C4F7N/CO2混合气体中绝缘子工频沿面闪络特性

C_4F_7N/CO_2环保混合气体作为SF_6的潜在替代气体,被国内外研究学者广泛关注。目前研究主要集中在C_4F_7N/CO_2混合气体的间隙绝缘特性,未见在混合气体中绝缘子沿面绝缘特性的研究。为此,建立了C_4F_7N/CO_2混合气体中绝缘子沿面闪络实验平台,联立PR方程以及安托万方程,对气体混合方法进行了修正,研究了均匀电场下,C_4F_7N/CO_2混合气体的工频间隙击穿电压以及沿面闪络电压与气压及C_4F_7N摩尔百分比的关系。结果表明,5%C_4F_7N/95%CO_2绝缘强度达到SF_6的70%,温室效应降低了99.5%;13%C_4F_7N/87%CO_2的相对绝缘强度可达到80%;17%C_4F_7N/83%CO_2的相对绝缘强度可达到90%以上。综合考虑绝缘强度、液化温度、温室效应以及经济性,对工程应用中C_4F_7N的摩尔百分比及混合气体气压选择方案进行讨论,得出选择低混合比下高气压的方案优于高混合比低气压方案。     

3种缓冲气体对C_4F_7N混合气体绝缘特性的影响

为研究C_4F_7N(全氟异丁腈)与CO_2、N_2和空气3种缓冲气体混合后作为绝缘介质替代SF_6的潜力,在均匀电场下对C_4F_7N/CO_2、C_4F_7N/N_2和C_4F_7N/空气混合气体的工频绝缘性能进行了研究,其中混合气体气压为0.1～0.7MPa、C_4F_7N占比为5%～20%。对比了含不同缓冲气体的C_4F_7N混合气体绝缘特性,分析了气压和混合比例等因素对混合气体工频击穿电压的影响。试验结果表明,C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/空气混合气体击穿电压随气压升高呈线性增长,而C_4F_7N/N_2混合气体在较高气压下呈微弱的饱和趋势;3种C_4F_7N混合气体的工频击穿电压随混合比例的增加大致呈线性增长。C_4F_7N/CO_2、C_4F_7N/N_2和C_4F_7N/空气混合气体相对于SF_6的绝缘强度随气压的变化并非定值,在0.4 MPa附近相对SF_6绝缘强度存在极小值。C_4F_7N/N_2混合气体在放电条件下的碳析出现象较为明显,严重时会导致C_4F_7N/N_2混合气体击穿电压大幅下降。综合考虑C_4F_7N混合气体的绝缘性能、液化温度和放电条件下的碳析出程度,CO_2和空气是C_4F_7N适合的缓冲气体。     

c-C4F8/CO2混合气体的绝缘子沿面闪络性能研究

对c-C_4F_8/CO_2混合气体的绝缘子沿面闪络性能展开研究,得到了在不同气压、不同电压类型下不同混合比例的c-C_4F_8/CO_2的沿面闪络电压,与CO_2和SF_6的沿面闪络电压进行对比,并观测实验后的绝缘子。结果表明:在工频电压和雷电冲击电压下,c-C_4F_8含量和气压是影响c-C_4F_8/CO_2沿面闪络性能的重要因素;在0.10MPa下,c-C_4F_8含量为30%的c-C_4F_8/CO_2的沿面闪络电压为SF_6的80%;在0.30 MPa下,30%含量的c-C_4F_8/CO_2沿面闪络电压约为0.10 MPa下SF_6的1.4倍,但多次实验之后绝缘子出现损坏。     

工频电压下电场不均匀度对C_4F_7N/CO_2混合气体绝缘性能的影响

近年来,环保气体C_4F_7N被人们广泛研究来取代SF_6在气体绝缘设备中的地位。为较为全面地揭示不同电场分布、气压、混合比例条件下C_4F_7N/CO_2混合气体的工频击穿特性及其工程应用配置方案,计算了不同C_4F_7N混合比例、气压下C_4F_7N/CO_2混合气体的液化温度,通过不同电极形式下该气体的工频击穿试验,得到不同条件下C_4F_7N/CO_2混合气体和SF_6的击穿特性。试验发现,在电场不均匀度增大过程中,C_4F_7N/CO_2混合气体出现了击穿电压突变的N型曲线特征,SF_6也表现出类似的现象。此外,根据C_4F_7N/CO_2混合气体液化温度为–10℃的限制,当气压范围在0.3 MPa及以上且电场不均匀度为1.05、1.58、9.6、13.8和22.5时,其C_4F_7N体积分数需要分别达到9%、5%、7%、5%、5%,才能使得C_4F_7N/CO_2混合气体绝缘强度可达到SF_6绝缘强度的0.8倍;若要求C_4F_7N/CO_2混合气体绝缘强度达到SF_6的0.9,则需提高C_4F_7N体积分数至13%及以上。     

