SF6替代气体CC4F8及其混合气体的绝缘性能研究

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1、上海交通大学博士学位论文SF<,6>替代气体c-C<,4>F<,8>及其混合气体的绝缘性能研究姓名：张刘春申请学位级别：博士专业：高电压与绝缘技术指导教师：肖登明20071101SF6替代气体c-C。F8及其混合气体的绝缘性能研究摘要六氟化硫(SF6)气体以其优良的绝缘和灭弧性能而广泛应用于高压电力设备中。但SF6气体属于高温室效应气体，其温室效应指数为C02的23900倍。于1997年签订的《京都议定书》中已将SF6列为禁止使用的高温室效应气体，因此寻找绝缘性能与SF6相当或更高而温室效应指数低的新气体来替代SFe变得越来越迫切。在选择SF6的替代

2、气体时，需要考虑耐电强度㈣蛔，温室效应指数(GWP)和液化温度％三个主要指标。1997年美国国家标准和技术协会会议上已把八氟环丁烷(e-C4Fs)混合气体列为最有潜力的sF6绝缘替代气体．尽管一些国内外学者们已经对cC4F8混合气体的绝缘特性进行了一些研究，但是对于c．C4F·混合气体的GWP和死只进行了定性分析或者甚至忽视了这两个指标．本文在选择sF6替代气体时，首次定量分析c-C正dC02，c-C_,4FdCF4，伽矾电以及c-C删20四种二元混合气体和10％∞·F以02鹏，10％c-C4F州zO／N2以及10％脚啦0∽叱0三种三元混合气体的(啪

3、胁、GWP和乃三个指标，研究c℃4FB及其二元和三元混合气体取代SF6时的绝缘性能。另外对于c-C,FdN20和10％c-C4Fs三种三元混合气体放电参数的测量和计算．在国内外的文献中尚未见报导．本文在测量和计算托4F

4、二元和三元混合气体放电参数时。所采用的方法是稳态汤生(SST：SteadyS切teTownsend)实验法和玻尔兹曼(BoIt珊ann)方程分析法．本文改进了SST实验的数学模型，直接拟合求出电离系数密度比a讲(a：电离系数；朋分子数密度)以及吸附系数密度比刁／Ⅳ(t／吸附系数)，改进的方法可以提高计算精度，减少计算量。通过测量均匀电

5、场中SF6的电子崩的增长，确定初始电流的稳定性；通过测量中性气体N2、弱电负性气体C02以及强电负性气体SF6的放电参数，来验证本文所设计的实验装置和改进的数学模型的可行性；分析比较了获得绝缘气体耐电强度㈣枷的两种方法，确立了本文求取c．C．Fo混合气体㈣蛔的方法。基于改进的SST数学模型，本文用SST实验方法在180

6、求得到它们在不同百分比下的(F．口Oin。SST实验表明，c．-C4Fs与c02混合里协同效应，c-C4Fs与CF4混合呈微协同效应，c,．C4．F8与N2混合以及c．-C,tFs与N20混合呈正协同效应。因此，向c,-C4Fs中添加C02，CF4，1'42和N,O作为缓冲气体，不但可以降低c-c4Fo的使用量，而且还能保证混合气体有较高耐电强度。通过比较在c．C小8的含量大于50％的情况下e．-C4F8混合气体与SFe的(F啪lN，研究了这四种c-C4F8二元混合气体取代SF6的可行性。Boltzmaan方程分析法不仅可以计算气体的a／N和刁／撕还

7、可以计算气体的输运参数(漂移速度圪和扩散系数／3)。因此本文用Boltzmann方程分析法在较宽的F_,rN范围(180

8、合气体中的含量x的函数关系曲线发现，c-C4FdC02。c,-C4Fs／CF,8，c．-C4F3，N2与c-C4F以',120在耐电强度与SF6的耐电强度相当的时候，它们的温室效应指数远小于SF6的温室效应指数。因此，当这四种二元混合气体用作绝缘气体时，与SF6相比，将大大减少对大气环境的破坏。e-C4FB的液化温度比较高，考虑到绝缘气体在较低的温度环境的应用，本文也用Boltzmaan方程分析法研究了低含量c．．-CtF8三元混合气体10％c-C4FdC02／N2，10％c,．C4FdN20／N2和10％c-C4FdC02小20的绝缘特性。Ⅱ摘要本

9、文计算求出了C-C口8一元气体的G聊，、与SF6耐电强度相当时所需的充气气压以及在该气压下的死；计算求出了c