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SF6/N2混合气体绝缘特性的试验研究及理论分析


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第2 3卷 萆 5期 
2OO1 年 1 月    O  



阳 工







学 报 

Vo . 3 No.   J2   5


J u a  fS n a   o m l0  he y ngUnie st  fTe h oo y v r i o  c n lg   y

Oc  2 0 0 l t       

文 章 编 号 :0 0—14 f0 10 0 8 0   1O 6 6 2 0 ) 4— 3 7— 3

S  N 混合气体绝缘特性 的试验研究及理论 分析  F/ :
厉 伟 ,椿 莘 
( 沈阳工业大学 电气工程学院 ,辽宁 沈阳 1 0 3 1 2  0

摘 曲线

要 :应用 自制的试验模型对 S6 N 混合气体 的绝 缘能力进行了试验研究 , F/ z 并和纯净的 s N   、 2 经综 合 H较 、 二 分析确定 5% s 0  +5% N 的混合气体 的经蒋技 术指标 比较高 .可 以在 电气设  0   词 :SjN 混合气体 ;绝缘特性 ;击穿电压  F  
文献 标 识 码 :A  

的绝缘能力进行了比较 ,获得了 s   混合气体 在不同 比例下的击穿 电压与气体间隙距离 之间的   /
备中作为绝缘介质广泛应用 

关 键

中 匿分 类 号 :T  5  M8 3

s   体 由于其 良好 的特 性 已经 成 为 一种最  F气

体的液化温度要低 , 可以运行在高寒地区 , 如我国 

具发展前途的绝缘 、灭弧介质而被广泛地应用于  输 配电设备 领域 ,如断路器 ( C ) G B 、组合 电器 

的北方地区 . ④混合气体的化学性质要稳定 ,无  毒或毒性小 . ⑤混合气体的成本要低 . 根据这些 

( I)变压器( I) 电缆( I) , GS 、 GT 、 GC 等 工作电压包括  要求 .国内外科研部 门研究 了许多种混合气体 .   从 3 v到 1 0 k 5 k   0 V的所有等级 .目前 ,F 气体  但迄今为止 ,尚未发现在上述各方面均有满意效  2 S6 相 SjN 混合气体是所有  绝缘设备 已经占有 了绝对优势而且还有进一步扩  果 的混合气体 , 比之下 ,F z 大其应用范围的趋势 . 但是 ,F气体作为一种绝  s 
缘 介 质也有 不足之 处 ,如 对 电场均匀 程 度 比较敏  感 ,只有在均 匀 或稍 不均 匀 电场 中才能 显示 出它 

混台气体中研究得最多 ,也是最有前途的混合气 

体. 这是因为 N 具有许多特点 : : 首先 ,   N 的渡化  温度较低 ,S jN 的液化温度主要取决于 s 的 F   R  
成分 的 N . R/ : : s N 在比较低的温度、比较大的气  压下完全可以使用 . 其次, : N 的成本很低 , 这样就 

的优势 ; 在电孤作用下容易分解 出有毒气体 ; 液化  分压力, 这样在 SjN 混合气体中 , F   如果取一定  温度比较高 , ( ~ ) 0 P 下更容易液化 ; 在 3 4 ×1 a   它  的价格 比较 高等 .这 样 就限制 了它 的应 用 .因此 

用混台气体代替纯 的 S6 F 气体作为绝缘介质的可  降低了混合气体 S N 的成本 , F/ : 可以大太地开辟  了 S jN 混合气体的应用领域 . F : 另外 ,由于 s   n 行 性 就变成 了一个 迫切 需要研究 的课 胚 .   气体在 电弧作用下分解 ,再和混人的杂质发生化 

1 混合气体可行性研究   
国际上探讨 S6 F 混合气体始于 2 世纪 5 年  0 O 代  I 应用混合气体进行绝缘的基本原理是: . 应  用具有一定 电负性 的气体 ( s 和缓冲气体( 如  ) 如  N ) 利用它们的协同效应来克服纯 s 气体的缺   ,  

