六氟化硫气体的绝缘特性以及在设备绝缘中的应用

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稍不均匀电场中六氟化硫的击穿
• 小结2 • 实际中,一般采用稍不均匀场的电极布
置结构,例如同轴圆柱或同心圆球(半 球)。 • 为降低最大场强,经常采用的数据是: 对同轴圆柱结构,R=3r;对同心圆球结 构,R=2.2r。
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极不均匀场中六氟化硫的击穿
与均匀电场中的击穿电压相比,SF6气
体在极不均匀电场中击穿电压下降的程
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均匀电场中六氟化硫的击穿 当压力p较高时, 值较小,电子崩长度较小 的情况下,即发生击穿,Eb /P小于(E/P)crit
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均匀电场中六氟化硫的击穿
对于SF6
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均匀电场中六氟化硫的击穿 以(ph)crit表示(K/β)/(E/P)crit, 当ph>(ph)crit时,突出物即会产生影响而 使Eb/p小于(E/P)crit,即在高压下,即 使是一个很微小的突出物,也会对击穿 电压产生很大影响,使Ub值降低。
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均匀电场中六氟化硫的击穿 电子电离系数和附着系数
电离系数α、附着系数η、有效电离系数
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均匀电场中六氟化硫的击穿
对于SF6,仅当E/p
大于临界值(E/p)c
=885kv/cm·MPa
时放电才有可能
发展;而对于空气,

(E/p)c=244kv/cm
·Mpa,由此可知,
均匀电场中SF6的
电气强度约为空
分子具有很强的电负性,容易吸附电子 形成负离子,阻碍放电的形成和发展。 (2)SF6分子的直径大,电子在SF6气体中的 平均自由行程短(约为0.22um)。而SF6的 电离电位又大。因此减小了电子碰撞电 离的可能性。
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均匀电场中六氟化硫的击穿 (3)电子与SF6气体分子相遇时,还会因极
化等过程增加能量损失,减弱其碰撞电 离能力。
Xc=Xo-r
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稍不均匀电场中六氟化硫的击穿
通过试算法可求得击穿电压 Ub=99.5kV
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稍不均匀电场中六氟化硫的击穿
随着间隙距离的增 加,击穿电压的增 加出现饱和现象。 这是因为随着间隙 距离的增加,电场 的不均匀程度增加, 击穿电压的增加越 来越慢的缘故。
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稍不均匀电场中六氟化硫的击穿
度比空气大。
当电极曲率半径小、
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
实践证明,GIS运行安全可靠、配置 灵活、环境适应能力强、检修周期长、 安装方便。GIS不仅在高压、超高压领域 被广泛应用,而且在特高压领域变电站 也被使用,在我国,63~500kV电力系统 中,GIS的应用已相当广泛
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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均匀电场中六氟化硫的击穿
• 导电微粒的影响 SF6气体对于灰尘和导电微粒十分敏感。 1.形成突出物,造成电场局部强化。 2.交流场中,导电微粒在某一极充电,然
后在极性相反的电极上产生微弱放电, 并导致整个间隙击穿;冲击电压作用下 ,微粒来不及移动,影响很小。
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均匀电场中六氟化硫的击穿 随着球形微粒直 径的增加,击穿 电压逐步下降。
• 敞开式组合电器 • 复合式GIS (Hybrid Gas Insulated Switchgear)
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• 空气绝缘的敞开式开关设备(AIS) • AIS以优化投资成本为特征
空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)以 瓷套作为设备外壳及外绝缘,优化了投资 成本。但占地面积大旦因设备外露部件 多,易受气候环境条件的影响,不利于系统 的安全及可靠运行。
气的3倍。
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均匀电场中六氟化硫的击穿 • 自持放电条件 当崩头电子数达到
nc 0.5106 ~ 108
ad I nnc K 13 ~ 18.5
放电由非自持转入自持阶段。
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均匀电场中六氟化硫的击穿
