SF644均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿以（ph）crit表示（K/β)/(E/P)crit，当ph>(ph)crit时，突出出物即会会产生影影响而使使Eb/p小于于（E/P）crit，即在高压压下，即即使是一一个很微微小的突突出物，，也会对对击穿电电压产生生很大影影响，使使Ub值降低。。45均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿导电微粒粒的影响响SF6气气体对于于灰尘和和导电微微粒十分分敏感。。1.形成成突出物物，造成成电场局局部强化化。2.交流场中中，导电电微粒在在某一极极充电，，然后在在极性相相反的电电极上产产生微弱弱放电，，并导致致整个间间隙击穿穿；冲击电压压作用下下，微粒粒来不及及移动，，影响很很小。46均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿随着球形形微粒直径径的增加加，击穿电电压逐步下降降。47均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿面积效应应随着电极极面积增增大，击击穿电压压下降的的现象称称为面积积效应。。电极表面面越光滑，气压越高高，面积效效应也越越大。冲击电压压下，因电压压作用时时间较短短，影响响击穿电电压的偶偶然因素素出现的的概率减减少，所所以面积积效应也也较工频电电压下弱弱。48均匀电场场中六氟氟化硫的的击穿小结1：理想环境境下Ub与pd成线性关系。随着P的的增大，，巴申曲曲线会出出现偏移移。电极表面面状态的的影响导电微粒粒的影响响面积效应应49稍不均匀匀电场中中六氟化化硫的击击穿电子崩转转变为流流注的条条件即为为间隙击击穿的条条件。实际设备备中，电电场不可可能完全全均匀，，而极不不均匀电电场又使使SF6的优越性性不能充充分发挥挥。因此此设计SF6气体绝缘缘的电气气设备时时，应尽尽量采用用稍不均均匀电场场结构。。同轴圆柱柱或同心心圆球（（半球））50稍不均匀匀电场中中六氟化化硫的击击穿条件：同轴圆圆柱电极极，r=1cm,R/r=e,p=0.1MPa,施加加电压U，电极表表面光滑滑51稍不均匀匀电场中中六氟化化硫的击击穿Ex=U/(xIn(R/r))=U/x=27.7(Ex-85.5)=27.7(U/x)-2451当≥≥0，即在x≦U/Ecrit=x0区域内，，电子崩崩可不断断发展，，若电子子崩能转转化成流流注，则则间隙击击穿，此此时存在在临界电电子崩长长度XcXc=Xo-r52稍不均匀匀电场中中六氟化化硫的击击穿通过试算算法可求求得击穿穿电压Ub=99.5kV53稍不均匀匀电场中中六氟化化硫的击击穿随着间隙隙距离的的增加，，击穿电电压的增增加出现现饱和现象象。这是因因为随着着间隙距距离的增增加，电电场的不不均匀程程度增加加，击穿穿电压的的增加越越来越慢慢的缘故故。54稍不均匀匀电场中中六氟化化硫的击击穿稍不均匀匀电场中中，根据据经验公公式：不均匀度度f=Emaxd/U,U为外外施电压压,f与与电场分分布中的的最大场场强Emax成正比。。击穿电压压Ub=E0d/f,f越越小，Ub越大（E0为临界击击穿场强强）。在稍不均均匀电场场中，应应在可能能的情况况下尽量降低低最大场强强，来提高高击穿电电压。为降低最最大场强强，经常常采用的的数据是是：对同轴圆柱柱结构，R=3r；对同心圆球球结构，R=2.2r。55稍不均匀匀电场中中六氟化化硫的击击穿小结2实际中，，一般采采用稍不不均匀场场的电极极布置结结构，例例如同轴圆柱柱或同心心圆球（（半球））。为降低最最大场强强，经常常采用的的数据是是：对同同轴圆柱柱结构，，R=3r；对对同心圆圆球结构构，R=2.2r。56极不均匀匀场中六六氟化硫硫的击穿穿与均匀电电场中的的击穿电电压相比比，SF6气体体在极不不均匀电电场中击击穿电压压下降的程程度比空空气大。当电极曲率率半径小、、气压低的的时候，尖尖电极在SF6中的局部放放电起始电电压约为在在空气中的的2倍，只有当当尖电极的的曲率半径径加大才增增加到3倍左右57极不均匀场场中六氟化化硫的击穿穿极不均匀电电场中SF6的击穿电压压与空气相相比，提高高得不会很很多。1.SF6气体中有效电离系系数随电场强度度而增加的速率率比空气的的大，约为空气气的几十倍倍。这就缩缩小了极不不均匀电场场中的SF6和空气的Uc的差值值。2.SF6气体电离后后在高气压压下不容易形成成能改善电极极附近电场场分布的均匀空间电电荷层（气气压提高时时空间电荷荷扩散得较较慢，屏蔽蔽作用减弱弱）。58极不均匀场场中六氟化化硫的击穿穿极不均匀场场，随着间间隙距离增增加，击穿电压的的增加有饱饱和现象，由于曲率率较大的电电极处局部部放电产生生的空间电电荷的影响响，SF6的正极性击击穿电压比比负极性的的低。59极不均匀场场中六氟化化硫的击穿穿压力增大时时，负极性击穿穿电压低于于正极性击击穿电压，这可能和和高气压下下球电极附附近不易形形成空间电电荷层有关关60六氟化硫气气体的冲击击击穿特性性放电时延SF6气体中，由由于分子对对电子的强烈吸附作用而减少少了有效电电子出现的的概率，与与空气相比比，其统计时延的的分散性大大，平均统计时时延也长。61六氟化硫气气体的冲击击击穿特性性伏秒特性负极性击穿穿电压低于于正极性负极性放电电时延分散散性较小气压越高，，放电分散散性越大td在2~4μμs时，曲曲线开始上上翘62六氟化硫气气体的冲击击击穿特性性冲击系数负极性操作作冲击电压压的冲击系系数较小SF6电气设备的的绝缘尺寸寸取决于雷雷电冲击实实验电压63六氟化硫气气体的冲击击击穿特性性冲击系数与与电极尺寸寸，电压波波形以及电电场均匀程程度有关64六氟化硫气气体的冲击击击穿特性性小结31.