学反应 , 会产生一些低氟化物 . 所发生的化学反  应通常有 『    
s r+ +6 — S +F   F S F+n 2

有水分参加反应时 , n会进一步水解  s
S, F +H2 — S O + OR +2   HF

S F + № O—  o +2   O 2 S 2 HF
S 2 F— S OF + 2+ OR 
S 2 H2 + O2 +2   O + O— S   HF

点提高绝缘气体的电气性能 , 在不降低或少降低 
气体介质绝缘能力的前提下使绝缘气体的其它性 
能 得以改善 

有氧参加时 , 还会发生下面的氧化反应 
2   + o2 2 OR  S — S
2 OF +O厂+ S   2 S 2 2O  

考虑到纯的 s6 F 气体作为绝缘介质 的缺点和  实际应用情况 ,工程上采用的代替纯的 S6 F 气体  的混合气体应具有下列特点 :①为了进一步缩小  设备绝缘尺寸 ,混台气体的抗 电能力要高 . ②混  合气体对电场均匀程度的敏感性要低 . ③混合气 
收 稿 日期 : 2 0 — 1— 2 0 1 0 0 

上述反应 的产生物中 H 具有强烈腐蚀作用 , F   它在高温下 同电极材料发生反应 .O 2 S :  S F 和 OF 等对人的肺、 肝、 胃等均有毒害作用 , 而混合气体 

作者简秆:厉 伟(9 2一   , 1 6 )男 江宁沈阳^ . 副教授 , 博士生 

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沈 阳 工 业

大 学 学 报 

第2 3卷 

S  N 中因为 含 N ,   F/ 1 有 1N 是一种化学性质稳定 的  
单元气 体 ,F/  中的 N 取代 了一部分 S6气体  S,N   F, 中 s 的浓 度就 大大降 低 了 ,因而 可 能分 解 的毒    物就 比较 少 ,所 以毒 性 较轻 ,这 方 面 已有 了试 验 

在 图 2中 U 、N两端施 加 2 0 2 V工频交流电  
压 , l 调压 器 , 以调 节施 加 在气 体 上的试验 电  _是 r 用 压图    , 是高压 试验 变压 器 , T R是限 流保 护电阻 .D   是保 护球 隙 , V是静 电 电压 表 , 试 晶  G是
2 2 试 品模 型    试验研 究 的试 品分别 是 s  、N 和 S   N 混    FI :

报告证明这 一点 .另外 , F 与 N 组成的混合气  s    有 所降低 , 1 s  N 的 (  ) P与 图 是 F与   a一 /  
£/P的关 系曲线  .  
40   0

O  

体, 由于 N  占有 一定 的 比例 , 电场 的敏 感性 也  对
0 

合气体 , 因此试验要在密闭的容器中进行, 这样 ,  
的 

试 a  验前设计 了一套试 验装 置 , 图 3 见 .  
g 

30   0 20 0 
P 

lO O 

O  


关 
系 

1   00 2   00

曲 



线 

图 3 试验 装置 

图 1中曲线 1 分别是 N 和 s 的 (   、2     口一 ) P与 F P的关系曲线 ,口是气体的电离系 / /  

图 3中 1 法兰 , 导 电杆 , 是 2是 3是密封胶 圈 ,  

5 6 7 数 , 是气体的附着系数 ,   E是外加 电场强度 ,   4是放电电极 , 是充气绝缘桶 , 是充气阀, 是  P
手 柄 , 是 压力表 .本 试验 装置可 通 过手 柄 7调节  8 是气体压强 .   放 从图 1 可以看 出 ,s 的斜率约为 № 的 1  放 电间隙的距离 , 电电极采用机加工黄铜材料  R 0   倍 , S  即 F 中的 ( a—r 随 电场 强度加 大而增加 的  并 经过多次 放 电处理 的半球 电极 . / )

速度要 比 N 大得多 .   这样如果把它们 混合起来  使用 、碴着 N 比例的增加 ,     混合气体对 电场均匀  程度的敏感性可望降低 . 根据 以上 的分析 , 以 可   看出, S  № 混合气体作为绝缘介质可以满足  用 F/

3 试验结果及分析研究   
应 用 图 2的 接线 和 图 3的试 验模 型 ,在 0 3 . 

