哈工大高电压技术 7、六氟化硫和气绝缘电气设备

成正比，而是增加得少
一些。
(二) 极不均匀电场中SF6的击穿 在极不均匀电场中，
SF6 气体的击穿有异常现
象，主要表现在以下两
个方面： 如图所示，首先是工
频击穿电压随气压的变
化曲线存在“驼峰”；
其次是驼峰区段内的
雷电冲击击穿电压明显
低于稳态工频击穿电压， 其 冲 击 系 数 可 低 至 0.6 左右，如右图所示。
SF6-N2混合气体来降低液化温度。
2、毒性分解物 纯净的 SF6 气体是无毒惰性气体， 180C 以下时 它与电气设备中材料的相容性与 N2 相似。但 SF6 的
分解物有毒，并对材料有腐蚀作用，因此必须采
取措施以保证人身和设备的安全。 使SF6气体分解的原因： 电子碰撞、热和光辐射.
在电气设备中引起分解的原因主要是前两种，它们
二、六氟化硫理化特性方面的若干问题 气体要作为绝缘介质应用于工程实际，不但应
具有高电气强度，而且还要具备良好的理化特性。
SF6 气体是唯一获得广泛应用的强电负性气体的原 因即在于此。下面对 SF6气体实际应用中的理化特 性作一介绍： 1、液化问题 2、毒性分解物 3、含水量
1、液化问题
现代SF6高压断路器的气压在0.7MPa左右，而GIS
3、含水量
水分是SF6气体中危害最大的杂质，因为：
水分会影响气体的分解物
与HF形成氢氟酸，引起材料的腐蚀与导致机械故障 低温时引起固体介质表面凝露，使闪络电压急剧降低 控制气体含水量的措施： 避免在高湿度气体条件下进行装配工作； 安装前所有部件都要经过干燥处理；
保证良好的密封，否则会使设备内的SF6气体泄漏到大
电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气
的大。
与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀 电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。 SF6
优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得
到充分的发挥。 在设计以 SF6 气体作为绝缘的各种电气设备时， 应尽可能使气隙中的电场均匀化，采用屏蔽等措施 以消除一切尖角处的极不均匀电场，使 SF6 优异的
绝缘性能得到充分的利用。
(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿 SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时， 除了考虑第一章中所说的 过程外，还应计及 电子附着过程，它可用一个与电子碰撞电离系数 的定义相似的电子附着系数 来表示， 的
定义是一个电子沿电场方向运动 1cm 的行程中所
发生的电子附着次数平均值。可见在电负性气体 中的有效碰撞电离系数 应为：
o封闭式气体绝缘组合电器(GIS)；
o气体绝缘管道输电线(GIC) ； o气体绝缘变压器(GIT) 。
均因放电而出现。大功率电弧（断路器触头间的电弧或 GIS 等设备内部的故障电弧）的高温会引起 SF6 气体的迅 速分解，而火花放电、电晕或局部放电也会引起SF6气体 的分解。 针对SF6气体毒性分解物的措施： 通常采用吸附剂 吸附剂主要有两方面作用：吸附 分解物和吸附水分 常用的吸附剂有：活性氧化铝和分子筛 通常吸附剂的放置量不小于SF6气体重量的10%。
中除断路器外其余部分的充气压力一般不超过
0.45MPa 。如果 20C 时的充气压力为 0.75MPa( 相当于
断路器中常用的工作气压），则对应的液化温度约为 -25C，如果20C时的充气压力为 0.45MPa，则对应的 液化温度为 -40C ，可见一般不存在液化问题，只有 在高寒地区才需要对断路器采用加热措施，或采用
四、气体绝缘电气设备
1、封闭式气体绝缘组合电器（GIS） GIS 由断路器、隔离 开关、接地刀闸、互感 器、避雷器、母线、连
线和出线终端等部件组
合而成，全部封闭在SF6 金属外壳中。
与传统的敞开式配电装置相比， GIS 具有下列突出
优点：
（ 1 ）大大节省占地面积和空间体积：额定电压越高， 节省得越多。 （2）运行安全可靠：GIS的金属外壳是接地的，即可防 止运行人员触及带电导体，又可使设备运行不受污秽、
巴 申 定 律 。 它 在 0.1MPa(1atm) 下 的 击 穿 场
强 Eb
Ub 88.5kV / cm ，几乎是空气的3倍。 d
均匀电场中空气的电气强度大致为 ：30kV/cm
前面已经提到，在气体绝缘电气设备中最常见
的是稍不均匀电场气隙，例如同轴圆筒间的气隙。
左图给出出 R/r=1.67 ～ 4.06 的 同 轴 圆 筒 中 SF6 的击穿场强 Eb 与气压 p 的关系曲线，由图中可 见击穿场强并不与气压
空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高， 但在雷电冲击电压的作用下，空间电荷来不及移动 到有利的位置，故其击穿电压低于稳态击穿电压； 气压提高时空间电荷扩散得较慢，因此在气压超过 0.1 ～ 0.2MPa 时，屏蔽作用减弱，工频击穿电压会 下降。
