O_(2)对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于C_(6)F_(12)O具有优良的绝缘性能和环保特性,受到国内外SF_(6)替代气体领域内学者们的广泛关注。为探索C_(6)F_(12)O混合气体应用的最优方案,研究O_(2)对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体绝缘性能和分解特性的影响。搭建气体工频击穿试验平台对不同O_(2)混合比、不同气压的C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体进行工频击穿试验研究,使用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)定性定量分析150次工频击穿后混合气体的分解产物,同时观察击穿后电极表面固体物质析出量的变化,探讨应用于工程的C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体的O_(2)混合比与气压范围。研究结果表明,C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体中加入3%~7%的O_(2)可以较好地提升气体绝缘性能,此外加入O_(2)在击穿放电时能够抑制固体碳的析出,降低高毒性物质C_(3)F_(6)的体积分数,但是会促进C_(6)F_(12)O的分解,使得CF_(4)、C_(2)F_(6)、COF_(2)、CO的体积分数上升。综合考虑绝缘性能和分解特性后认为气压范围为0.1~0.18 MPa,O_(2)混合比为3%~5%的C_(6)F_(12)O-CO_(2)-O_(2)混合气体具有一定的工程实用价值。

C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体与密封材料丁腈橡胶的相容性研究

C_(6)F_(12)O具有优异的绝缘和环保性能,因此具有在中低压开关设备中作为绝缘介质应用的潜力。为了评估C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体在设备中长期安全稳定使用的可行性,需要研究其与设备内部中常用密封橡胶之间的相容性。该文通过搭建相容性试验平台,对C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体与丁腈橡胶进行热加速试验研究,分别采用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜检测气体分解产物和丁腈橡胶表面形貌;同时基于密度泛函理论(DFT)对气体分解产物的生成路径进行模拟,并对丁腈橡胶分子与C_(6)F_(12)O分子之间的相互作用进行计算。试验结果表明在高温(90℃和110℃)试验后,丁腈橡胶与C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体不相容。丁腈橡胶表面析出大量的白色晶体颗粒,并且生成了C_(3)F_(6)、NF_(3)和CS_(2)气体副产物;理论计算也表明升高温度会促进丁腈橡胶分子发生分解,并且C_(6)F_(12)O与丁腈橡胶之间的气固反应具有形成新物质的趋势。该文的研究成果对C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体在工程上的应用具有重要的指导意义。

C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体与密封橡胶材料在不同温度下的相容性研究

C6F12O混合气体具有良好的绝缘性能,被认为具有较大潜力在中低压电气开关设备中作为绝缘介质使用。C_(6)F_(12)O与设备气室密封材料之间良好的相容性是保障设备长期安全稳定运行的关键之一。为此通过实验研究不同温度下,C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体与常用密封橡胶(三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)、丁腈橡胶(nitrile butadiene rubber,NBR)和氟橡胶(fluororubber,FKM))之间相容性,并通过气相色谱质谱仪分析混合气体的组分,扫描电镜、X射线光电子能谱和拉伸应力机检测橡胶材料的性质变化。同时搭建C_(6)F_(12)O与橡胶分子链的仿真模型,从分子层面计算分析C_(6)F_(12)O在橡胶材料中的扩散和吸附作用。实验结果发现随着实验温度升高,C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体与3种橡胶材料反应均生成了C_(3)F_(6)、C_(3)F_(7)H,并且还与FKM生成了CS_(2)气体副产物。同时EPDM表面出现了密集的褶皱,而NBR表面则析出了大量晶体颗粒,大量F元素积累在橡胶表面上,并且实验后EPDM和NBR的力学性能都大幅度下降。FKM表面结构和力学性能受C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体影响较小。理论计算发现升高温度能够促进C6F12O与橡胶中的扩散和吸附,并且在90℃下,C_(6)F_(12)O在EPDM中的扩散系数(8.912×10^(-11)m/s^(2))和吸附能最高(317.436kJ/mol),与FKM的吸附能最低。因此,综合分析实验和理论计算结果,C_(6)F_(12)O/N_(2)与FKM之间的相容性更好。该研究成果可为C_(6)F_(12)O/N_(2)混合气体相关设备材料选择提供重要的指导意义。