环保型C_4F_7N/CO_2混合气体在极不均匀电场下的雷电冲击绝缘特性

C_4F_7N/CO_2混合气体作为最新一代的环保型绝缘气体,具有优良的电气性能和低温室效应潜能值,有极大的替代SF_6的应用前景。目前,国内外的相关研究才刚刚起步。使用针–板电极模拟极不均匀电场,实验研究C_4F_7N/CO_2混合气体的雷电冲击击穿特性,分析气压、间距、混合比例等因素对混合气体绝缘特性的影响及其极性效应,并与相同条件下纯SF_6进行对比。结果表明:极不均匀电场中,C4F7N混合比5%～10%的C_4F_7N/CO_2混合气体正极性雷电击穿电压随气压的升高呈现明显饱和趋势,存在显著的"驼峰"现象,而负极性时击穿电压在较高气压时才逐渐趋于饱和;混合比为5%的C_4F_7N/CO_2混合气体正极性雷电击穿电压最高能够达到相同条件下SF_6的0.8倍,混合比为10%时最高可达相同条件下SF_6的0.9倍,负极性时C_4F_7N/CO_2混合气体相对SF_6绝缘强度略低于正极性;极不均匀电场中,C_4F_7N/CO_2混合气体雷电击穿电压存在明显的极性效应和极性反转现象,总体上负极性击穿电压显著高于正极性,仅在较低气压时正极性稍高。研究结果表明,C_4F_7N/CO_2混合气体非常有潜力替代SF_6。     

操作冲击电压下C4F7N/CO2混合气体252kV GIL间隙及沿面放电特性

C4F7N/CO2混合气体作为有望在高电压等级气体绝缘输电管道(GIL)中替代SF6的环保绝缘气体被广泛研究.在高电压等级下,操作冲击电压下的介质绝缘特性成为绝缘配合中无法忽略的重要因素,然而现阶段操作冲击电压下C4F7N/CO2混合气体中间隙击穿和沿面闪络特性研究很少.该文通过实验研究操作冲击电压下C4F7N摩尔百分比为5％、9％、13％的C4F7N/CO2混合气体中252kV GIL中间隙和沿面放电特性,并与0.5MPa SF6中的实验结果进行对比.结果表明,放电电压随压强及混合气体C4F7N摩尔百分比升高而上升;放电存在盆式绝缘子凹面侧间隙-沿面闪络和间隙击穿两种形式;0.5MPa 13％C4F7N/87％CO2、0.6MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度达到0.5MPa下SF6绝缘强度的87％以上,而0.7MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度已超过0.5MPa下SF6的绝缘强度.     

直流电场下C_4F_7N/CO_2与SF_6/N_2混合气体中铝质球形自由微粒放电敏感度对比分析

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)充SF_6混合气体或SF_6替代气体时,其绝缘性能将受到自由金属微粒的影响。本文重点针对C_4F_7N/CO_2以及SF_6/N_2混合气体,开展绝缘强度的影响分析。选用的实验气体组份为:C_4F_7N/CO_2(4%/96%)、SF_6/N_2(其中SF_6比例分别为20%、30%、50%和70%)以及纯SF_6气体,在球-碗电极直流电场下,开展微粒影响下的气隙击穿实验。提出微粒放电敏感度(DSP)的概念及定义,用以评估不同组分气体绝缘强度对金属微粒导致的局部电场强度剧变的敏感程度。实验结果表明,在0.1~0.5MPa气压范围内,不存在微粒时,4%C_4F_7N/96%CO_2绝缘强度与30%SF_6/70%N2混合气体相当;存在微粒影响时,4%C_4F_7N/96%CO_2混合气体的DSP值低于30%SF_6/70%N2混合气体的,而高于20%SF_6/80%N2混合气体的,且放电电流呈现双峰值特征。C_4F_7N/CO_2混合气体具有绝缘强度高、对微粒放电敏感度低的特性,这与C_4F_7N具有强电负性和高吸附系数有关。本文还结合微粒运动触发放电的物理模型,阐明了气隙击穿电流出现双峰特征的原因。     