（三）影响击穿场强的其它因素 气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论 击穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿 场强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即
除了以上所介绍的气体绝缘电气设备外， SF6
气体还日益广泛应用到一些其他电气设备中，诸如：
气体绝缘开关柜
环网供电单元
中性点接地电阻器
中性点接地电容器 移相电容器 标准电容等
小
结
电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空 气的大； 为了吸附SF6中有毒分解物和水分，采用吸附剂； SF6混合气体在电气设备中获得应用； 了解几种气体绝缘电气设备：
(3)传输容量大：常规电缆由于制造工艺等方面的原 因，其缆芯截面一般不超过 2000mm2 ，而 GIC 则无此
限制，所以GIC的传输容量要比充油电缆大，而且电
压等级越高，这一优点越明显。
(4)能用于大落差场合。
3、气体绝缘变压器
气体绝缘变压器（GIT ）与传统的油浸式变压
器相比有以下优点： （1）GIT是防火防爆型变压器，特别适用于城市高 层建筑的供电和用于地下矿井等有防火防爆要求的 场合。 （2）气体传递振动的能力比液体小，所以GIT的噪 声小于油浸变压器。 （3）气体介质不会老化，简化了维护工作。
观上平均场强尚未达到临界值时就诱发击穿。
除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星 的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概 率也越大。所以电极表面积越大， SF6 气体的击穿
场强越低，这一现象被称为“面积效应”。
2、导电微粒 设备中的导电微粒有两大类，即固定微粒和自 由微粒，前者的作用与电极表面缺陷相似，而后者 因会在极间跳动而对 SF6 气体的绝缘性能产生更大 的不利影响。
放电条件，而直接探讨其流注自持放电条件。为
此，写出均匀电场中电负性气体的流注自持放电 条件为：
( )d K
实验研究证明：对于SF6气体，常数K =10.5
SF6气体的击穿电压可以用下式计算：
U b 88.5 pd 0.38
(kV)
式中：p -气压，Mpa，d -极间距离，mm 上式表明，在均匀电场中 SF6 气体的击穿也遵循
目前 SF6 不但应用于单一电力设备，如： SF6 断
路器、气体绝缘变压器等。
也被广泛采用于将多种变电设备集于一体并密 闭充 SF6 气体的容器之内的封闭式气体绝缘组合电 器（GIS）和充气管输电线（GIC)等装置中。
一、SF6的绝缘性能 SF6 具有较高的电气强度，主要是因为其具有 很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子 ( 电子附着过程 ) ，电子变成负离子后 , 其引起碰撞 电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程。


这时应该注意：在一般气体中，正离子数等 于新增的电子数；而在电负性气体中，正离子数
等于新增的电子数与负离子数之和。所以在汤逊
理论中不能将式 (1—2) 中的 简单地用 (-) 来
代替而得出电负性气体的自持放电条件。
由于强电负性气体在实用中所处条件均属于
流注放电的范畴，所以这里不再讨论其汤逊自持
气中去，而体价格较高 液化温度不够低 对电气不均匀度太敏感
目前国内外都在研究 SF6 混合气体，以期在某
些场合用SF6混合气体来代替SF6气体
目前已获工业应用的是 SF6-N2 混合气体，主 要用作高寒地区断路器的绝缘媒质和灭弧材料， 采用的混合比通常为50%：50%或60%：40%。
雨雪、雾露等不利的环境条件的影响。
（ 3 ）有利于环境保护，使运行人员不受电场和磁场的 影响。 （4）安装工作量小、检修周期长。
2、气体绝缘管道输电线 气体绝缘管道输电线亦可称为气体绝缘电缆 （GIC)，它与充油电缆相比具有下列优点： (1) 电容量小： GIC 的电容量大约只有充油电缆的 1/4 左右，因此其充电电流小、临界传输距离长。 (2)损耗小：常规充油电缆常因电介质损耗较大而难 以用于特高压，而GIC的绝缘主要是气体介质，其介 质损耗可忽略不计，已研制成特高压等级的产品。
六氟化硫和气体绝缘电气设备
一、六氟化硫的绝缘性能 二、六氟化硫理化特性方面的若干问题
三、六氟化硫混合气体
四、气体绝缘电气设备
六氟化硫(SF6)气体：
20世纪60年代开始作为绝缘介质和灭弧介质
使用于某些电气设备(首先是断路器)中； 至今已是除空气外应用最广泛的气体介质。
SF6的电气强度约为空气的2.5倍，灭弧能力更 高达空气的100倍以上，所以在超高压和特高压的 范畴内，它已完全取代绝缘油和压缩空气而成为 唯一的断路器灭弧介质。
电极表面缺陷和导电微粒。
1、电极表面缺陷
右图表示电极表面
粗糙度Ra对SF6气体电气 强度Eb的影响。
可以看出：GIS的工 作 气 压 越 高 ， 则 R a 对 Eb 的影响越大，因而对电 极表面加工的技术要求
也越高。
电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场 强度要比气隙的平均电场强度大得多，因而可在宏