热态SF_6介质击穿特性研究

采用质量作用定律法计算压强0.1~2.0 MPa、温度40 000 K到300 K下SF_6等离子体组分体积分数,分析热态SF_6介质(3 500 K到300 K)的成分构成及其变化过程。采用两项近似法求解玻尔兹曼方程,计算不同折合电场下热态SF_6介质中电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到热态SF_6介质的折合击穿场强,通过300 K下SF_6气体击穿场强实验值验证了计算方法的准确性。研究表明:弧后热态SF_6介质绝缘强度恢复过程中,温度下降到3 500 K到2 300 K时,热态SF_6介质主要成分为绝缘能力较低的F、S、S2、F2,折合击穿场强值在30 Td(1 Td=1×10-21Vm2)左右;温度下降到2 300 K到1 500 K时,分解物迅速复合为绝缘性能优异的SF_6,折合击穿场强急剧上升至355 Td附近。研究结果可为揭示热态SF_6介质绝缘强度恢复机理,解决高压SF_6断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。

热态SF6/N2混合气体击穿特性研究

研究了热态SF6/N2混合气体的电击穿特性。在局部热力学和化学平衡假设下,采用质量作用定律法,计算压强0.01~2.00 MPa、温度300~4000 K范围内的SF6/N2电弧等离子体各组分的摩尔分数,分析电弧熄灭过程热态SF6/N2电弧等离子体各粒子组分随温度和压强的变化过程。采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,得到了不同折合电场下热态SF6/N2混合气体的电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到了热态SF6/N2混合气体的折合击穿场强(E/N)cr。研究表明:SF6/N2混合气体的折合击穿场强(E/N)cr随着电弧等离子体温度的降低而增大,其增大的速率主要与混合气体中SF6的分解复合特性有关,增大气压可有效抑制SF6在高温下的分解速度,加速电弧等离子体各粒子的复合过程,从而提高SF6/N2混合气体的(E/N)cr;40%SF6/60%N2和30%SF6/70%N2混合气体在2000~3500 K高温范围内的(E/N)cr分别至少高出相同条件下纯SF63 Td和6 Td;2000 K温度以下,随着SF6的大量复合,混合气体折合击穿场强(E/N)cr快速增强,SF6含量越多增强速率越大,但仍低于相同条件下纯SF6的(E/N)cr。研究结果可为解决高压SF6/N2混合气体断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。

热态SF_(6)/CF_(4)击穿特性研究

热态介质折合临界击穿场强是判断开关设备弧后介质是否发生重击穿的依据,获取热态SF_(6)/CF_(4)的折合临界击穿场强,对于评估和优化SF_(6)/CF_(4)高压开关设备开断特性具有重要意义。文中采用质量作用定律计算压强为0.1~1.6 MPa下SF_(6)/CF_(4)等离子体粒子组分含量,分析300~4000 K温度范围内混合气体50%SF_(6)/50%CF_(4)随温度变化过程。采用两项近似法求解玻尔兹曼方程,计算不同压强下热态SF_(6)/CF_(4)折合临界击穿场强(E/N)_(cr)随温度的变化关系。结果表明:温度低于1500 K时,(E/N)_(cr)几乎不变,约为268.3 Td(1 Td=1×10^(-21)Vm^(2));温度高于2000 K时,由于CF_(4)分解产物CF_(x)(x=1,2,3)的影响,混合气体(E/N)_(cr)高于纯SF_(6);随着温度的进一步升高,(E/N)_(cr)稳定在40 Td左右。最后计算了0.7 MPa下不同比例冷态SF_(6)/CF_(4)有效电离反应系数,并与文献值进行对比,验证文中计算方法和参数的有效性。

基于Boltzmann方程的CF3I二元混合气体替代SF6的可行性研究

SF6气体虽然绝缘性能优越但是极易液化,且是一种温室效应值很高的气体。CF3I气体是极具潜力的SF6替代气体之一,通过计算求解CF3I/N2、CF3I/CO2二元混合气体在0.1 MPa、300 K下的两项近似Boltzmann方程,得到不同二元混合气体的电子能量分布函数(EEDF)和临界折合击穿场强(E/N)cr,并通过计算混合气体的液化温度、协同效应系数来表征混合气体的混合比例与协同能力。结果表明:从物化特性分析,30%CF3I/70%N2二元混合气体最有可能替代SF6,而CF3I/CO2二元混合气体只适用于在约化电场强度小于300 Td且平均电子能量和电离度较低的情况下替代SF6;通过与其他文献的数据进行对比,验证了本研究中计算方法和数据的有效性。