SF6高压开关学习-第五章

西安交通大学高电压技术教研室丁卫东GIS装置及其绝缘技术《GIS装置及其绝缘技术》2007年10月1日第五章混合气体绝缘内容SF6与全球气候变暖混合气体的优点混合气体的绝缘性能：均匀电场混合气体的绝缘性能：不均匀电场混合气体的混合比和充气气压气体的混合特性SF6与全球气候变暖SF6是强温室效应气体SF6气体不会破坏大气臭氧层，然而它是1997年京都议定书指定的六种温室气体(CO2,CH4,N2O,HFCs,PFCs,SF6)之一。SF6气体对温室效应的实际影响很小，目前只占0.07%左右。将SF6气体列为温室效应气体，主要是SF6气体对温室效应有着相当大的潜在危险。高全球变暖系数：SF6气体的全球变暖系数为23900(以100年为期的计算值)长寿命：约为3200年全球SF6气体的产量大气中SF6含量的增长SF6与全球气候变暖减少排放的措施推动SF6的回收利用在检修和退出运行时，采用回收装置回收SF6气体。关于SF6的回收利用，GIGRE的WG23.10在1997年发布了《SF6RecyclingGuide》。国外的电力、工业部门也采取了很多措施抑制SF6的排出降低GIS的年漏气率目前GIS的年漏气率为不大于1%，随着技术水平的提高和人们对环境问题的日益重视，将来可望使年漏气率下降到0.5%以下。开发小型化、高性能的GIS提高设计和制造技术，开发小型化、高性能的GIS。开发小型化、高性能GIS也有助于控制GIS的成本和占地面积。开发替代气体或者是混合气体绝缘研究可用于替代SF6气体绝缘的技术SF6与全球气候变暖不含SF6气体成分的代替气体：N2、空气、CO2、CH4、PFC、HFC目前不存在比SF6优越的替代气体，各种气体均多少存在缺点(毒性、稳定性、液化温度、绝缘性能、消弧性能、臭氧层破坏指数、地球温暖化系数、价格)。含SF6气体成分的混合气体：SF6/N2、SF6/CO2、SF6/N2/CO2

研究比较充分，性能相对较为优越的是SF6/N2。SF6/N2目前也是唯一实际使用过的混合气体用于高寒地区的断路器第二代气体绝缘输电管道(GIL)混合气体的优点混合气体在以下几个方面有可能优于纯SF6气体：(1)液化温度降低SF6含量可降低液化温度混合气体的优点(2)绝缘性能两成分混合气体的耐电强度按相对耐电强度(RES)分为四类：1：在混合比为某些值时，混合气体的耐电强度高于高于两种单独气体的耐电强度。代表性气体：CF2Cl2-SF6、C3F6-SF62：向上凸代表性气体：N2-SF6、CO2-SF63:耐电强度随气体的混合比线性改变代表性气体：SF6-He4：向下凹代表性气体：

C2F3Cl3-SF6混合气体的优点在SF6含量很低的情况下，也能达到很高的绝缘强度20%75%※优异值反映了气体在不均匀场中绝缘能力的优越程度。绝缘能力 SF6-N2>SF6-CO2；优异值 SF6-N2<SF6-CO2混合气体的优异值要大于纯SF6气体SF6-N2-CO2可否？混合气体的优点(3)经济性SF6价格昂贵: ～90元/公斤如果使用含SF6为20%的SF6-N2混合气体，将气体压力提高为纯SF6的1.4倍，则可节约大约70%的SF6气体。混合气体的绝缘性能：均匀电场混合气体的碰撞电离系数和电子附着系数无协同效应的情况正协同效应负协同效应SF6气体绝缘强度高的秘密在于它是强电负性气体无协同效应的情况（SF6-N2）有效电离系数其中SF6-N2混合气体的有效电离系数混合气体的绝缘性能：均匀电场SF6-N2混合气体的耐电强度估计混合气体耐电强度的方法：①宅间董公式P： 成分1的分压比V1： 成分1的耐电强度V2: 成分2的耐电强度C: 与气体成分有关的常数②指数拟合(当SF6含量大于5%时)k： SF6的分压比V1： SF6的耐电强度混合气体的绝缘性能：均匀电场正协同效应(CF2Cl2-SF6)混合的时候，电子附着截面积相互配合，有效电离系数比下式计算的要小：故在外加电场后可以有效产生负离子，提高了耐电强度。负协同效应(He-SF6)故耐电强度降低。混合的时候，出现彭宁(Penning)效应，加强了电离，有效电离系数比下式计算的要大：混合气体的绝缘性能：不均匀电场(1)光滑电极形成的稍不均匀场其中曲率系数其自持放电电压U0其临界击穿场强比SF6小，然而曲率系数比SF6

