环保绝缘气体C4F7N研究及应用进展Ⅱ:相容性、安全性及设备研发

研发新一代环保型气体绝缘设备以推进输配电装备制造业绿色升级,符合构建清洁低碳能源体系的战略需求.该文在环保绝缘气体全氟异丁腈(C4F7N)研究及应用进展Ⅰ的基础上,重点关注与C4F7N应用层面相关特性的研究进展.首先,总结了目前针对C4F7N与金属、非金属材料相容性的研究进展,评估C4F7N气体-固体材料界面稳定性;其次,分析C4F7N及其混合气体生物安全性参数,提出应用安全防护建议;最后,综述目前国内外C4F7N混合气体绝缘输配电设备的研发及应用情况,展望了环保绝缘气体目前存在的主要问题以及未来的发展趋势.     

C4F7N/CO2二元混合气体雷电冲击绝缘特性研究

SF6替代气体在电力设备中的应用研究越来越广泛,其中氟化腈C4F7N被认为是目前最具潜力实现SF6替代的气体之一.文中结合隔离开关断口结构,研究了C4F7N/CO2二元混合气体的雷电冲击绝缘特性.基于混合气体绝缘试验平台,重点分析了气体种类,电压极性、充气气压、电极距离、C4F7N占比对50％击穿电压的影响规律.试验结...     

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...     

环保型C4F7N混合气体生物安全性及应用可行性评估

近年来，以全氟异丁腈(C₄F₇N)为核心的环保绝缘气体凭借优良的电气性能获得了广泛关注。尽管C₄F₇N在新一代气体绝缘设备中获得了初步应用，但是评估C₄F₇N的职业及环境健康暴露风险是确保其大规模安全应用的前提。文中通过亚急性吸入毒性试验(28天)、延长一代生殖毒性试验和骨髓嗜多染红细胞微核试验，综合评估了C₄F₇N混合气体的生物安全性及应用可行性。试验结果表明，大鼠亚急性吸入C₄F₇N气体后观察到的无可见有害作用水平(NOAEL)为3 693μL·L^-1，靶器官主要为肺脏；C₄F₇N气体对孕鼠母体、胎仔发育毒性的最小有害作用致畸剂量(LOAEL)为5 898.2μL·L^-1，主要表现为子代骨骼发育畸形。C₄F₇N气体体积分数大于500μL...     

气体绝缘介质C4F7N在Al(110)表面吸附特性的研究

气体绝缘介质C4F7N在电气强度和环保方面表现优异,但对C4F7N气体与材料相容性的研究相对鲜见.金属材料铝(Al)广泛应用于气体绝缘设备,故文中基于密度泛函理论,对C4F7N分子在Al(110)表面进行吸附仿真研究.首先,对C4F7N和Al(110)表面结构进行计算分析,讨论C4F7N在Al(110)表面吸附的初始结...     

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     

典型断口结构下C4F7N/CO2混合气体绝缘特性实验研究与仿真分析

环保C4F7N/CO2混合气体是目前最具潜力的SF6替代介质.为研究C4F7N/CO2混合气体绝缘特性及其与典型断口结构下电场的匹配关系,该文结合72.5kV开关产品隔离断口、同轴电极两种结构进行了样机设计,通过实验研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距等对气体绝缘性能的影响,通过仿真计算获得了不同断口结构、不同断口开距下的电场强度分布变化.实验与仿真结果表明,隔离断口结构及同轴电极结构下,表压0.4MPa的20％C4F7N+80％CO2混合气体、表压0.5MPa的16.7％C4F7N+83.3％CO2混合气体,绝缘强度均可达到同等气压下纯SF6气体的80％以上.在隔离断口结构下,开距8mm、246kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算断口间的最高电场强度为38.3kV/mm;在同轴电极结构下,间隙10mm、228.5kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算同轴间隙间的最高电场强度为26.8kV/mm.为达到表压0.4MPa、开距6mm下纯SF6气体的绝缘水平,C4F7N/CO2混合气体的压力可增大至0.5MPa或断口距离增大至约8mm.该文最后还对C4F7N/CO2混合气体的电场强度设计基准进行了探讨.实验研究与仿真分析结果验证了C4F7N/CO2混合气体工程应用的可行性,尤其对开关设备中应用C4F7N/CO2混合气体时的绝缘结构设计具有指导意义.     

缓冲气体对C4F7N混合气体雷电冲击放电特性和缺陷容忍特性的影响

研究了缓冲气体种类(CO2、N2、Air)对C4F7N混合气体雷电冲击放电特性的影响,分别对稍不均匀电场和极不均匀电场下的放电特性进行研究,并以缺陷容忍系数DT表征气体介质对缺陷的敏感程度,最后,对比分析了不同混合气体种类的工程适用性.结果表明,C4F7N混合气体在雷电冲击下存在明显的极性效应,稍不均匀电场分布下,负极...     