C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电分解特性研究

C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体具有在中低压气体设备中应用的潜力,设备运行中因固体绝缘表面金属异物存在引发的沿面放电,是绝缘劣化及故障发生的隐患之一,研究C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电的分解特性对设备的运维具有重要意义。为此,文中开展不同实验电压下C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电分解实验,利用气相色谱法对分解组分进行定量分析,获得了不同放电强度下主要分解组分种类及其分解特性,讨论了产气速率与放电强度间的关系。结果表明:C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电主要分解产物为CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C3F7H和C_(3)F_(6);各产物分解特性相似,体积分数随放电量体现“线性—饱和”增长趋势,30 kV下对应饱和体积分数分别为21.3、7.0、11.9、7.7、13.7μL/L;主要组分产气速率关系为:v(CF_(4))>v(C_(3)F_(6))>v(C_(3)F_(8))>v(C3F7H)>v(C_(2)F_(6)),其中CF_(4)产气速率从1.2(μL·L^(-1))/12 h增至3.1(μL·L^(-1))/12 h,与放电量关联性最好,可作为沿面放电下放电强度的判定依据。研究可为C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体绝缘设备的工程应用方案提供参考。

ZSM-5分子筛对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体及其过热分解产物吸附性能研究

目前,C_(6)F_(12)O环保绝缘介质已在气体开关柜中得到应用,选择合适的多孔材料对C_(6)F_(12)O混合气体分解产物吸附处理,既能保证开关柜的稳定运行,也可为大力推广C_(6)F_(12)O环保气体开关柜的应用提供安全保障。本文通过气体吸附实验探究ZSM-5分子筛对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体模拟过热故障后分解产物的吸附性能及对两种主要绝缘介质C_(6)F_(12)O/CO_(2)浓度的影响;同时,基于分子动力学仿真模拟吸附过程,计算浓度分布函数、径向分布函数、扩散系数等动力学参数以厘清吸附机理。实验结果表明:模拟过热故障后C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体的主要分解产物为C_2F_6、C_3F_8、C_4F_(10)、C_3F_6、C_3F_7H、C_5F_(12)和C_6F_(14)。ZSM-5分子筛对大部分分解产物都有吸附作用,对C_3F_8、C_4F_(10)、C_3F_7H这3种分解气体吸附性能优异,吸附率均超过80%;对C_2F_6、C_3F_6分解气体有一定的吸附能力,但吸附效果不明显;对C_5F_(12)、C_6F_(14)分解气体基本不吸附。实验前主绝缘介质C_6F_(12)O、CO_(2)浓度较高,ZSM-5分子筛对其浓度影响较小,实验后吸附率分别为1.77%和0.25%。理论计算结果表明:ZSM-5分子筛能够很好地吸附动力学直径与自身孔径相当的气体分子(C_2F_6、C_3F_8、C4F1_0、C_3F_6、C_3F_7H),对于体积过小或过大的气体分子(CO_(2)、CF_4、C5F1_2、C6F1_2O、C_6F_(14))吸附作用不明显。ZSM-5分子筛可用于C_(6)F_(12)O环保绝缘气体开关柜中对分解产物进行吸附处理,以保证设备安全稳定运行;同时,为相关电力防护设备中过滤材料的选择提供参考。

悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体分解特性研究

C_(6)F_(12)O是一种具有潜力的SF6替代气体,为了探究C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体在悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的分解特性,搭建了局部放电分解实验平台,在不同外施电压下对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体进行96 h局部放电分解实验,利用气相色谱法对分解组分进行定量分析,对分解组分含量、产气速率、特征气体比值与局部放电强度的关系分别进行了研究。结果表明:4种典型产物(CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C_(3)F_(7)H)浓度、产气速率的变化规律上存在差异,可选择作为判断局部放电强度的特征组分;特征组分浓度关系为c(CF_(4))>c(C_(2)F_(6))≈c(C_(3)F_(8))>c(C_(3)F_(7)H),产气速率关系与之相类似;特征组分浓度随放电强度增加呈“线性-饱和”的增长关系;初步认为可以利用c(CF_(4))/c(C_(3)F_(7)H)作为辅助依据,c(CF_(4)+C_(2)F_(6)+C_(3)F_(8))^(2)/c(C_(3)F_(7)H)^(2)作为主要依据,结合组分浓度以及产气速率,可以进一步判断PD强度和缺陷严重程度,研究结果为找出适用于C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体绝缘设备的运维监测手段提供了参考。