大，故在稍不均匀场中其相对耐电强度略高于均匀电场中的情况※SF6-CO2情况与SF6-N2类似对SF6-N2(50%-50%)同心球电极同轴圆柱电极混合气体的绝缘性能：不均匀电场(2)电极表面有缺陷时的宏观稍不均匀场当电极表面存在缺陷，出现局部强电场时，有可能破坏混合气体绝缘，其机理与纯SF6气体中相同，但粗糙度系数存在差别。当ph小于优异值M时，粗糙度系数近似为1。故优异值越大，气体越能容忍电极表面粗糙度。混合气体的绝缘性能：不均匀电场光滑电极：SF6>SF6+N2>SF6+CO2粗糙电极：SF6≈SF6+N2≈SF6+CO2混合气体对局部强电场的敏感性比纯SF6要小。混合气体的绝缘性能：不均匀电场降低了起晕电压，提高了击穿电压(3)极不均匀场在SF6气体中添加某些气体，可明显提高其在极不均匀电场中的击穿电压。混合气体的绝缘性能：不均匀电场起晕电压和击穿电压同时提高(氟利昂113)混合气体的混合比和充气气压混合比：因为混合气体的灭弧能力要弱于纯SF6气体，故在灭弧室中使用SF6-N2混合气体时，SF6的含量不能太低。一般采用60%-40%或50%-50%。在灭弧室以外的气室，采用30%(SF6含量)以上的混合比意义不大。目前一般的看法在5%-30%之间，讨论比较多的是20%，在GIL中实际使用过的也是20%的混合比。研究表明，混合比低于20%时，UHF法测量局部放电的灵敏度将下降。SF6-N2混合气体的耐电强度混合气体的混合比和充气气压对于纯SF6气体而言：GIS灭弧室的充气气压在0.7MPa左右，其他隔室的充气气压在0.45MPa以下。SF6含量降低导致击穿电压下降，故必须提高充气压力保证绝缘性能充气气压：SF6耐电强度与充气气压和SF6含量之间的关系混合气体的混合比和充气气压稍不均匀场中SF6气体的击穿电压：SF6混合气体的击穿电压：故稍不均匀场中SF6混合气体的击穿电压：例：SF6从100%变到20%，充气气压必须为原来的1.4倍。0.4MPa0.56MPa气体的混合特性(1)混合比的控制理想气体的状态方程道尔顿分压定律通过控制充气压力控制混合比例：充80%-20%的N2-SF6至0.7MPa时，可先充SF6至0.7×0.2=0.14MPa，然后充N2至0.7MPa气体的混合特性(2)扩散过程扩散方程两成分气体的扩散系数:其中MA,MB=分子量

n

=混合气体的分子数密度

k

=玻尔兹曼常数

T

=绝对温度

AB

=碰撞分子的特性直径

fD=补偿系数(MA≈MB1.0-1.02)

(MA≫MB

且

B较小

1.0-1.1)D与温度和气压有关，随着时间的变化，气体浓度越来越均匀。气体的混合特性气体混合均匀需要一定的时间实验条件：罐高1m，先充0.1MPaN2，然后从上部充入SF6气体气体的混合特性(3)混合比随落