C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体工频击穿实验与协同效应分析

为获得C_4F_7N混合气体最优缓冲气体类型,测量了均匀电场0.1～0.7 MPa下,5%～20%C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2混合气体的工频击穿强度,并分析了2种混合气体的协同特性。基于密度泛函理论的M06-2X-D3/6-311G(d, p)方法建立并优化C_4F_7N、CO_2、N_2分子及C_4F_7N与CO_2、C_4F_7N与N_2的双分子复合物构型,并由M06-2X-D3/6-311+G(d, p)方法获得分子/复合物总能量、相互作用能和键能等。实验和理论计算结果表明,C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2 2种混合气体绝缘强度随混合比例变化时均表现出协同效应,且2种混合气体的协同效应随C_4F_7N占比的增大而增强,同时C_4F_7N/CO_2混合气体协同效应和绝缘强度都强于C_4F_7N/N_2混合气体;C_4F_7N与CO_2双分子间的相互作用强于C_4F_7N与N_2双分子结构。研究发现,C_4F_7N混合气体协同效应与分子间相互作用存在一定的关联性,可通过计算C_4F_7N与缓冲气体分子的相互作用定性分析C_4F_7N混合气体协同效应的强弱。     

不同灭弧方式C4F7N混合气体负荷开关的开断实验研究

近年来,随着温室效应日益严重,以及相关环保标准要求越来越严格,人们的环保观念不断提升,寻求替代SF6气体作为绝缘和灭弧介质在气体绝缘开关设备中应用成为一项非常重要的研究内容.文中介绍了采用3种灭弧方式(磁吹式、金属去离子栅式和压气式)的负荷开关,应用C4F7N混合气体按照GB/T 3804-2017标准中有功负载开断试...     

温度、气压对C4F7N/CO2混合气体局部过热分解特性的影响机制

C4F7N气体被认为是最具潜力替代SF6气体的环保型气体绝缘介质.目前,国内外对C4F7N-CO2混合气体热稳定性及分解特性的相关研究较少.文中试验研究了C4F7N-CO2混合气体在不同温度、气压条件下的热分解特性.研究发现,0.15 MPa下5％C4F7N-95％CO2混合气体的热分解起始温度为350℃,首先生成C3...     

C4F7N/N2混合气体复原过程研究

C₄F₇N/N₂混合气体是目前潜在替代SF₆的绝缘介质之一。C₄F₇N/N₂混合气体分解与复原过程的研究,对于深入了解该混合气体的熄弧性能具有重要意义。首先,模拟C₄F₇N/N₂混合气体在0.3～30 kK热平衡条件下分解产物粒子浓度的变化;然后,确立C₄F₇N/N₂混合气体的分解路径及粒子种类并计算出各反应的正、逆向速率常数;最后,引用0.1 MPa下C₄F₇N/N₂混合气体弧后温度衰减曲线,作为模拟弧后C₄F₇N/N₂混合气体复原过程中的温度变化数据,通过Chemkin软件计算弧后C₄F₇N/N₂混合气体各...     

CO2、SF6以及C4F7N气体电弧特性的仿真对比研究

寻求可替代SF6用于高压电气设备的气体是近年来的研究热点,而C4F7N气体由于具有较好的环保性能和优良的绝缘特性而极具潜力.然而受限于实验成本等原因,现阶段对于其灭弧性能的研究相对较少.通过仿真分析气体电弧行为能够为环保型开关的设计提供重要指导.文中首先分析了C4F7N、CO2和SF63种气体电弧的物性参数及成因,基于...     

C4F7O-CO2混合气体自由燃弧电弧特性实验研究

C_4F_7N-CO_2混合气体有可能替代SF_6作为绝缘和灭弧介质,研究其燃弧特性具有重要意义。文中通过棒-棒电极下的自由燃弧实验,研究了CO_2、体积分数40%C_4F_7N-60%CO_2以及SF_6几种气体的电弧特性。实验中测量了电弧电压、电流、零区特性以及光谱分布等众多参量,基于Mayr电弧模型分析了电弧能量累积和耗散过程,结合Abel逆变换和玻耳兹曼斜率法得到电弧径向温度分布。实验发现:CO_2气体电弧稳定性极差,燃弧期间电弧电压高于SF_6电弧且多次剧烈波动,加入C_4F_7N后,电弧稳定性得到改善,电弧电压降低;加入C_4F_7N后,自由燃弧期间其电弧能量累积量减小,电流过零前的能量耗散系数降低;电流峰值时刻CO_2、40%C_4F_7N-60%CO_2以及SF_6几种气体电弧弧芯温度分别为20 000、18 900、14 900 K,电弧直径分别为13、17、23 mm,C_4F_7N对降低CO_2电弧弧芯温度有明显作用。     

O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于C6F12O具有优良的绝缘性能和环保特性,受到国内外SF6替代气体领域内学者们的广泛关注.为探索C6F12O混合气体应用的最优方案,研究O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响.搭建气体工频击穿试验平台对不同O2混合比、不同气压的C6F12O/CO2混合气体进行工频击穿试验研究,使用气相色谱质谱联...