工程要求 , 因此 ,F/   S  N 混合气体可望成为一种被  M a P 下分别 对 ¥ 6 F、 和不 同配 比的 s № 混合    R/ 大量应用 、 大有发展前途的绝缘介质 .   气 体进行 了放 电试验 , 验 结果 见 图 4 试 .  

2 试验方法及试 品模型   


一J   一  夕
/  /     , /

2 1 试验 线路  . 

试 验 时采用 高压试 验 变压 器对试 品施 加试验  电压 , 原理 觅 图 2 其  
R 

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1 2 3      

4 5 6 7        

8  

9 l      0

d/11  13 11

图 2 试验 线路原理图 

图 4 0 3 a下 s   和不 同配 比下 的 SJ:     MP R、 F %混合气体  的击 穿电压和气体间隙距离 的试验 曲线 

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第5 期 



伟 等 :F/   S  N 混合 气体 绝缘 特性 的试 验研 究及 理论分析 

39 8 

图 4中 曲线 1 2 、 、 、3 4和 5分别是 Sa 5 %  F、 0 s 5 % N 混合气体 、2 % s  0 R+ 0   0 F+8 %№ 混合气  体 、0 F + o%N 混合气体 和 № 的击 穿电压 和  l %s  9   气 体 间 隙中两 个 电极 之 间 距离关 系 的试验 曲线 .  

图 5中曲线 1 、2和 3分别 是 0 1 .5和    、0 1

0 3M a 的 5 %S 6 5 %N 混合 气体击 穿电  .  P 下 0 F+ 0   压 的压 力 特性 . 试 验结 果 可 以看 出 5 %s + 从 0     5%N 混合气体 的抗电能力随着压力的增加而增  0 2 加 , 且 ,03M a 的 5 %S6 0   合气  而 .  P 下 0 F +5 %N 混

从图 4中可以看出 ,S  N 混合气体 的绝缘能力  F/  

无论它们的配 比如何都 比纯的 s  F 气体低 . 图  体 击 穿 电压 比 0 1  a和 0 1  P 从 .0MP .5M a下 的 5 % 0   4中还可 看 出,S jN 混合气体的绝缘能力将  S 6 5 %N 混合气体击穿 电压高得多 这样,   F   F+ 0 2 在  随着 s 含量 的增 加 而增 加 ,0%s 。 5 n 5 F + O%№ 混  工程应用 中, 可以尽量提高 S  N 混合气体 的工  F/ z
合 气 体 的击穿 电压 已经 和纯 的 s 击穿 电压 相 接  n 近 ( 图 4曲线 1 2 .0% S   O% N 混 合 气  见 、 )5 F +5   体 的击 穿 电压 对 电场 的敏 感程 度却 比纯 的 s 气    体低 ,曲线 1 2在 d=  m处几 乎重合 , 和 9c 这样 ,   混合 气体 s N 可 以在不 均 匀电场下 应用 , R/   而且 

作压力 , 缩小电气设备的体积 .  