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均匀电场中六氟化硫的击穿
对于不同的间隙,当压力 不太大时,相同pd值时的 击穿电压值落在同一条曲 线上;随着压力的增大, 击穿电压值偏离上述曲线; 间隙距离d越小,开始出 现偏离的pd值也越小。这 种现象可能是电极表面粗 糙和气体中有杂质等原因 造成的。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
H-GIS综合费用比AIS虽贵些,但它的 技术经济指标优越,特别减少了套管数量 (约为AIS的50%),支柱绝缘子数(约为其 20%),设备支架数(为其20%),占地面积( 为其60%),安装工作量(为其50%),维护 工作量(为其20%)等。
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SF6气体绝缘的应用及其理化Байду номын сангаас点
• 50年代末起,用作断路器的内部绝缘和 灭弧介质
• 1965年已出现了SF6金属封闭开关设备( GIS)
• 现在电缆、电流互感器、电压互感器、 套管、电力变压器、避雷器和试验变压 器等设备中
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• 绝缘结构 • SF6气体间隙绝缘
这是设备中主要的绝缘结构,要求电 场尽可能均匀。可采用同轴圆柱结构. 导体拐弯部分应制成圆弧形
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稍不均匀电场中六氟化硫的击穿
条件:同轴圆柱电极, r=1cm,R/r=e,p=0.1MPa, 施加电压U,电极表面 光滑
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稍不均匀电场中六氟化硫的击穿
Ex=U/(xIn(R/r))=U/x
=27.7(Ex-85.5)=27.7(U/x)-2451 当 ≥0,即在x≦U/Ecrit=x0区域内,电子 崩可不断发展,若电子崩能转化成流注 ,则间隙击穿,此时存在临界电子崩长 度Xc
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均匀电场中六氟化硫的击穿 电极表面状态的影响
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均匀电场中六氟化硫的击穿 击穿条件
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均匀电场中六氟化硫的击穿 当SF6气体的压力较低时,( 值较大。这 时电子崩将延伸至整个间隙(Xc=d-h),且 间隙内各处场强与气压之比应较高,积分 式的值达到 而发生击穿。因此p较低时, Eb /P大于(E/P)crit
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• SF6金属封闭开关设备(即GIS) (Gas Insulated Switchgear)简称GIS,
它将一座变电站中除变压器以外的一切 设备,包括断路器、隔离开关、接地开 关、电压互感器、电流互感器、避雷器 、母线、电缆终端、进出线套管等,经 优化设计有机地组合成一个整体。
GIS变电站优点: 1.占地小。 2.不受环境条件和环境污染的影响。 3.使运行人员不受电场和磁场的影响。 4.安装工作量小。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
GIS设备缺点: 1.造价高 2.故障停电范围广、修复时间长、查找故
障点困难 3.扩建设备与原有设备的参数要严格配合
且施工干扰大
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
(2)由于元件组合,缩短了设备间接线 距离,节省了各设备的布置尺寸。相对于 传统的AIS,大大缩小了高压设备纵向布置 尺寸,减少占地面积达40~60%
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
(3)由于采用在制造厂预制式整体组装 调试、模块化整体运输和现场施工安装 的方式,现场施工安装更为简单、方便。 同时减少了变电站支架、钢材需用量。 又由于基础小,工程量少,混凝土用量少,大 大减少了基础工作和费用开支
六氟化硫气体绝缘
目录
• SF6气体绝缘的应用及其理化特点 • 均匀及稍不均匀电场中SF6的击穿特性 • 极不均匀电场中SF6的击穿特性 • SF6气体的冲击击穿特性 • SF6气体中沿固体介质表面的放电 • 含SF6的混合气体
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• 发展历程
• 1940年之后作为绝缘气体被使用于核物 理高压研究装置
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
(4)由于MTS模块化,非常灵活,特别适 用于老式变电站的改造。MTS正是适应 欧洲50年代和60年代老电站需要改造而 兴起。MTS减少了老变电站升级改造的 施工难度和投资规模,同时提高了可靠性 。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• 混合技术开关设备(MTS)目前发展状况 目前国内三家大型企业(西开电气、
GIS变电站设计应注意的问题: 1主接线设计和气室划分应充分考虑扩建
和故障检修的灵活性(单元化,相互独 立的气室有利于防止事故范围扩大) 2户内通风装置设计应防止气体泄漏造成 窒息事故
