环保型气体在充气柜中应用分析与研究

六氟化硫(SF_(6))气体电气性能良好,但其温室效应严重,使用受到很大限制。通过试验数据对比分析了SF_(6)、N_(2)及干燥空气的理化特性、绝缘性能、分解特性、温升效果,发现干燥空气绝缘性能比N_(2)高10%,但温升效果略低于N_(2),而N_(2)温升值比SF_(6)温升值高10 K左右。并对比分析了新型环保气体C4-PFN和C5-PFK的理化特性,研究了二者及其混合气体的温升性能及分解特性,给出了各自的应用场合。指出新型环保气体绝缘性能优良,具有良好的应用前景,但存在液化温度高、成本高等问题,对于最佳混合比、气体分子间协同作用有待进一步研究。

环保气体C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的绝缘性能及其应用

近期氟化腈和氟代酮类气体及其混合气体作为潜在的SF_6替代气体受到关注。为此针对C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的绝缘性能及其作为绝缘介质应用时的配比、压力等的选取问题开展了详细的理论研究。首先,基于已报道的C_4F_7N和C_5F_(10)O液化温度数据,通过拟合得到了两种气体的Antoine特性常数;然后,将Antoine蒸汽压方程和汽液平衡基本定律相结合,研究了C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的饱和蒸气压特性,讨论了这两种混合气体在不同温度限制下的应用方案;最后,利用文献报道的实验数据,计算得到了C_4F_7N和C_5F_(10)O与CO_2混合气体的临界击穿场强数据,进而结合饱和蒸气压特性研究了两种环保混合气体的绝缘性能及其应用的可行性。研究结果表明:C_4F_7N-CO_2混合气体在讨论的3种温度(-5℃、-15℃和-25℃)限制下所能达到的绝缘强度明显高于C_5F_(10)O-CO_2混合气体,采取适当混合比的C_4F_7N-CO_2混合气体能满足当前电力设备应用所需的环境温度要求,且绝缘性能较好,全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)较低。如在-25℃温度限制下,5%C_4F_7N-95%CO_2混合气体约在0.65 MPa时可达到0.5 MPa下SF_6气体的绝缘强度,C_4F_7N摩尔分数低于20%的C_4F_7N-CO_2混合气体GWP值低于850。

高气压下环保型C4F7N/CO2混合气体工频击穿特性

全氟异丁腈(C4F7N)及其混合气体是近年来被广泛关注的可能替代六氟化硫(SF6)的新型环保绝缘气体。为了探究C4F7N/CO2 混合气体应用于高气压电气设备的潜力,利用气体绝缘特性实验平台对C4F7N/CO2 混合气体在不同混合比、不同气压下的工频击穿特性进行了实验研究,并与相同条件下的SF6 进行了对比,同时结合饱和蒸气压特性探讨了C4F7N/CO2混合气体应用于工程实际时的混合比选取范围。研究发现,C4F7N/CO2 混合气体的击穿电压随气压和混合比的升高呈饱和增长趋势,C4F7N 体积分数分别为10%和20%的C4F7N/CO2 混合气体可以达到相同条件下SF6 绝缘水平的80%和95%以上,C4F7N 与CO2 气体之间存在协同效应。综合工频击穿强度、液化温度等因素,体积分数4%~12%的混合气体具备应用于高气压(0.4~0.6 MPa)气体绝缘设备的潜力。

C4F7N混合气体电弧等离子体热力学参数计算

为探究新型环保绝缘气体C4F7N与不同缓冲气体的灭弧性能,理论计算了300~30000 K温度范围内、不同气压条件下(0.01、0.1、0.3、0.5和1 MPa)、不同混合比例(摩尔分数)下C4F7N/CO2、N2和空气混合气体平衡组分和热力学参数。假设电弧等离子体处于局部热力学平衡态,基于系统吉布斯自由能最小原理计算得到了粒子平衡组分;利用统计热物理的方法计算了混合气体的热力学参数;并将混合气体电弧等离子体热力学特性计算结果和SF6等气体进行了分析比较。结果表明:CO2、N2和空气的分解温度以及组成元素的差异,导致不同混合气体的热力学参数存在较大差异;相同条件下,与N2和空气相比,CO2作为缓冲气体具有更强的径向换热能力。因此,3种混合气体之中C4F7N/CO2混合气体具有更强的热开断能力。

C3F7CN/CO2混合气体在准均匀电场中的绝缘性能

近年来C3F7CN作为一种环保绝缘介质受到SF6替代气体领域研究者的广泛关注,目前针对其混合气体的工频击穿特性鲜有系统性研究。利用球电极模拟准均匀电场测试了C3F7CN/CO2混合气体的工频击穿特性及自恢复特性,系统分析了混合比和气压等因素对工频击穿电压的影响情况及C3F7CN与CO2气体间的协同效应,并与相同条件下的SF6进行对比。研究发现,C3F7CN体积分数为2%～8%的混合气体的工频击穿电压随气压增加呈线性增长趋势,随混合比的增加呈饱和增长趋势。混合比为2%的C3F7CN/CO2混合气体工频击穿电压能达到相同条件下纯SF6的50%,混合比为8%的C3F7CN/CO2混合气体工频击穿电压能达到相同条件下纯SF6的75%。C3F7CN与CO2气体存在一定的协同效应。另外,C3F7CN混合气体的复原特性优良。相关研究成果证实了C3F7CN/CO2混合气体具有替代SF6的潜力。

C_4F_7N/CO_2混合气体中环氧绝缘子雷电冲击沿面绝缘特性

C_4F_7N/CO_2混合气体作为环保型绝缘气体,有望在未来取代SF_6,但目前对其绝缘子的沿面闪络特性鲜有研究。为此,搭建了沿面闪络试验平台,建立了基于PRSV方程的气体混合方法,开展了均匀电场下C_4F_7N/CO_2混合气体的冲击沿面闪络特性研究,分析了摩尔分数、气压、沿面距离和绝缘子直径对50%冲击沿面闪络电压的影响,并与相同条件下的SF_6进行对比。研究发现,随着气压或摩尔分数的增加,沿面闪络电压呈饱和增长趋势。5%C_4F_7N/95%CO_2混合气体相对沿面闪络强度为SF_6的70%以上;9%C_4F_7N/91%CO_2的相对绝缘强度为SF_6的80%以上;13%C_4F_7N/87%CO_2的相对绝缘强度为SF_6的90%以上。随着沿面距离的增加,闪络场强基本稳定,而绝缘子直径对沿面闪络电压的影响可以忽略。此外,拟合获得了不同摩尔分数的C_4F_7N/CO_2混合气体的沿面闪络电压经验公式。