4 结  

论 

5 0%s + 0     5%N 混合 气 体 的经济 指标 比纯 的  s 气体高 ,   因此 , 建议 工程上采 用 5%S  0   0 F +5%
N 混合气 体 .为 了更好 地研 究 5 S6 0 N  z 0% F +5% 2

从 上 面 的分析研 究 和试 验结果 可 以得 出 ,为 

了改善 s  F 绝缘气体 的性能 , 克服 s   F 绝缘气体对  电场均匀程度的敏感、 低温下容易液化、 价格 比较 

贵等缺点 , 可以采用 S  N 混合气体作为绝缘介  F/ z 馄合气体的绝缘特性 , 自制的模型上作了 5 % 在 O   质来代替纯的 S6 F 气体 ,而且在两者各占 5% 的 0   S  5 F + 0%N 混合气体击 穿电压 的压力特性 ,结  z 情况下 比较 理想 .  
果见图 5 .  
, 

/3  

参考文献 :   … Ln HJ Sr AP J r n TE A m,tain i   , tm  , r o e , ni e i t   o  B w sg o o hae q ecig eai   h  l r eau r cJ. f er — u nh   hv r f e u u hxf o d [] t nb oo t sf l i  

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A E ,15 , 2 3 :2 2—2 6 IE 9 3 7 { ) 4 4  [] on 2 Y o KH pnl HE Su y fh d n m c ep ne0 .S ide   td   te y a i r o s    o  s f

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Su y 0   o   r p r e   fC ,p u  ̄ Re tt gf m h   t d   fS me P o et so   o o n i n *d i   o t e n r D c r p s i n0  F   n   teEf c fE c t e l r ig e o o i o  f 6 u d h   i t   ler a  c n   n l S e o l A

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i i ut r kr[1 R ve eeaEetctSei  nCr iBe esJ . eu  nr l r i  c l c   a G l ci y p a
bs e 1 7 . : 9 u . 9 4 6 1 6—1 9 9 

[1 h F . FD o p si iG s nua d qim n[】 4  u Y S 6 e m oio n a Isle E up e t   C c tn t J IE   r E ET a m O   l t cl nda o 。 9 6 E — 1 5 : nE e r a Is t n 1 8 . 1 2 ( ) ci   l i  
8 1  1   1   1   1  2     0 2 4 6 8 O 72 1 

[] 5 清华 大学. 西安 交通大学合 编 d/mm  京: 水利 电力出版社 ,9 0 1 8.   图 5 5%S 6 5 % 混合气体击穿 电压 的压力特性    0 F+ 0  

0  

2 4 6      

高 电压绝缘 [ M】 北 

Te tng r e r h a  he r   nay i  f s i   e a c   nd t o y a lsso   s

i s ltn   h r c e it so   F /N2 x u eg s n u a g c a a t rs c   fS  ̄ i i   mit r   a  
L IW e , LI Xi  i N n

(colo Eetcl nier , S eyn U ie i   T c nlg,S eyn  10 3 Cia  Sho f l r a E g ei   ci n n g hna g nvr t o eh o y hnag 10 2 。 h ) sy f o n

Ab t a t I   i p p r h   s lt e c p ct  f F / h b d g s a  t d e   n  o a e   i   u eS 6 r sr c : n t s a e ,t ei ua i   a a i o    ̄ N: y r  a   ss i d a d c mp r d w t p r  F     h   n v y S i w u h O N b   s,a d s meC I e  f r a d wnv l g s d g s a  it c s a   e n g i e   n e  i e n  r p r o     y e t n  o  1 y s   e k o  o t e     a   pd sa e   db e  a n du d r f r t o o t n t J r ob a n a g n h d fe p i h b d g s B   y te i al  o ai g a d a ay i, i s o  h th b d g s w t   f   e c n  fS 6a d f y y r   a . y s nh t l c mp r   n   n lss t h wst a  y r   a   i f t p r e to   F   n   f   i c y n   i h i y i t p r e t f 2 a  s i e l n v e   fe o o   n   e h oo y a p t, i C   e wie y a p i d t is lt n e c n  '  g s i d a i   iw o   c n my a d tc n l g   s e s t a b   d l   p l e  o n u ai   o      c  n   o ma e il i l    lcrc l q ime t tra f di e e ti a e u p n .  e n    

Ke   r s S  ̄ Nz i t r   a ; i u a n   h r c e it s b e k o  o t g   y wo d : F /   x u e g s m l U g c a a t r i ; r a d wn v l e m s c a


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