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• 混合技术开关设备(MTS) 复合式GIS (H-GIS)是三相空气绝缘且
不带母线的单相GIS。基本型号为ZHW, 国内将H-GIS亦称为准GIS,简化GIS等。
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均匀电场中六氟化硫的击穿
• 面积效应 随着电极面积增大,击穿电压下降的
现象称为面积效应。 电极表面越光滑,气压越高,面积效
应也越大。冲击电压下,因电压作用时 间较短,影响击穿电压的偶然因素出现 的概率减少,所以面积效应也较工频电 压下弱。
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均匀电场中六氟化硫的击穿 • 小结1:
理想环境下Ub与pd成线性关系。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
分子量较大,(复 合性强)较高压力 下易液化,SF6绝缘 通常使用范围(40℃≤温度≤80℃, 压力<0.8MPa)内, 温度低于-18℃时, 需考虑SF6气体的液 化问题。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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均匀电场中六氟化硫的击穿
• SF6电气强度高的原因 (1)氟是卤族元素中电负性最强,因此SF6
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• SF6—固体介质分界面绝缘 要注意固体介质对电场的影响,以及
固体介质表面状况对沿面放电过程的影 响。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• 出线绝缘 这是指SF6电力设备高压引出线的绝
缘。高压导体与接地外壳之间采用SF6为 主要绝缘,并用瓷套将SF6与其它介质(如 空气、油)隔离。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• H-GIS的优势 (1)MTS开关设备完全解决了户外隔离
开关运行可靠性问题。同时由于各元件 组合,大大减少了对地绝缘套管和支柱数( 仅为常规设备的30~50%)。这也减少了 绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率,有 助于提高运行的可靠性
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
随着P的增大,巴申曲线会出现偏移。
电极表面状态的影响 导电微粒的影响 面积效应
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稍不均匀电场中六氟化硫的击穿
电子崩转变为流注的条件即为间隙击 穿的条件。
实际设备中,电场不可能完全均匀, 而极不均匀电场又使SF6的优越性不能充 分发挥。因此设计SF6气体绝缘的电气设 备时,应尽量采用稍不均匀电场结构。 同轴圆柱或同心圆球(半球)
• 稍不均匀电场中,根据经验公式:不均 匀度f=Emaxd/U,U为外施电压,f与电场分 布中的最大场强Emax成正比。
• 击穿电压Ub=E0d/f, f越小,Ub越大(E0为 临界击穿场强)。
• 在稍不均匀电场中,应在可能的情况下 尽量降低最大场强,来提高击穿电压。
• 为降低最大场强,经常采用的数据是: 对同轴圆柱结构,R=3r;对同心圆球结 构,R=2.2r。
平高集团和新沈高)正在积极研制1100kV GIS和H-GIS(MTS)。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
根据广东的经验,H-GIS相比GIS具有明显 的价格优势。如550kV一间隔设备费用约为720 万美元(2002年到岸价),而H-GIS一间隔约为18 3万美元(横沥站2002年DDV价),约为GIS价格的 1/4,同时GIS扩建麻烦,而H-GIS不带母线,分相 布置,当一相断路器需维护或扩建时,只需断开 与三相母线的连接线,因此H-GIS相比GIS占有 价格低和扩建维修的优势。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• SF6的物理化学特性 无色、无味,具有的气体较高的电气
强度,优良的灭弧性能,良好的冷却特 性,不可燃。SF6气体的缺点是:放电时 SF6会发生分解形成硫的低氟化物。这些 产物有毒,并能腐蚀许多绝缘材料和导 电材料,在较高的压力下,SF6会液化。
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• SF6-薄膜组合绝缘 应用于SF6变压器和互感器中,作为
导体的匝间和层间绝缘
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SF6气体绝缘的应用及其理化特点
• 高压配电装置的类型 • 空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)
• 气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)
• 混合技术开关设备(MTS)
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