典型电场下C4F7N/CO2/O2混合气体工频击穿特性研究

研究表明O₂可以抑制C₄F₇N/CO₂混合气体的分解,从而提升气体工程应用可靠性,但C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体绝缘特性相关研究较少。为评估O₂对C₄F₇N/CO₂混合气体工频绝缘特性的影响,该文搭建了击穿试验平台,获得了典型运行气压、O₂含量和电场形式下的工频击穿电压。结果表明随着气压增加,1mm气隙准均匀电场下的C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体击穿电压接近线性增长,而在稍不均匀和极不均匀电场下呈现一定的饱和增长趋势,6mm气隙极不均匀电场下则呈现N形变化规律。C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体击穿电压对较高气压和较长气隙下的极...     

微水对环保型C4F7N/CO2混合气体绝缘和分解特性的影响规律

针对工程应用中微水对C₄F₇N/CO₂混合气体绝缘和分解特性的影响规律还鲜有研究的现状,开展了不同微水条件下的工频击穿和悬浮放电分解试验。研究发现工频击穿电压与气压正相关,与微水体积分数负相关,悬浮放电后分解物包括CF₄、C₂F₄、C₂F₆、C₃F₆、C₃F₈、C₄F₈、CNCN、CF₃CN、CHF₃和CO,分解物生成量与放电时间及微水体积分数均正相关,C3F8、C4F8和CO的产气均方速率随微水上升呈现迅速增加、基本稳定和迅速增加特征,而CF₄、C2F₄、C₂F₆、C₃F₆、CHF₃、C...     

C4F7N/CO2/O2混合气体PD作用下气体和固体副产物生成特性

C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体以其优异的环保和绝缘性能成为目前最具潜力替代SF₆应用于电力工业的气体绝缘介质。尽管O₂的加入可以在一定程度上提升C₄F₇N/CO₂混合气体的绝缘性能和化学稳定性,但O₂加入及其体积分数变化对混合气体局部放电(partial discharge,PD)作用下气体和固体副产物生成特性的影响规律尚不清楚。因此通过针–板电极模拟设备内的金属突出物缺陷开展C₄F₇N/CO₂/O₂ 96 h PD及其分解特性试验。研究发现C₄F₇N/CO₂混合气体中加入体积分数2%～4%的O₂可以显著抑制大部分副产物的生成,O₂体积分数大于6%时每秒累积放电量和平均放电...     

C4F7N/CO2中微水对环氧树脂沿面闪络特性影响

气体绝缘设备中存在微水,将会影响C₄F₇N/CO₂气体和环氧树脂组成气固绝缘系统的绝缘性能。文中首先探索了含微水条件下环保型气固绝缘系统沿面闪络电压的试验方法,随后测试了不同气压、不同微水含量时C₄F₇N/CO₂和环氧树脂气固绝缘系统的工频沿面闪络电压。结果表明,在同一微水含量下,环保气固绝缘系统的工频沿面闪络电压随着气体压强的增大而增大,并且具有一定的饱和趋势,微水也会降低气固绝缘系统“闪络电压-气体压强”的变化率;在同一气压条件下,工频沿面闪络电压随微水含量增大而呈现下降趋势,微水体积分数小于500×10^-6时,气固绝缘系统沿面闪络电压下降幅度不大于5.5%,当微水体积分数为1 500×10^-6时气固绝缘系统沿面闪络电压最大下降幅度为8.8%。研究可为C₄F₇N/CO₂混合气体绝缘电气设备工程应用时微水含量控制值的选择提供实践依据。     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部放电起始电压的试验研究

研究C₄F₇N/CO₂/O₂环保绝缘气体的局部放电特性，可为环保型气体绝缘电气设备的设计制造及运维提供技术支撑。为此，利用针–板电极研究了极不均匀电场中C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体的交流局部放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV)，并分析了O₂的体积分数、气压以及电场不均匀系数对其PDIV的影响。试验结果表明：在0.15～0.25 MPa气压范围内，C₄F₇N/CO₂混合气体中加入O₂体积分数不宜超过4%；而在0.35～0.65 MPa气压范围内，3种O₂占比中，在C₄F₇N/CO₂混合气体加入体积分数为4%的O₂的方案相对最优。混合气体的P...     

