六氟化硫氣體絕緣課件

六氟化硫(SF6)氣體：20世紀60年代開始作為絕緣媒質(zhì)和滅弧媒質(zhì)使用于某些電氣設備(首先是斷路器)中；至今已是除空氣外應用最廣泛的氣體介質(zhì)。

SF6的電氣強度約為空氣的2.5倍，滅弧能力更高達空氣的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不但應用于單一電力設備，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具有較高的電氣強度，主要是因為其具有很強的電負性，容易俘獲自由電子而形成負離子(電子附著過程)，電子變成負離子后,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電氣強度的影響遠比對空氣的大。

在設計以SF6

氣體作為絕緣的各種電氣設備時，應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電負性氣體中的碰撞電離和放電過程時，除了考慮過程外，還應計及電子附著過程，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?？梢娫陔娯撔詺怏w中的有效碰撞電離系數(shù)應為：均勻電場中的電子崩增長規(guī)律：

這時應該注意：在一般氣體中，正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)；而在電負性氣體中，正離子數(shù)等于新增的電子數(shù)與負離子數(shù)之和。式中：n0-陰極表面處的初始電子數(shù)；

na-到達陽極時的電子數(shù)

由于強電負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，可參照式(1—20)寫出均勻電場中電負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，相應的擊穿電壓為：式中：p-氣壓，Mpa，d-極間距離，mm(kV)

在工程應用中，通常pd<1MPamm，所以上式可近似地寫成：在氣體絕緣電氣設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。(kV)式(2—16)和式(2—17)均表明，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，幾乎是空氣的3倍。在稍不均勻電場中，極性對于氣隙擊穿電壓的影響與極不均勻電場中的情況是相反的，此時負極性下的擊穿電壓反而比正極性時低10％左右。沖擊系數(shù)很小，雷電沖擊時約為1.25，操作沖擊時更小，只有1.05～1.1。(二)極不均勻電場中SF6的擊穿

極不均勻電場中SF6氣體擊穿的異?，F(xiàn)象與空間電荷的運動有關。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散得較慢，因此在氣壓超過0.1～0.2MPa時，屏蔽作用減弱，工頻擊穿電壓會下降。（三）影響擊穿場強的其它因素

氣體絕緣電氣設備的設計場強值遠低于理論擊穿場強，這是因為有許多影響因素會使它的擊穿場強下降。此處僅介紹其中兩種主要影響因素，即電極表面缺陷和導電微粒。1.電極表面缺陷

圖表示電極表面粗糙度Ra對SF6，氣體電氣強度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度要比氣隙的平均電場強度大得多，因而可在宏觀上平均場強尚未達到臨界值時就誘發(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氣體的擊穿場強越低，這一現(xiàn)象被稱為“面積效應”。2.導電微粒

設備中的導電微粒有兩大類，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)應用于工程實際，不但應具有高電氣強度，而且還要具備良好的理化特性。SF6氣體是唯一獲得廣泛應用的強電負性氣體的原因即在于此。下面對SF6氣體實際應用中的理化特性作一介紹：(一）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20C時的充氣壓力為0．75MPa(相當于斷路器中常用的工作氣壓），則對應的液化溫度約為-25℃，如果20℃時的充氣壓力為0.45MPa，則對應的液化溫度為-40℃，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。(二）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備中材料的相容性與氮氣相似。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)。大功率電弧（斷路器觸頭間的電弧或GIS等設備內(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%.(三）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