c-C-,4-F-,8-及其混合氣體絕緣性能的研究.pdf

1、由于SF<,6>氣體高的溫室效應(yīng)，迫切需要找到一種新的低溫室效應(yīng)SF<,6>絕緣氣體替代物，用于現(xiàn)有的或經(jīng)過改造的電力設(shè)備。1997年美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會會議上已把c-C<,4>F<,8>混合氣體列為最有潛力的SF<,6>絕緣替代物，然而除了日本東京大學(xué)2001年研究了其在短電極間距下的交流絕緣性能外，國內(nèi)外再無相關(guān)研究。本文將比較全面的研究c-C<,4>F<,8>及其和N<,2>，CO<,2>和CF<,4>混合氣體在均勻和不均勻電場

2、下的交流和雷電沖擊絕緣強(qiáng)度。 由于均勻電場下，絕緣強(qiáng)度可近似用仿真氣體放電得到的臨界擊穿場強(qiáng)表示。本文將建立蒙特卡羅仿真模型，并針對其仿真速度慢的缺點，改進(jìn)傳統(tǒng)的空碰撞法，在改進(jìn)方法中，對每種碰撞過程對應(yīng)的頻率都預(yù)先設(shè)定一個上限，先根據(jù)這些上限確定有可能發(fā)生的碰撞過程，再根據(jù)這種碰撞對應(yīng)的截面積來計算發(fā)生真實碰撞的概率，這樣的話不管氣體存在幾種碰撞過程，在電子每個自由飛行時間段，僅僅需要計算一個碰撞截面就可以繼續(xù)仿真。尤其對于存

3、在多種碰撞過程的混合氣體來說，減少了每次處理所有碰撞截面的復(fù)雜過程，極大地提高了計算效率。并用研究比較成熟的SF<,6>和CO<,2>混合氣體驗證其正確性。 通過這種改進(jìn)的蒙特卡羅模型，引用仿真和純凈氣體放電參數(shù)一致的各向同性截面積，仿真電子在混合氣體中的運動，求出c-C<,4>F<,8>及其和N<,2>，CO<,2>和CF<,4>混合氣體的有效電離系數(shù)和臨界擊穿場強(qiáng)，從氣體微觀方面研究其均勻電場下的絕緣性能，同時計算其要達(dá)到S

4、F<,6>絕緣強(qiáng)度需要增加的壓強(qiáng)比率和對應(yīng)的溫室效應(yīng)GWP，并與相應(yīng)的SF<,6>混合氣體進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，c-C<,4>F<,8>及其和N<,2>，CO<,2>和CF<,4>混合氣體均勻電場下的絕緣強(qiáng)度隨c-C<,4>F<,8>含量幾乎線性增長，盡管在低c-C<,4>F<,8>含量時稍低，當(dāng)c-C<,4>F<,8>含量增加時，開始越來越大于相應(yīng)的SF<,6>混合氣體。要達(dá)到純凈SF<,6>氣體的絕緣強(qiáng)度，c-C<,4>F<,8>及

5、其和N<,2>，CO<,2>和CF<,4>混合氣體需要增加的壓強(qiáng)率和相應(yīng)的SF<,6>混合氣體差不多，但溫室效應(yīng)卻大大降低，甚至為SF<,6>氣體的十分之一，大大降低了絕緣氣體對環(huán)境的影響。對于不均勻電場，由于擊穿過程復(fù)雜，用仿真法不容易求出氣體的絕緣強(qiáng)度。本文用實驗方法，在不同壓強(qiáng)、不同電極間距及不同混合比下，測量c-C<,4>F<,8>及其和N<,2>，CO<,2>和CF<,4>混合氣體在不均勻電場下的工頻交流和雷電沖擊電壓，進(jìn)而分

6、別與SF<,6>/N<,2>混合氣體和純凈SF<,6>氣體的絕緣強(qiáng)度進(jìn)行比較。為了用盡量少的c-C<,4>F<,8>氣體，獲得高絕緣性能，在交流擊穿實驗中，考慮在N<,2>，CO<,2>中加入1％c-C<,4>F<,8>，測試微量c-C<,4>F<,8>對N<,2>，CO<,2>絕緣強(qiáng)度的影響。同時也對三元10％c-C<,4>F<,8>/N<,2>/CO<,2>混合氣體的交流絕緣強(qiáng)度進(jìn)行研究，探索CO<,2>氣體對10％c-C<,4>F

7、<,8>/N2混合氣體絕緣強(qiáng)度的影響。尋找c-C<,4>F<,8>混合氣體耐電強(qiáng)度更高的最佳混合比以及耐電強(qiáng)度與壓力的關(guān)系等，為未來c-C<,4>F<,8>混合氣體可能用作絕緣介質(zhì)提供理論和實驗基礎(chǔ)。 實驗結(jié)果表明，對于工頻交流絕緣強(qiáng)度來說，c-C<,4>F<,8>和SF<,6>/N<,2>混合氣體差不多；c-C<,4>F<,8>和CO<,2>,CF<,4>混合氣體高壓時大于SF<,6>/N<,2>很多；c-C<,4>F<,8>

8、/N<,2>和c-C<,4>F<,8>/CO<,2>兩種混合氣體都存在最優(yōu)混合比；在10％c-C<,4>F<,8>/N<,2>混合氣體中加入1％CO<,2>，只要提高壓強(qiáng)，就可使其絕緣強(qiáng)度最大值大大增加，極大的改善了10％c-C<,4>F<,8>/N<,2>混合氣體的絕緣特性。 三種c-C<,4>F<,8>混合氣體的負(fù)、正雷電沖擊絕緣強(qiáng)度在低壓時都低于SF<,6>很多，但隨著壓強(qiáng)的增加，除c-C<,4>F<,8>/N<,2>混合