C4F7N/CO2混合气体绝缘环网柜的接地开关关合性能模拟试验

采用C₄F₇N混合气体替代SF₆是提升环网柜环境友好性的重要途径。为保证供电可靠性，本文针对C₄F₇N混合气体绝缘环网柜开展接地开关关合试验，优化设备性能，支撑工程应用。首先测量了不同体积占比的C₄F₇N/CO₂混合气体和SF₆下接地开关合闸时间及速度，发现与空气下一致，表明接地开关机械特性稳定且与气体无关。然后研究了不同气体介质下接地开关预击穿特性，分析了电压和气体类型对预击穿时间的影响，结果表明随着电压增大预击穿时间增加，C₄F₇N体积占比提高预击穿时间减小。进一步利用搭建的环网柜接地关合试验回路开展了关合性能模拟试验，发现提高C₄F₇N体积占比有助于减小燃弧电荷转移量，降低触头烧蚀程度，结合混合气体液化温度和经济性指标。     

悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的C6F12O/CO2混合气体分解特性研究

C₆F₁₂O是一种具有潜力的SF₆替代气体，为了探究C₆F₁₂O/CO₂混合气体在悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的分解特性，搭建了局部放电分解实验平台，在不同外施电压下对C₆F₁₂O/CO₂混合气体进行96 h局部放电分解实验，利用气相色谱法对分解组分进行定量分析，对分解组分含量、产气速率、特征气体比值与局部放电强度的关系分别进行了研究。结果表明：4种典型产物(CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₃F₇H)浓度、产气速率的变化规律上存在差异，可选择作为判断局部放电强度的特征组分；特征组分浓度关系为c(CF₄)>c(C₂F₆)≈c(C₃F₈     

C4F7N/CO2/O2与三元乙丙橡胶的相容性及相互作用机理研究

C₄F₇N混合气体凭借良好的电气性能以及较低的温室效应潜在值近年来备受关注。然而,在C₄F₇N及其混合气体投入实际使用以前,其与气体绝缘设备内部密封材料的相容性仍需检验。目前虽然已有关于该气体与三元乙丙橡胶的相容性研究,但对于不同第三单体的三元乙丙橡胶与C₄F₇N混合气体的相容性对比以及气固相互作用机理的相关报道较少。该文选取ENB、DCPD两种第三单体的三元乙丙橡胶开展了其与C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体的相容性实验,发现三元乙丙橡胶中的某些活性结构与C₄F₇N的CN基团之间存在反应,而通过涂覆硅脂能够有效阻隔气体与橡胶表面的接触,减少C₄F₇N的分解。此外,在对比两种橡胶的实验结果后发现,ENB-三元乙丙橡胶相较于DCPD-三元乙丙橡胶更适合用作C₄F     

C4F7N/CO2/O2混合气体交流电晕放电分解特性

为研究环保型C₄F₇N/CO₂/O₂三元混合气体放电分解特性，开展了不同O₂体积分数的C₄F₇N/CO₂/O₂三元混合气体交流电晕放电分解试验，主要分解产物包括CF₄、C₂F₆、C₃F₆、C₃F₈、C₆F₁₄、CNCN和CF₃CN,CF₄、C₂F₆和C₃F₈等饱和类碳氟气体生成量较高，不饱和类碳氟气体C₃F₆生成量较低。O₂的加入能显著抑制气体分解，O₂体积分数为4%的混合气体在6...     

基于汤逊放电的C4F7N/CO2摩尔分数检测

C₄F₇N/CO₂混合气体作为一种新型环保绝缘气体应用在实际设备中时，检测混合气体的混合比例是保证设备绝缘可靠性的关键。文中提出了基于汤逊放电的C₄F₇N气体摩尔分数的新检测方法，该方法采用一定条件下汤逊放电电流对应的电压值来表征C₄F₇N气体混合比例。首先开展了不同混合摩尔分数、不同气压下C₄F₇N/CO₂混合气体的稳态汤逊放电试验，建立了摩尔分数与电压的关系，发现该方法可检测摩尔分数0～100%范围，在可能用到的5%～30%范围的比例检测误差不超过0.4%；然后从理论上分析了所提出方法的可行性，证明C₄F₇N/CO₂混合气体中C₄F₇N气体占比在0～100%范围内的汤逊放电电流对应的电压值与混合比例之间存在线性关系。最后，将文中提出的方法与色谱法、红外/紫外...     