C_4F_7N/CO_2混合气体对局部不均匀电场的敏感特性

电亲和性气体的放电电压对不均匀电场分布较敏感,高压电气设备电极表面存在的表面粗糙度效应会凸显,从而降低气体绝缘性能。C_4F_7N/CO_2混合气体是一种有潜力的SF_6替代气体,有必要研究C_4F_7N/CO_2对不均匀电场分布的敏感特性。该文从理论上分析电极表面粗糙引起的局部电场畸变,计算电场畸变程度对C_4F_7N/CO_2绝缘性能的影响,提出采用优异值来评估C_4F_7N/CO_2混合气体对不均匀电场的耐受能力。与SF_6气体对比,发现C_4F_7N/CO_2的优异值随C4F7N含量的降低而增大;当C4F7N体积分数低于20%时,C_4F_7N/CO_2混合气体的优异值比SF_6气体的优异值大。为验证计算结果,制作粗糙电极放电模型进行C_4F_7N/CO_2混合气体和SF_6气体的放电试验,获得了C_4F_7N/CO_2混合气体和SF_6气体的优异值,与计算结果接近。若采用C_4F_7N/CO_2混合气体的设备具有与采用SF_6气体相同的绝缘性能时,分析表明当C4F7N体积分数为4%～20%范围时,SF_6气体绝缘设备中电极表面粗糙度控制值6.3μm的标准适用于C_4F_7N/CO_2混合气体设备。     

电场不均匀度对C_4F_7N/CO_2混合气体雷电冲击放电特性的影响

不同电场分布下混合气体雷电冲击放电特性是气体绝缘金属封闭输电线路(GILs)的设计基础,文中分别研究了稍不均匀电场(电场不均匀度系数f=1.6)和极不均匀电场(f=5.3和f=10.3)下C_4F_7N/CO_2混合气体雷电冲击放电特性的变化规律。结果表明:稍不均匀场中,C_4F_7N/CO_2混合气体的放电电压在高气压下出现微弱的饱和趋势,当气压小于0.4MPa时,其相对于在0.4MPa下SF_6的绝缘强度达到了最大值,即随气压的升高,混合气体的相对绝缘性能并无显著提升;随着电场不均匀度的增大,C_4F_7N/CO_2混合气体放电电压显著下降,且正极性放电电压远低于负极性,表现出对电场不均匀的极高敏感性;由此定义了电场敏感系数S,以表征绝缘介质在存在电场集中时放电电压的下降程度,研究结果表明,雷电冲击下气体介质对电场不均匀度的敏感性表现为C_4F_7N/CO_2(5%～20%)SF_6CO_2。     

温度对C_4F_7N/CO_2混合气体工频放电场强的影响规律

C_4F_7N/CO_2混合气体有潜力替代SF_6气体应用于气体绝缘全封闭组合电器(GIS)或环保气体绝缘管道(GIL)等电气设备中作为绝缘电介质,掌握其绝缘性能是进行电气设备绝缘设计的基础。电气设备在实际运行中会遇到不同的环境温度,有必要研究温度变化时C_4F_7N/CO_2混合气体的绝缘性能。常温下C_4F_7N/CO_2混合气体的绝缘性能已有较多研究,但鲜见不同温度下的研究。该文研究了-35～20℃温度范围内,温度对C_4F_7N/CO_2混合气体的工频放电场强的影响规律,建立C_4F_7N/CO_2混合气体的放电场强随温度变化的计算模型。为验证计算模型,开展不同温度下的工频放电试验,采用球板电极下的放电试验得到初始充气压力0.7MPa和0.6MPa下,混合比例9%C_4F_7N/91%CO_2混合气体在不同温度下的工频放电电压,得到0.7MPa下混合比例为9%C_4F_7N/91%CO_2混合气体的液化温度约为-19℃,0.6MPa下的液化温度约为-23℃,试验结果验证了计算模型的有效性。同时发现C_4F_7N/CO_2混合气体在发生液化后,其工频放电场强随温度降低而显著降低。利用该文的计算模型研究0.6MPa和0.7MPa下不同混合比例的C_4F_7N/CO_2混合气体的工频放电场强随温度的变化,获得了不同混合比例不同温度下C_4F_7N/CO_2混合气体的工频放电场强。     

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。     

CF_3I/N_2混合气体中绝缘子沿面闪络特性的研究

文中以SF_6/N_2混合气体作为比较,研究了CF3I/N_2混合气体中绝缘子在工频电压和正、负极性雷电冲击电压下的沿面闪络特性。结果表明:在0.1~0.3 MPa下,CF3I/N_2混合气体中绝缘子的工频闪络电压和雷电冲击闪络电压均随气压升高而增大;在较低气压下,CF3I/N_2混合气体中绝缘子的负雷电冲击闪络电压比正极性下要低,而当气压高于某临界值时,负极性下闪络电压又会高于正极性;绝缘子在含30%CF3I气体的CF3I/N_2混合气体中的绝缘性能基本介于含20%/30%SF_6气体的SF_6/N_2混合气体中的绝缘性能之间,可以为CF3I混合气体替代SF_6混合气体应用于高压气体绝缘电气设备中提供参考。     

