《高电压绝缘技术》第5章V2.pdf

高电压与绝缘技术专业 培训课程培训课程 2009年7月23日 高电压绝缘技术 High Voltage Insulation Technology UniversityUniversity 西安交通大学 an an JiaotongJiaotong 西安交通大学 高电压技术教研室 2009 2009 Xi aXi a 丁卫东 wdding 029 82668162 Copyright Copyright 029 82668162 第五章 六氟化硫气体绝缘 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 2 引言 SF6气体绝缘的优点 体积小体积小 0 1 MPa下 SF6的绝缘强度是空气的大约3倍 高压导体全部封闭在金属外壳内高压导体全部封闭在金属外壳内 敞开式变电站 72 kV 1200 A 2 15 MVA 替代为金属封闭 式组合电器之后 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 3 可靠性高 平均无故障时间 400 1000年 间隔 平均无故障时间 400 1000年 间隔 寿命 35 50年 不受恶劣环境因素 如台风 盐碱 地震等 的影响 无火灾隐患 不污染环境 对居民友好 不污染环境 对居民友好 体积小 可靠性高体积小 可靠性高 适用于征地困难的地区适用于征地困难的地区 维护工作量小 寿命长 全寿命造价低 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 4 SF6的物理化学特性的物理化学特性 SF 由卤族元素中最活泼的元素氟 F 原子与硫 S 原子结合而成 SF6由卤族元素中最活泼的元素氟 F 原子与硫 S 原子结合而成 其分子结构是六个F原子处于顶 点位置而S原子处于中心位置的 正八面体 S和F以共价键联结 键距1 58 10 10m 正八面体 S和F以共价键联结 键距1 58 10m 无毒性 化学稳定性好 密度约为空气的 倍 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 5 密度约为空气的5倍 在高寒地区 必须考虑GIS的断路器部分SF6气体液化的问题 通常 通过加热断路器或者采用SF6 N2混合气体作为灭弧介质 解决液化问题 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 6 解决液化问题 SF6气体的分解气体的分解 SF6气体分解物的负面影响 HF腐蚀金属 影响操作机构的工作 与含硅材料反应 固体生成物落在绝缘支撑材料表面且吸收了气体中的水 分时 会降低闪络电压 可能造成的人员中毒 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 7 可能造成的人员中毒 均匀及稍不均匀电场中六氟化硫的击穿 SF6的介电强度 SF6气体的绝缘强度高的主要秘密在于它是气体的绝缘强度高的主要秘密在于它是强电负性强电负性气体气体 SF6气体的绝缘强度高的主要秘密在于它是气体的绝缘强度高的主要秘密在于它是强电负性强电负性气体气体 对均匀间隙 当p 0 1 MPa时 SF6气体的击穿电场约为89 kV cm 而空气的击穿电场约为30 kV cm 所以通常说SF6气体的绝缘强 度大约是空气的3倍 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 8 度大约是空气的3倍 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 9 SF6的电子电离系数和附着系数 有效电离系数的测量表明 在 E p 0附近 0 pEpEcp 在 E p 0附近 0 1 kV28 c MPakV mm5 88 0 pE 电子增殖规律 x dx ee enxn 0 0 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 10 ee 流注放电判据 xc 要使放电达到自持 KNdx cr c ln 0 对均匀电场 5 10 K Kd 对均匀电场 Kd 0 pEpEcpp 38 05 88 0 pdcKpdpEUb 0 pppp Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 11 巴申定律 在气压不太高的情况下 大部分气体 在均匀电场中的击穿电压符合巴申曲 线 即击穿电压只是pd乘积而与p和d 的数值无关 实验表明 SF6气体在 0 2 MP时遵循巴申曲线 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 12 pb0 2 MPa时遵循巴申曲线 电极表面状态的影响 由于表面不是完全光滑的 在实际应用条件下 气体间隙的 击穿起始E p小于 E p 0 这种现象可以用电极表面粗糙度系 数来描述 0 pE pEs 数来描述 0 pE 2 1 3 3 R ExE 电场分布 0 pEpxEcx 1 3 Rx ExE a 电场分布 0 pp xc dK 0其中 流注击 0 x dxK 0 c x 其中 流注击 穿判据 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 13 pRg 得到 当pR比较小时 接近1 这意味着粗糙度对击穿没有任何影响 当比较大时 击穿电压大幅下降当pR比较大时 击穿电压大幅下降 cr pRpR SF6 CO2 绝缘能力SF6N2 SF6CO2 优异值SF6 N2 SF6 CO2 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 39 3 经济性 SF6价格昂贵 90元 公斤 如果使用含SF为20 的SF N混合气体 将气体压力提如果使用含SF6为20 的SF6 N2混合气体 将气体压力提 高为纯SF6的1 4倍 则可节约大约70 的SF6气体 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 40 SF6 N2混合气体 指数拟合 当SF6含量大于5 时 18 0 1 kVVm k SF的分压比k SF6的分压比 V1 SF6的耐电强度 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 41 充气气压 对于纯气体而言 对于纯SF6气体而言 GIS灭弧室的充气气压在0 7MPa 左右 其他隔室的充气气压在左右 其他隔室的充气气压在 0 45MPa以下 SF6含量降低导致击穿电压下降 故必须提高充气压力保证绝缘性故必须提高充气压力保证绝缘性 能 SF6耐电强度与充气气压和 SF6含量之间的关系 Xi an Jiaotong University 高 电 压 绝 缘 技 术 42 6含量之间的关系 稍不均匀场中SF6气体的击穿电压 fdpEU n b 10 0 6 SF混合气体的击穿电压 18 0 1 kVVm SF6混合气体的击穿电压 fdk n 10 180 故