不均匀电场SF_6/N_2混合气体击穿特性的实验研究

文中对SF_6/N_2混合气体在不均匀场下的击穿特性展开研究,通过测量棒—板电极在不同电极间距、混合比、压强下的正、负极性击穿电压值,分析电场不均匀度及气体压强对SF_6/N_2混合气体极性效应的影响。研究结果表明:在0.1 MPa时,击穿电压随着电极间距的增大而增大,N_2负极性的击穿电压高于正极性的击穿电压,在电极间距为12 mm时,负极性击穿电压是正极性击穿电压的1.71倍,而SF_6气体与N_2极性效应相反,表现为正极性的击穿电压略高于负极性的击穿电压;电极间距为4 mm时,随气体压强的升高负极性击穿电压增大,正极性的击穿电压出现饱和效应甚至出现击穿电压跌落现象,SF_6气体体积分数为20%时,0.4 MPa下的正极性击穿电压是0.35 MPa的91.3%。SF_6/N_2混合气体的极性效应随着混合气体中SF_6气体所占比例的下降发生极性反转现象。     

极不均匀场下SF_6/CF_4混合气体中环氧树脂绝缘子沿面闪络特性研究

文中通过实验手段研究SF_6/CF_4混合气体中环氧树脂复合材料绝缘子试样的直流沿面闪络特性,实验中采用针—板电极结构模拟极不均匀电场情况,分析了气体压强、SF_6混合比以及电压极性对闪络电压的影响规律。实验中,电极间距为5 mm,实验气压为0.1~0.4 MPa。实验结果表明:当混合气体中SF_6混合比为40%时,在实验气压范围内,绝缘子闪络电压可达到相同气压SF_6中闪络电压的60%以上。针—板电极下SF_6/CF_4混合气体闪络电压的协同效应在正、负极性下区别显著,负极性下的协同效应较弱。同时,绝缘子闪络电压具有明显的极性效应,并且随着气压的升高出现了极性反转的现象,这是由于不同气压下正、负电荷对空间电场的畸变作用不同而导致的。综合环保要求和沿面闪络特性,文中研究成果为GIS设备提供了潜在的SF_6替代方案。     

CF_3I/N_2混合气体在不同电场下的工频击穿特性试验研究

CF_3I及其混合气体作为SF_6应用于电气设备的潜在替代物被广泛关注,该文从不同电场下工频击穿性能的角度探讨CF_3I/N_2替代SF_6气体的可行性。通过工频击穿试验探究气压、混合比、电场利用系数3种因素对CF_3I/N_2工频击穿电压的影响,并与相同条件下的SF_6及SF_6/N_2进行对比分析,使用协同效应指数C值判定混合气体协同效应类型并定量分析协同效应强弱。结果表明,CF_3I/N_2在不同电场、不同混合比下的工频击穿电压随气压均呈线性增长,随着电场利用系数的增加,其工频击穿电压随气压增长的线性增长率逐渐提高;纯CF_3I对电场的敏感度尤其高。N_2的加入,改善了CF_3I对电场的敏感度;极不均匀电场下,CF_3I/N_2混合气体在0.15MPa及以上气压呈正协同效应,协同效应明显程度整体优于SF_6/N_2混合气体。稍不均匀电场和准均匀电场下,CF_3I/N_2呈现协同效应,气压越高,协同效应越明显;混合比为30%,气压为0.3MPa的CF_3I/N_2可以替代纯SF_6应用于气体绝缘输电线路和气体绝缘开关柜等电气设备中。     

不均匀电场SF_6/CF_4混合气体的光谱实验研究

文中通过对SF_6/CF_4混合气体在针板电极电场条件下,采用光谱测量法分析SF_6气体含量为20%~80%、压强为0.1~0.3 MPa及电极间距在4~10 mm下的气体击穿等离子体导电通道的发射光谱。利用多谱线斜率法及Stark展宽法计算SF_6/CF_4混合气体完全击穿的等离子体通道中电子温度、电子数密度等参数,建立等离子体导电通道的电子温度、电子数密度与气体压强、电极间距的关系。研究表明:当电极间距为4 mm时,随着混合气体压强的升高等离子体电子温度下降、电子数密度上升,ρSF_6为80%时等离子体通道的电子温度由0.1 MPa时的3.72×104 K下降到0.3 MPa时的1.99×104 K,电子数密度由2.61×1017 m-3增大到5.72×1017 m-3;0.1 MPa下电极间距在4 mm时等离子体通道中电子温度随SF_6气体含量的升高而上升,电子数密度呈下降趋势;电极间距在4~10 mm时,ρSF_6为20%时0.1 MPa下等离子体通道中电子温度及电子数密度基本不变,电子温度约为2.35×104 K,电子数密度约为3.22×1017 m-3。     

CF_3I/CF_4混合气体在极不均匀电场中的工频击穿特性

为了寻找SF_6的替代气体,文中对极不均匀电场中的10%~30%CF_3I/CF_4混合气体在不同极间距(5~35 mm)和不同气压(0.1~0.3 MPa)下的工频击穿特性进行了实验研究。结果发现,CF_3I/CF_4混合气体的工频击穿电压随着极间距的增大而近似线性增大,但是其随气压升高和CF_3I体积分数的升高均表现出"驼峰"现象。与SF_6相比,CF_3I/CF_4混合气体的工频耐压水平在它的59%~120%之间。综合考虑,15%~20%CF_3I/CF_4混合气体可以作为SF_6替代气体在合适的电气设备中使用。     