低温SF_(6)/CF_(4)混气中绝缘子闪络电压的概率分布北大核心CSCD

SF_(6)/CF_(4)混合气体主要应用于低温环境下的气体绝缘电气设备中,气固交界面是设备的绝缘薄弱环节,有必要研究低温环境下SF_(6)/CF_(4)混合气体中的绝缘子沿面闪络特性。文中首先分析了SF_(6)/CF_(4)混合气体的基本绝缘和液化特性,据此选择0.7 MPa 50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体进行-50~20℃温度范围内的圆柱形绝缘子沿面闪络试验,同时开展了0.5 MPa SF_(6)气体在-35~20℃温度范围内的对照试验。其次采用威布尔分布分析了沿面闪络电压的概率分布特性。发现SF_(6)/CF_(4)混合气体中的绝缘子沿面闪络电压服从威布尔分布,利用威布尔分布可反映不同累积概率下的闪络电压及其分散性,其特征闪络电压随温度降低呈先下降再上升最后再下降的变化趋势。建议0.7 MPa 50%SF_(6)/50%CF_(4)混合气体的最低使用温度不低于-40℃,该值低于0.5 MPa SF_(6)气体的最低使用温度建议值-35℃,研究结果对SF_(6)/CF_(4)混合气体在低温下的应用具有参考意义。     

电极表面粗糙程度对环保型绝缘气体C6F12O/CO2工频击穿电压的影响

由于电力工业排放SF_6的温室效应已不容忽视,环保型绝缘气体C_6F_(12)O在中低压开关柜中具有替代SF_6的潜力。为了探索设备内金属导体表面粗糙程度对C_6F_(12)O/CO_2气体工频击穿电压的影响规律,通过实验对比研究不同气压、不同体积分数的C_6F_(12)O/CO_2与SF_6和CO_2在不同电极表面粗糙程度时的工频击穿特性,以探究C_6F_(12)O/CO_2混合气体绝缘特性对金属表面粗糙程度和气压的协同敏感度。结果表明:C_6F_(12)O/CO_2混合气体的绝缘强度与金属电极表面粗糙程度关系较大,但相比于SF_6,其对金属电极表面粗糙程度的敏感度更小;金属电极表面粗糙程度对C_6F_(12)O/CO_2混合气体工频击穿电压的影响随着气压的增大而不断增强。     

SF6替代气体在隔离开关中的开断性能仿真研究

SF_6气体由于其优秀的绝缘和灭弧性能而被广泛应用于高压电力开关设备中。但是,SF_6是一种强温室效应的气体,因此,研究以氟化腈(C_4F_7N)气体为代表的新型环保气体作为SF_6的替代气体成为了目前高压电器领域的热点问题。文中针对126 kV隔离开关结构,建立了燃弧过程的磁流体动力学模型,采用SF_6气体和C_4F_7N/CO_2混合气体的真实气体模型,对比研究了SF_6和C_4F_7N/CO_2混合气体在不同充气压力和触头运动速度下的燃弧过程。建立了弧后电击穿的评估方法,针对C_4F_7N/CO_2混合气体在隔离开关结构下弧后的温度及气压分布,预测了弧后最有可能发生电击穿的区域。文中的结果可以为新型环保气体在隔离开关设备中的应用和优化设计提供参考。     

气体绝缘输电线路用C_3F_7CN/CO_2混合气体与环氧树脂相容性试验

气体绝缘输电线路(GIL)中气体与固体绝缘材料的相容性表现为:两种材料长期接触后导致的绝缘性能变化以及气体成分和固体材料的改变。作为目前有潜力替代SF_6的环保绝缘气体,C_3F_7CN/CO_2混合气体与GIL内使用的环氧树脂材料之间的相容性亟待研究,因相容性不良可能引发设备的绝缘故障。该文提出C_3F_7CN/CO_2气体与环氧树脂相容性的评价方法,搭建气固相容性试验平台,在不同温度下进行C_3F_7CN/CO_2与环氧树脂的热加速试验,并设置惰性气体He和SF_6作为对照试验组。比较试验前后环氧树脂的介质损耗、沿面闪络电压、表面形貌与气体成分,发现不同试验组中的环氧树脂沿面绝缘性能均未下降;仅当试验温度为160℃时,C_3F_7CN/CO_2中检测出少量的C_3F_6和C_3F_7CN三聚体,推测此条件下环氧树脂与C_3F_7CN发生了化学反应,但并未对环氧树脂的绝缘性能产生影响。试验结果表明,在GIL正常运行条件下,C_3F_7CN/CO_2与环氧树脂具有较好相容性,与SF_6与环氧树脂的相容性相当。     