悬浮放电下微氧及气压对C4F7N/CO2/O2混合气体分解特性的影响

随着"碳达峰、碳中和"目标的提出,SF6替代型环保C4F7N/CO2混合气体得到了广泛关注.为探究不同微氧和气压下C4F7N/CO2/O2混合气体悬浮放电分解特性,开展了一系列气体分解实验,利用色谱质谱联用仪和脉冲氦离子化检测器色谱仪对分解产物进行了定性和定量分析.结果 表明:在氧气体积分数为0％～10％和气压为0.25～0.65 MPa时,C4F7N/CO2/O2混合气体主要分解产物为CF4、C2F6、C3F6、C3F8、CNCN和CF3CN;随着氧气体积分数的增加,主要分解产物生成量的变化趋势均呈"U"型,氧气体积分数为4％时对气体分解的抑制效应最为明显;C4F7N/CO2/O2混合气体分解产物生成量与气压呈负相关,C3F6和C3F8等大分子相较如CF4、C2F6等小分子在高气压下更难产生;不含氧气时C3F6/C3F8体积比值和0.25 MPa下C2F6/C3F6体积比值基本保持不变,适合作为这两类工况的悬浮放电特征量,在对悬浮放电进行类型识别时,必须考虑氧气体积分数和气压的影响并进行校正.     

高压断路器中C4F7N/CO2混合气体的开断性能

C₄F₇N/CO₂混合气体是一种潜在的SF₆替代气体，开展其在高压断路器中开断性能的研究，对推动环保输电方式发展、支撑双碳目标实现具有重要的工程意义。基于磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)理论，仿真计算了充有0.6 MPa 5%C₄F₇N/CO₂、10%C₄F₇N/CO₂、15%C₄F₇N/CO₂混合气体和纯SF₆的40.5 kV断路器20 kA短路电流开断过程，分析C₄F₇N混合比例对电弧温度特性、灭弧室气压与喷口气流特性的影响规律，并与纯SF₆进行比较。研究结果表明：与混合气体相比，SF₆气体电弧具有更高的弧芯温度和更小的电弧半径，随着C₄F...     

C4F7N环保气体性能分析及其在环网柜中的应用展望

C₄F₇N因其优异的绝缘和环保特性成为最有潜力替代SF₆气体的绝缘介质。分析阐述了C₄F₇N-CO₂混合气体的基础绝缘性能和在负荷开关中的灭弧性能,总结了不同电场类型、气压、混合比、氧气含量对C₄F₇N-CO₂混合气体基础绝缘性能的影响,分析了不同配比的C₄F₇N-CO₂混合气体在压气式、去离子栅式和磁吹式等3种不同灭弧结构负荷开关上的燃弧特性。研究结论为C₄F₇N-CO₂混合气体作为绝缘和灭弧介质应用于环网柜提供了参考。最后,在现有的研究基础上提出未来C₄F₇N-CO₂混合气体应用于环网柜中的研究方向,一是对现有的开关结构和混合气体配比进一步优化,二是重点关注C₄F     

电场不均匀度对C4F7N/空气混合气体工频绝缘性能的影响

干燥空气作为性能优异的缓冲气体与C₄F₇N气体混合后具有替代纯SF₆气体的潜力。目前,关于C₄F₇N/空气混合气体的研究主要集中于均匀电场下的绝缘性能,对其在不均匀电场下的击穿特性研究较少。在6种不同电场条件下,通过工频击穿实验探究电场不均匀度、气压、混合比对C₄F₇N/空气混合气体工频绝缘性能的影响,计算分析了不同C₄F₇N体积分数的C₄F₇N/空气混合气体的液化温度及GWP值,给出了可替代纯SF₆气体的混合比例及应用条件。结果表明,电场不均匀度较低时,随着气压升高、C₄F₇N体积分数的增大,C₄F₇N/空气混合气体工频绝缘性能逐渐接近甚至超过纯SF₆气体,电场不均匀度较高时,C₄F_7...     