与空气气相比，统计时延的的分散性大大2.实际中中多采用稍稍不均匀场场操作冲击击击穿电压与与工频击穿穿电压基本本相同。3.操作冲冲击的击穿穿电压低于雷电冲击的的击穿电压压。4.负极性击穿穿电压低于于正极性；负极性放放电时延分分散性较小小；气压越高，，放电分散散性越大。。65六氟化硫气气体沿固体体介质表面面的放电电场不均匀匀程度对闪闪络电压的的影响值小，闪络电压将将下降66六氟化硫气气体沿固体体介质表面面的放电设计SF6电力设备中中的绝缘子子时，应注注意固体介介质的外形形结构，不不致因值值的的下降而影影响闪络电电压，制造造绝缘子的的材料，以以介电常数数较小的为为宜。67六氟化硫气气体沿固体体介质表面面的放电固体介质表表面粗糙度度对闪络电电压的影响响电极附近的介质表面面粗糙，才才使得沿面面闪络电压压降低。68六氟化硫气气体沿固体体介质表面面的放电固体介质表表面状况对对闪络电压压的影响固体电介质质表面脏污污、受潮，，则闪络电电压也会明明显下降69六氟化硫气气体沿固体体介质表面面的放电小结4：电场不均匀匀程度对闪闪络电压的的影响固体介质表表面粗糙度度对闪络电电压的影响响固体介质表表面状况对对闪络电压压的影响70含六氟化硫硫的混合气气体将SF6气体与价格格较低的空气、氮气气（N2）、二氧化化碳（CO2）等气体混合合，其介电电强度虽比比纯SF6气体低，但但只要混合合比例合适适，介电强度的的下降并不不很大。用这些含SF6的混合气体体来制造需需用气体量量大的电气气设备（如如SF6电缆），在在经济上是合合算的。71含六氟化硫硫的混合气气体当SF6含含量下降到到只占50%时，混混合气体的的Ub只比纯SF6气体的略略有下降。即使SF6含量降降到只占10%，混混合气体Ub的下降降也不超过过30%。。由于N2-SF6混合气体可可应用于比比相同压力力纯SF6气体更低的的温度下，因此在工工业上很有有应用价值值。72含六氟化硫硫的混合气气体当SF6含量降到40%时，混合气气体的（E/p）c比纯SF6下降20%，仍为空气气的3倍左右73含六氟化硫硫的混合气气体根据相关资资料，一般般N2-SF6的混合比为为50%-50%时比较理想想。74含六氟化硫硫的混合气气体工频电压下下，三种气气体的击穿穿电压无显显著区别。。75含六氟化硫硫的混合气气体负极性操作作冲击电压压下，N2-SF6混合气体体的击穿电电压稍低。。76含六氟化硫硫的混合气气体负极性雷电电冲击电压压下，CO2-SF6混合合气体的击击穿电压稍稍低。77含六氟化硫硫的混合气气体为提高击穿穿性能，一一般希望气气体的（ph）crit值较大（即即对电极表表面突出物物的敏感程程度较低）），（E/P）crit值较大（即即耐压水平平较高）78含六氟化硫硫的混合气气体C3F6的（E/P）crit值随气压P的增大而而增大，而而SF6气气体的（E/P）crit值值不随气压压P变化。。79含六氟化硫硫的混合气气体C3F6（E/P））crit值随P递增增，所以其其Ub值与P不成成线性关系系80含六氟化硫硫的混合气气体SF6-C3F6混混合气体在在均匀电场场中的Eb/p不仅仅比SF6的高，而而且当P不不超过0.3MPa时，其Eb/p还还可能比C3F6的的高。C3F6具有中等毒毒性81谢谢829、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。04:04:4104:04:4104:0412/29/20224:04:41AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2204:04:4104:04Dec-2229-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。04:04:4104:04:4104:04Thursday,December29,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2204:04:4104:04:41December29,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。29十十二月20224:04:41上午午04:04:4112月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月224:04上午午12月-2204:04December29,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/294:04:4104:04:4129December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。4:04:41上上午4:04上上午04:04:4112月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。04:04:4104:04:4104:0412/29/20224:04:41AM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2204:04:4104:04Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。04:04:4104:04:4104:04Thursday,December29,202213、不知香积积寺，数