SF_6/N_2混合气体电击穿特性仿真及实验

通过求解两项近似Boltzmann方程,得到SF_6/N_2的放电参数,并将该参数引入流体模型。结合有限元法和通量校正传输法对SF_6/N_2的流注放电过程进行循环迭代求解,计算其击穿电压。以均匀电场中压强0.1~0.6MPa、间隙5mm为例进行数值模拟,通过气体放电实验对计算结果进行验证。根据计算及实验结果得到不同混合比、压强下SF_6/N_2的协同效应系数,分析采用上述计算方法研究混合气体协同效应的准确性。为更全面地反映混合气体应用条件,进一步开展压强低于0.1MPa的SF_6/N_2击穿特性实验研究。研究表明:随着电子崩不断向前发展,放电间隙的空间电子数密度快速增长,SF_6放电过程中的空间电子数密度增长速度低于SF_6/N_2。0.1MPa下20%SF_6/80%N_2放电5ns时的电子数密度峰值达到4.6×1014m~(-3),而SF_6中该值仅为3.7×1012m~(-3)。当气压为0.1~0.6MPa时,SF_6/N_2击穿电压计算值与实测值的最大误差为9.23%,协同效应系数计算值随压强、混合比的变化趋势与实验结果相符,误差均值为5%。0.02~0.08MPa下SF_6/N2击穿电压、协同效应系数随压强、混合比的变化趋势与0.1~0.6MPa下的基本相同。     

冲击电压下CF_3I/N_2混合气体放电极性效应研究

SF_6气体具有极强的温室效应,寻找新型SF_6替代气体成为国内外学者需要解决的迫切问题。该文研究了CF_3I/N_2混合气体针–板间隙和球–板间隙在正负雷电冲击电压作用下的绝缘特性,对CF_3I及其混合气体在电力设备中的应用具有重要意义。实验结果表明:极不均匀电场与稍不均匀电场下,CF_3I/N_2混合气体的间隙放电均存在显著的极性效应。在电极间隙为5mm时随着气压的升高还出现了极性反转现象。针–板电极下原本较高的负极性50%击穿电压在气压较低时出现了低于正极性击穿电压的情况,球–板电极下原本较高的正极性50%击穿电压也出现了低于负极性击穿电压的情况。分析表明,CF_3I/N_2混合气体出现极性效应以及在短间隙下的极性反转是由于电极间隙间空间电荷的迁移和扩散与气压的共同作用造成的。因此,使用CF_3I/N_2混合气体作为绝缘介质的电力设备应着重考虑不同气压及均匀度下的极性效应及反转问题。     

稍不均匀场下CF_4/N_2混合物雷电冲击绝缘特性研究

减少SF_6温室气体的使用,对绿色电网有重要意义。目前对SF_6替代气体的研究主要集中在常温环境下,对能够在极寒地区使用的替代气体研究还不多。CF_4具有明显的电负性,同时液化温度较低。文中在稍不均匀电场下、正负两种极性雷电冲击作用下,研究了CF_4及其N_2混合物绝缘特性。研究结果表明:CF_4/N_2混合气体击穿电压随混合比增加有明显的饱和效应,20%混合气体具有较低液化温度和GWP指数,同时绝缘强度良好,具备在极寒地区使用的潜力;通过对混合气体的协同效应分析发现:CF_4/N_2混合气体协同效应随气压升高而变得明显,CF_4/N_2负极性雷电冲击条件下协同效应比正极性雷电冲击条件下为显著,协同系数小于0.4。     

SF_6/CF_4混合气体中聚四氟乙烯绝缘表面直流闪络特性

文中对电极间距为5 mm的指形电极下SF_6/CF_4混合气体中聚四氟乙烯绝缘表面直流闪络特性展开研究,分别测量了当SF_6/CF_4混合气体中SF_6混合比为0%~100%、压强为0.1~0.4 MPa时绝缘试样的直流沿面闪络电压,研究压强、混合比、电压极性等因素对绝缘试样直流沿面闪络特性的影响。实验结果表明:混合气体中SF_6混合比一定时,在0.1~0.4 MPa气压范围内,绝缘试样的直流闪络电压随气压升高而呈线性增加;0.3 MPa的20%SF_6/80%CF_4气体中绝缘试样的负极性直流闪络电压为52.34 kV,是相同气压下纯SF_6气体中的61.4%;在较低气压下SF_6/CF_4混合气体中绝缘试样的负极性直流闪络电压比正极性低,而当气压高于某临界值时,负极性直流闪络电压比正极性高,沿面闪络电压出现极性效应反转现象;40%SF_6/60%CF_4中负极性闪络电压达到纯SF_6中的65%,该研究可以为SF_6/CF_4混合气体替代SF_6应用于高压直流气体绝缘电气设备中提供参考。     

低温下SF_6/N_2混合气体的雷电冲击绝缘特性

SF_6/N_2混合气体作为绝缘介质在不要求灭弧性能的设备内可部分替代SF6,因此以SF_6/N_2混合气体为例,研究了低温对SF_6/N_2混合气体绝缘性能的影响,通过击穿试验得到了其在-35℃、-18℃和7℃三个温度点下的雷电冲击绝缘强度。试验采用铝质球–板和棒–板电极分别模拟稍不均匀电场和极不均匀电场,得到了SF_6/N_2与纯SF6气体击穿电压的极性效应以及电场敏感系数,结果发现:在正极性电压下,0.7 MPa含体积分数20%SF6的SF_6/N_2混合气体的电场敏感系数低于0.4 MPa纯SF6的,负极性电压下两者对不均匀电场的敏感程度相当。实际气体的温度–压力特性偏离理想气体状态方程,且温度越低偏差越大;得到了0.7 MPa含20%SF6的SF_6/N_2混合气体的压缩因子,发现当温度从0℃下降到-35℃时,压缩因子随温度降低而线性增大。