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六氟化硫氣體的絕緣性

2017-08-08  來自: 安陽市廣安氣體有限責任公司 瀏覽次數:1426

1.氟原子的高負電性與六氟化硫優異的電氣性能

    電力系統和電氣設備中常用氣體作為絕緣介質。氣體在正常狀態下是良好的絕緣介質。但當電極間電壓超過一定臨界值時,氣體介質會突然失去絕緣能力而發生放電現象。此現象稱為擊穿,可以表現為火花放電、電弧放電、間隙擊穿、電暈、沿面放電等。氣體間隙之所以會擊穿而產生火花放電通道,是由于在強電場下產生了強烈的游離,并發展到自持放電的結果。氣體放電的過程實際上是游離復合的過程。

    六氟化硫氣體是一種高電氣強度的氣體介質。在均勻電場下它的電氣強度為同一氣壓下空氣的2.5~3倍。在0.3MPa氣壓下六氟化硫氣體的電氣強度與絕緣油相同。

    六氟化硫氣體的這一特性主要是由六氟化硫的負電性所決定的。由于氣體擊穿遵循碰撞游離的規律。六氟化硫氣體在強電場下電離,生成六氟化硫正離子和自由電子。由于六氟化硫分子結構以硫原子為中心、氟原子位于正八面體的頂端,氟原子是負電性極強的元素,六氟化硫有6個氟原子,電子捕獲截面大,六氟化硫電子親和能達到了3.4eV,所以六氟化硫氣體可能捕捉自由電子形成負離子。這樣,一方面使游離能力很強的電子數目大為減少,削弱了游離因素;另一方面,離子的自由行程比電子短,兩次碰撞間獲得的動能小,同時在發生彈性碰撞時又容易失去動能,因此離子本身產生碰撞游離的可能性小,所以在氣體放電時,負離子起到陰礙放電形成與發展的作用。

    此外,六氟化硫分子直徑在,使得電子在六氟化硫氣體中的平均自由行程相對縮短,不容易在電場中積累能量,從而減少了電子的碰撞游離能力。

    同時六氟化硫相對分子質量是空氣相對分子質量的5倍。六氟化硫離子在電場中運動速度比空氣(氧、氮)更小,正、負離子更容易復合使氣體中帶電質點減少。

    游離-復合過程可用反應式表示如下:(e代表電子)

    SF6  電離 SF6++e     (吸收能量)

                   SF6++e        SF6-             (放出能量)

                   SF6-+ SF6+   復合   2SF6   (放出能量)

2.六氟化硫氣體絕緣的特點

    六氟化硫氣體絕緣的特點是:電場均勻性對擊穿電壓的影響,在0.1MPa氣壓下遠比空氣的為大,而在高氣壓下和空氣的擊穿特性相近。六氟化硫氣體與空氣相比,他們中的電子等帶電質點隨電場強度加大而增長的速度,以前者的為大,而電暈的自屏蔽效應以前者的為弱,故六氟化硫在極不均勻電場中的擊穿電壓比均勻電場中的要低得更多,即電場的均勻程度對六氟化硫擊穿電壓的影響要比對空氣的擊穿電壓的影響大。

    極性對六氟化硫氣體擊穿電壓的影響和空氣相似,也和電場均勻程度有關。由于充六氟化硫氣體的絕緣結構其電場都是銷不均勻電場,因此它的負極性擊穿電壓比正極性擊穿電壓低,六氟化硫氣體絕緣的電氣設備的絕緣水平決定于負極性。

    充六氟化硫氣體的電氣設備的沖擊擊穿特性是:放電時延長,沖擊系數大,擊穿電壓隨沖擊波波頭時間的增加而減少,負極性擊穿電壓比正極性低。若與常規的電氣設備變壓器相比,其伏秒特性比較平緩,沖擊系數又低得多,因而一般認為充六氟化硫的電氣設備的絕緣水平主要決定于雷電沖擊水平,且是負極性下的雷電沖擊。

    在均勻、稍不均勻電場中,在0.1MPa壓力下,空氣的擊穿電壓和電極的表面狀態及材料的關系不大。而在高氣壓下,擊穿電壓與電極表面狀態有很大關系。六氟化硫氣體絕緣同樣具有高氣壓下空氣絕緣的特性。電極表面的粗糙度對六氟化硫氣體絕緣的擊穿電壓的影響,和氣壓、電壓波形、極性等因素有關。在六氟化硫氣體中導電粒子的存在也會顯著地降低擊穿電壓,成為充六氟化硫氣體絕緣的電氣設備的一個故障因素。


關鍵詞: 六氟化硫氣體的絕緣性           

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