高气压下O2对C4F7N/N2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于SF6的大量使用对环境产生的影响巨大,因此替代气体的研究受到了广泛关注.C4F7N混合气体具有优良的绝缘性能和环保特性,有望替代SF6作为绝缘介质应用于气体绝缘设备中.为了减少放电过程中产生的有害固体副产物,需要在C4F7N/N2混合气体中加入一定体积分数的O2.文中探究了C4F7N/N2/O2混合气体应用于高气压...     

C4F7N-CO2混合气体绝缘性能计算分析

作为一种新兴的环保绝缘气体,七氟异丁腈（C₄F₇N）因其优异的绝缘性能和远低于六氟化硫（SF₆）的全球增温潜势引起了研究人员的广泛关注。在C₄F₇N电子碰撞截面等基础数据不完整的情况下,文中基于气体流注放电判据,提出了C₄F₇N-CO₂混合气体有效电离反应系数的计算方法,分析了C₄F₇N-CO₂混合气体的临界击穿场强及绝缘性能的变化规律。研究结果表明,当C₄F₇N气体的热化系数为1.2或1.4时,C₄F₇N-CO₂混合气体的临界击穿场强计算值与实验数据吻合较好。此外,C₄F₇N-CO₂混合气体临界击穿场强随气体比例的变化曲线均存在明显的非线性特点。当C₄...     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部过热分解特性实验研究

C4F7N混合气体是目前最具潜力的可替代SF6气体的环保型气体绝缘介质.文中试验研究了氧气和温度对C4F7N/CO2/O2混合气体的局部过热分解特性的影响特性.研究发现,C4F7N/CO2/O2混合气体热分解的主要产物有CF4、C3F8、C3F6、CO、COF2、CF3CN、C2F5CN、C2N2.O2添加量为2％时,...     

C4F7N混合气体在40.5kV断路器中的应用研究(二)：灭弧性能实验与弧后分解特性

该文是系列论文二,主要对C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体在40.5kV瓷柱式断路器中进行短路电流开断实验研究,获得不同开断工况下的电流零区特性,并对比分析混合气体的短路电流开断能力。同时,研究混合气体在短路电流开断后的分解特性,分析在不同开断次数、不同开断电流和不同O₂含量条件下分解产物组分的变化规律。研究表明：6%O₂含量的5%C₄F₇N/CO₂混合气体在40.5kV断路器中通过了25kA短路电流等级下单分、重合闸和合分完整循环实验,说明混合气体具备一定的大电流灭弧能力。同时,增加混合气体中的O₂含量可将混合气体的开断能力提高10%左右。最后,分析混合气体开断电流后的分解产物,发现提高O₂含量可以抑制C₄F₇N分解,并在一定程度上提高混合气体的灭弧性能。研究结果可为C₄F_...     

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。     

热态C5F10O/CO2混合气体电击穿特性研究

热态气体的临界击穿场强是评估高压断路器弧后电击穿特性的基础数据,文中研究了C5F10O/CO2混合气体在C5F10O混合比例k=0～10%、压强0.1～2.0 MPa、温度300～4 000 K范围内的临界击穿场强。基于质量作用定律数学模型,得到不同温度下混合气体的平衡组分,采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,分析混合气体的电子能量分布函数、折合电离和吸附系数,获得混合气体的临界折合击穿场强和临界击穿场强。结果表明：0.6 MPa下,温度低于3 000 K时,随着温度降低,k=0～10%混合气体的临界击穿场逐渐低于SF6;在温度高于3 000 K时,混合气体的临界击穿场强为SF6的1.2倍以上,具有较强的绝缘能力。研究结果可为C5F10O/CO2混合气体高压断路器弧后电击穿特性研究提供参考。