環(huán)保型絕緣氣體CF3I在電氣設(shè)備中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來，一種新型的環(huán)保絕緣氣體三氟碘甲烷（CF3I）因其優(yōu)異的電氣性能和物化性質(zhì)被廣泛認(rèn)為是最有可能替代SF6的氣體之一。鑒于國內(nèi)外對(duì)CF3 I及其混合氣體絕緣性能的認(rèn)識(shí)尚不充分，缺乏指導(dǎo)其在電氣設(shè)備中應(yīng)用的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，本文從理論計(jì)算和試驗(yàn)測(cè)試兩方面著手，分別采用玻爾茲曼方程和氣體擊穿試驗(yàn)對(duì)CF3I-N2與CF3I-CO2混合氣體的絕緣特性展開全面研究，明確各種因素對(duì)CF3I混合氣體絕緣性能的影響規(guī)律，為其在電氣設(shè)備中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2、r>　　本文首先總結(jié)和整理了CF3I氣體的物化參數(shù)與環(huán)境指標(biāo)，并針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中所關(guān)心的溫室效應(yīng)指數(shù)、液化溫度、氣體毒性、分解產(chǎn)物等問題，逐一進(jìn)行了分析和闡述。相比于SF6氣體，CF3I極低的全球增溫潛勢(shì)使得其在環(huán)境友好性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但由于CF3I氣體的液化溫度較高，需要通過混合緩沖氣體的方式來降低液化溫度。本文以CF3I-N2和CF3I-CO2混合氣體為主要研究對(duì)象，采用玻爾茲曼方程計(jì)算了CF3I二元混合氣體在穩(wěn)定湯遜放電情況下

3、的碰撞電離系數(shù)α、附著系數(shù)η、電子漂移速度Ve、橫向擴(kuò)散系數(shù)NDT以及電子平均能量(-ε)等電子群參數(shù)與輸運(yùn)參數(shù)。結(jié)果顯示，純CF3I氣體在均勻場(chǎng)中的絕緣強(qiáng)度約為純SF6的1.19倍。CF3I-N2混合氣體的絕緣強(qiáng)度要高于CF3I與CO2以及Ar、He、Xe等惰性氣體的混合組合，并且當(dāng)CF3I所占比例達(dá)到70％時(shí)，CF3I-N2混合氣體將能夠達(dá)到與純SF6相當(dāng)?shù)慕^緣水平。此外，CF3I氣體在電場(chǎng)敏感性方面要優(yōu)于SF6，但與N2或CO2混

4、合后的協(xié)同效應(yīng)均不如SF6-N2顯著。
　　在得到CF3I混合氣體微觀放電參數(shù)的基礎(chǔ)上，本文通過建立CF3I混合氣體絕緣性能試驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)CF3I-N2和CF3I-CO2二元混合氣體在不同混合比例（5%~30%）、氣壓（0.1~0.3 MPa）、放電間隙（5~60 mm）以及電場(chǎng)均勻度（針板模型和球板模型）下的工頻擊穿特性和雷電沖擊特性進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究。在稍不均勻電場(chǎng)中，CF3I-N2和CF3I-CO2混合氣體的工頻擊穿電壓都

5、近似于隨氣壓或放電間隙的增大線性增加，且CF3I-N2的工頻擊穿電壓要高于同等條件下的CF3I-CO2混合氣體。在極不均勻電場(chǎng)中，CF3I-N2混合氣體的工頻擊穿電壓隨氣壓的升高逐漸趨向飽和，而CF3I-CO2混合氣體的擊穿電壓則表現(xiàn)出了隨氣壓升高先增大后減小的“駝峰”現(xiàn)象。CF3 I混合比例越高、擊穿間隙越大，“駝峰”出現(xiàn)的氣壓區(qū)間就越低。雷電沖擊特性方面，在稍不均勻電場(chǎng)中，CF3I-N2和CF3I-CO2混合氣體在負(fù)極性下的50%沖

6、擊擊穿電壓都要高于正極性，且沖擊系數(shù)近似等于1。在極不均勻電場(chǎng)中，受CF3I電負(fù)性的影響，混合氣體在“駝峰”區(qū)段內(nèi)正極性下的50%沖擊擊穿電壓要明顯低于工頻時(shí)的穩(wěn)態(tài)擊穿電壓，其沖擊系數(shù)最低可達(dá)0.6左右。
　　基于工頻和雷電沖擊特性試驗(yàn)，本文揭示了CF3I混合氣體絕緣性能受CF3I比例、間隙距離、氣壓、極性以及電場(chǎng)不均勻度等因素的影響規(guī)律，提出了改善CF3I混合氣體絕緣性能的途徑和方法。無論是在稍不均勻電場(chǎng)還是在極不均勻電場(chǎng)中，C