2 第二讲 sf6气体的绝缘和灭弧性能

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1、第二讲SF6气体的绝缘和灭弧性能一、绝缘性能1SF6气体的物理化学性能1.1SF6气体的密度是6.07kg/m3(200C，0.1Mpa时)，空气是1.19。SF6比空气重得多，因此户内GIS站内漏泄出来的SF6气体会沉积在室内的低处，排风机应设置在地面上方1m处为宜。1.2SF6气体具有“负电性”，即具有很强的电子吸附能力，它比空气的负电性高几十倍，因此SF6气体具有很优良的绝缘性能。1.3SF6气体在电弧温度达到2000-3000K时就急剧分解成F和S的单原子，在分解时要从电弧吸取大量的热能，即具有“高导热性

2、”，因此SF6气体具有很优良的灭弧性能。1.4SF6气体能增加地球的温室效应，是一种不环保的气体。在中压开关领域，采用N2气体作为绝缘介质，用真空灭弧室开断电弧，称之为绿色环保产品。在高压开关领域，还没有找到一种能替代SF6的绝缘和灭弧介质,但可以使用SF6/N2混合气体，以减少SF6的使用量。1.5SF6气体的临界温度是45.60C,临界压力是3.77Mpa，因此在常温下压缩SF6气体就可以将SF6从气态转化成液态（回收装置的原理）。1.6SF6气体在电弧作用下分解成S和F的单原子，正负离子和电子，其大部分很快

3、（10-5S之内）复合再生成SF6，只有少数与金属蒸汽、喷嘴材料的蒸汽和可能被电弧灼伤的灭弧室绝缘件的蒸汽发生化学反应，危险最大的是与水分子的化学反应，产生氢氟酸（HF），它对绝缘材料和金属材料都能产生腐蚀作用，尤其是能严重腐蚀含硅（Si）绝缘件。因此在GIS能产生电弧的气隔中不能使用含硅的盘式绝缘子，其填料用Al2O3。同时，要严格控制气隔内的水分含量在150PPm以内（体积比，即水分的压力与SF6气体的压力的比值，PPm是10-6）。此处，SF6气体的分解物是有毒的，检修人员必须有很好的防护措施。2SF6气体

4、的绝缘性能GIS中用SF6气体作为绝缘介质，主要绝缘结构有SF6气体间隙的绝缘和SF6中绝缘件的沿面放电两种。2.1均匀电场、极不均匀电场和稍不均匀电场的说明均匀电场：平行平板间的电场，同轴圆柱体之间的电场和同心球体之间的电场等等（在GIS中难以绝对做到）。极不均匀电场：针对针或针对平板之间的电场（在GIS中应极力避免）。稍不均匀电场：介于上述两者之间的电场。对具体的绝缘结构可用ANSYS软件进行有限元法计算。一般来讲，处于高电位处，等电位突变处和绝缘介质的介电系数突变处等部位的电位梯度高。放电是从高电位梯度处首

5、先开始的，然后再继续发展。2.2SF6气体间隙的绝缘特性(1)最重要的影响因素是电场的均匀性，即电位梯度的最大值越小越好。SF6气体在均匀电场中的绝缘性能十分优良，SF6间隙的击穿场强大约是相同空气间隙的三倍。但随电场的不均匀性增大，其绝缘性能急剧下降。在极不均匀电场中，SF6间隙的击穿放电电压甚至低于空气间隙的击穿放电电压。例如：户外高压隔离开关，随着电压的升高，首先出现电晕放电（此时没有发生击穿放电），电压再升高后才发生击穿放电。但在SF63间隙中，电晕起始电压与击穿放电电压很接近。在结构设计中必须避免尖角毛

6、刺，采用圆弧表面、屏蔽罩等措施来获得比较均匀的电场。圆弧表面越小，电场的不均匀性越高，SF6间隙的放电电压降低。所以，圆弧表面应尽量大一点。(2)足够的绝缘距离是必要的（对我们的GIS，至少需要50mm），但不是绝缘距离越大，绝缘能力就越高，两者之间的关系曲线类似于饱和曲线。在增大绝缘距离的同时还要保持电场的均匀性。(3)足够的SF6气体工作压力（密度）是必要的（我们的GIS规定额定SF6气压为0.6Mpa,但在最低工作压力0.5Mpa时仍能保持规定的绝缘和开断能力），但SF6气体压力也不与SF6间隙的绝缘能力成

7、正比关系。(4)零件表面的粗糙度的影响零件的表面是凹凸不平的，凸出部分场强集中，击穿放电电压降低。而凹陷的部分必然导致其周围的凸出。SF6电器电极表面粗糙度的最低要求：带电体表面Ra≤6.3μm地电位壳体内表面Ra≤50μm常用加工方式能达到的粗糙度水平：精车(铣、镗)Ra=3.2μm普通车(铣、镗)Ra=6.3μm铸件电极外表面、壳体内表面打磨砂光Ra=6.3～50μm钢板壳体内表面喷丸Ra=50μmSF6电器零部件在制造装配过程中不允许有碰撞、划伤。(5)导电微粒对SF6绝缘的影响导电微粒附着在电极表面的现象

8、是普遍存在的，经常发生的。如切削加工后的削末未擦干净，砂光后的电极表面残留的金属粉末未擦干净，运行中的产品在分合操作若干次后磨损脱落的金属粉末等，都会在电极表面形成突出的细小的放电尖端，这相当于增大电极表面粗糙度，势必降低击穿电压，同时增大局放。2.3SF6气体中绝缘件的沿面放电特性SF6气体中的绝缘件包括盘式（或盆式）绝缘子，支撑用的绝缘子和绝缘筒，绝缘操作杆等。由于环