环保型C_4F_7N/CO_2混合气体试验平台搭建及绝缘特性分析

环保型C_4F_7N/CO_2混合气体是目前最有潜力替代SF6的绝缘介质。基于如何进行C_4F_7N/CO_2混气和工程应用问题,文中结合72.5kV GIS产品中典型隔离断口结构下的试验样机,搭建了混合气体绝缘试验研究平台,研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距对气体绝缘性能的影响,并对比分析了20%C4F7N+80%CO2混合气体与相同试验条件下,纯SF6、纯CO2气体的绝缘特性差异。试验及分析结果表明,C_4F_7N/CO_2混合气体的介质恢复需要一定的时间;纯SF6、CO2及C_4F_7N/CO_23种气体的击穿特性与开距、充气压力近似呈线性变化且均呈升高趋势,但C_4F_7N/CO_2混合气体的上升斜率最大;当开距从5 mm增加至15 mm时,0.2 MPa充气压力下,C_4F_7N/CO_2混合气体50%击穿电压值从65.75kV上升至179.88kV;当充气压力为0.15 MPa时,15 mm电极开距下,C_4F_7N/CO_2混合气体50%击穿电压的比纯SF6高35.45kV。     

c-C_4F_8在球板电极下的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性研究

文中从c-C_4F_8的绝缘性能和绝缘子沿面闪络特性角度出发,进行了球板电极下对c-C_4F_8的工频击穿实验和雷电冲击实验,以及常压下绝缘子的沿面闪络击穿实验。同时进行了SF_6、N_2和CO_2的对比实验。实验结果表明,对于气隙击穿的工频耐压实验和雷电冲击实验,c-C_4F_8的击穿电压值都随着间隙距离的升高而增加,并呈线性趋势;在稍不均匀电场中,c-C_4F_8的绝缘性能约为SF_6的1.4倍;c-C_4F_8中绝缘子的闪络电压明显大于SF_6。从绝缘性能的角度来看,c-C_4F_8在某些条件下可以作为SF_6的一种替代气体,用在电力设备中。     

切向电场主导下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中环氧复合材料表面电荷积聚特性及机理研究北大核心CSCD

气固界面的电荷积聚问题是诱发沿面闪络的重要原因,而当前C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中电荷积聚特性的相关研究还不够充分。为研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中表面电荷积聚特性及机理,本文通过指型电极构建极不均匀电场,测量了环氧复合材料在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中的表面电荷分布特性;进一步的,为理清表面电荷来源及迁移特性,测量了冲击电压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中材料表面电位,比较了附加背板电极前后的表面电荷分布。研究表明,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与SF_(6)中表面电位分布形态相似,均表现为高压电极附近积聚大量同极性电荷,地电极附近积聚少量异极性电荷。随着C4F7N含量升高,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体抑制电荷积聚能力增强。表面电荷来源于气体电离和高压电极注入并且随着电场强度的改变,电荷来源也发生变化,切向电场促进了电荷沿表面向更大范围的迁移。该工作对于明确C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中表面电荷积聚特性及环保型绝缘气体的推广应用具有重要意义。     

C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2混合气体热力学物性参数计算

环保型绝缘介质C_4F_7N及其混合气体的热力学物性参数的研究对了解其使用范围及应用前景具有参考价值。因此,采用Riedel蒸气压方程和Raoult定律计算了不同混合配比下C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2混合气体的饱和蒸气压;基于P-R状态方程计算了C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2的压缩因子和密度,根据分子结构特征,采用Joback基团贡献法和Thodos法计算分析了两种混合气体的定压比热容和粘度。计算结果表明:若要气体绝缘开关设备和气体绝缘输电管道在0.5MPa下运行时绝缘介质的液化温度≤253K,混合气体中C_4F_7N摩尔分数分别应≤8%和≤10%,该摩尔分数下混合气体各自的全球变暖潜能值分别约为SF_6的2.45%和3.83%,温室效应较小。上述条件下,两种混合气体均趋于理想气体状态,压缩因子接近于1,两种混合气体中的C_4F_7N含量虽少,但对其混合气体的定压比热容贡献较大,而对粘度贡献不大。所得结果可为C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2两种环保混合气体熄弧特性及其在GIS和GIL中的应用研究提供基础数据。