六氟化硫氣體絕緣六氟化硫氣體絕緣目錄SF6氣體絕緣的應用及其理化特點均勻及稍不均勻電場中SF6的擊穿特性極不均勻電場中SF6的擊穿特性SF6氣體的沖擊擊穿特性SF6氣體中沿固體介質表面的放電含SF6的混合氣體2目錄SF6氣體絕緣的應用及其理化特點2SF6氣體絕緣的應用及其理化特點發展歷程1940年之后作為絕緣氣體被使用于核物理高壓研究裝置50年代末起，用作斷路器的內部絕緣和滅弧介質1965年已出現了SF6金屬封閉開關設備（GIS）現在電纜、電流互感器、電壓互感器、套管、電力變壓器、避雷器和試驗變壓器等設備中3SF6氣體絕緣的應用及其理化特點發展歷程3SF6氣體絕緣的應用及其理化特點絕緣結構SF6氣體間隙絕緣這是設備中主要的絕緣結構，要求電場盡可能均勻。可采用同軸圓柱結構．導體拐彎部分應制成圓弧形4SF6氣體絕緣的應用及其理化特點絕緣結構4SF6氣體絕緣的應用及其理化特點5SF6氣體絕緣的應用及其理化特點5SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6—固體介質分界面絕緣要注意固體介質對電場的影響，以及固體介質表面狀況對沿面放電過程的影響。6SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6—固體介質分界面絕緣6SF6氣體絕緣的應用及其理化特點7SF6氣體絕緣的應用及其理化特點7SF6氣體絕緣的應用及其理化特點出線絕緣這是指SF6電力設備高壓引出線的絕緣。高壓導體與接地外殼之間采用SF6為主要絕緣，并用瓷套將SF6與其它介質(如空氣、油)隔離。8SF6氣體絕緣的應用及其理化特點出線絕緣8SF6氣體絕緣的應用及其理化特點9SF6氣體絕緣的應用及其理化特點9SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6-薄膜組合絕緣應用于SF6變壓器和互感器中，作為導體的匝間和層間絕緣10SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6-薄膜組合絕緣10SF6氣體絕緣的應用及其理化特點高壓配電裝置的類型空氣絕緣的敞開式開關設備(AIS)氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)混合技術開關設備(MTS)敞開式組合電器復合式GIS(HybridGasInsulatedSwitchgear)11SF6氣體絕緣的應用及其理化特點高壓配電裝置的類型11SF6氣體絕緣的應用及其理化特點空氣絕緣的敞開式開關設備(AIS)AIS以優化投資成本為特征空氣絕緣的敞開式開關設備(AIS)以瓷套作為設備外殼及外絕緣,優化了投資成本。但占地面積大旦因設備外露部件多,易受氣候環境條件的影響,不利于系統的安全及可靠運行。12SF6氣體絕緣的應用及其理化特點空氣絕緣的敞開式開關設備(ASF6氣體絕緣的應用及其理化特點13SF6氣體絕緣的應用及其理化特點13SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6金屬封閉開關設備（即GIS）（GasInsulatedSwitchgear)簡稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一切設備，包括斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等，經優化設計有機地組合成一個整體。14SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6金屬封閉開關設備（即GSF6氣體絕緣的應用及其理化特點實踐證明，GIS運行安全可靠、配置靈活、環境適應能力強、檢修周期長、安裝方便。GIS不僅在高壓、超高壓領域被廣泛應用，而且在特高壓領域變電站也被使用，在我國，63～500kV電力系統中，GIS的應用已相當廣泛15SF6氣體絕緣的應用及其理化特點實踐證明，GIS運行安全可靠SF6氣體絕緣的應用及其理化特點16SF6氣體絕緣的應用及其理化特點16SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站優點：1.占地小。2.不受環境條件和環境污染的影響。3.使運行人員不受電場和磁場的影響。4.安裝工作量小。17SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站優點：17SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS設備缺點：1.造價高2.故障停電范圍廣、修復時間長、查找故障點困難3.擴建設備與原有設備的參數要嚴格配合且施工干擾大18SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS設備缺點：18SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站設計應注意的問題：１主接線設計和氣室劃分應充分考慮擴建和故障檢修的靈活性（單元化，相互獨立的氣室有利于防止事故范圍擴大）２戶內通風裝置設計應防止氣體泄漏造成窒息事故19SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站設計應注意的問題SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)復合式GIS(H-GIS)是三相空氣絕緣且不帶母線的單相GIS。基本型號為ZHW，國內將H-GIS亦稱為準GIS,簡化GIS等。20SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)2SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS的優勢(1)MTS開關設備完全解決了戶外隔離開關運行可靠性問題。同時由于各元件組合,大大減少了對地絕緣套管和支柱數(僅為常規設備的30~50％)。這也減少了絕緣支柱因污染造成對地閃絡的概率,有助于提高運行的可靠性21SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS的優勢21SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(2)由于元件組合,縮短了設備間接線距離,節省了各設備的布置尺寸。相對于傳統的AIS,大大縮小了高壓設備縱向布置尺寸,減少占地面積達40~60％22SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(2)由于元件組合,縮短了設SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(3)由于采用在制造廠預制式整體組裝調試、模塊化整體運輸和現場施工安裝的方式,現場施工安裝更為簡單、方便。同時減少了變電站支架、鋼材需用量。又由于基礎小,工程量少,混凝土用量少,大大減少了基礎工作和費用開支23SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(3)由于采用在制造廠預制式SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(4)由于MTS模塊化,非常靈活,特別適用于老式變電站的改造。MTS正是適應歐洲50年代和60年代老電站需要改造而興起。MTS減少了老變電站升級改造的施工難度和投資規模,同時提高了可靠性。24SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(4)由于MTS模塊化,非常SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)目前發展狀況目前國內三家大型企業(西開電氣、平高集團和新沈高)正在積極研制1100kVGIS和H-GIS(MTS)。25SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)目SF6氣體絕緣的應用及其理化特點根據廣東的經驗,H-GIS相比GIS具有明顯的價格優勢。如550kV一間隔設備費用約為720萬美元(2002年到岸價),而H-GIS一間隔約為183萬美元(橫瀝站2002年DDV價),約為GIS價格的1/4,同時GIS擴建麻煩,而H-GIS不帶母線,分相布置,當一相斷路器需維護或擴建時,只需斷開與三相母線的連接線,因此H-GIS相比GIS占有價格低和擴建維修的優勢。26SF6氣體絕緣的應用及其理化特點根據廣東的經驗,H-GIS相SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS綜合費用比AIS雖貴些,但它的技術經濟指標優越,特別減少了套管數量(約為AIS的50％),支柱絕緣子數(約為其20％),設備支架數(為其20%),占地面積(為其60％),安裝工作量(為其50％),維護工作量(為其20％)等。

27SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS綜合費用比AIS雖SF6氣體絕緣的應用及其理化特點28SF6氣體絕緣的應用及其理化特點28SF6氣體絕緣的應用及其理化特點29SF6氣體絕緣的應用及其理化特點29SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6的物理化學特性無色、無味，具有的氣體較高的電氣強度，優良的滅弧性能，良好的冷卻特性，不可燃。SF6氣體的缺點是：放電時SF6會發生分解形成硫的低氟化物。這些產物有毒，并能腐蝕許多絕緣材料和導電材料，在較高的壓力下，SF6會液化。30SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6的物理化學特性30SF6氣體絕緣的應用及其理化特點分子量較大，（復合性強）較高壓力下易液化，SF6絕緣通常使用范圍（-40℃≤溫度≤80℃，壓力<0.8MPa）內，溫度低于-18℃時，需考慮SF6氣體的液化問題。31SF6氣體絕緣的應用及其理化特點分子量較大，（復合性強）較高SF6氣體絕緣的應用及其理化特點32SF6氣體絕緣的應用及其理化特點32均勻電場中六氟化硫的擊穿SF6電氣強度高的原因

(1)氟是鹵族元素中電負性最強，因此SF6分子具有很強的電負性，容易吸附電子形成負離子，阻礙放電的形成和發展。

(2)SF6分子的直徑大，電子在SF6氣體中的平均自由行程短(約為0.22um)。而SF6的電離電位又大。因此減小了電子碰撞電離的可能性。33均勻電場中六氟化硫的擊穿SF6電氣強度高的原因33均勻電場中六氟化硫的擊穿

(3)電子與SF6氣體分子相遇時，還會因極化等過程增加能量損失，減弱其碰撞電離能力。34均勻電場中六氟化硫的擊穿(3)電子與SF6氣體分子相遇時，均勻電場中六氟化硫的擊穿電子電離系數和附著系數電離系數α、附著系數η、有效電離系數35均勻電場中六氟化硫的擊穿電子電離系數和附著系數電離系數α、附均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF6,僅當E/p大于臨界值(E/p)c＝885kv/cm·MPa時放電才有可能發展;而對于空氣,其(E/p)c=244kv/cm·Mpa，由此可知，均勻電場中SF6的電氣強度約為空氣的3倍。36均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF6,僅當E/p大于臨界值(E均勻電場中六氟化硫的擊穿自持放電條件當崩頭電子數達到放電由非自持轉入自持階段。37均勻電場中六氟化硫的擊穿自持放電條件37均勻電場中六氟化硫的擊穿38均勻電場中六氟化硫的擊穿38均勻電場中六氟化硫的擊穿對于不同的間隙，當壓力不太大時，相同pd值時的擊穿電壓值落在同一條曲線上；隨著壓力的增大，擊穿電壓值偏離上述曲線；間隙距離d越小，開始出現偏離的pd值也越小。這種現象可能是電極表面粗糙和氣體中有雜質等原因造成的。39均勻電場中六氟化硫的擊穿對于不同的間隙，當壓力不太大時，相同均勻電場中六氟化硫的擊穿電極表面狀態的影響40均勻電場中六氟化硫的擊穿電極表面狀態的影響40均勻電場中六氟化硫的擊穿擊穿條件41均勻電場中六氟化硫的擊穿擊穿條件41均勻電場中六氟化硫的擊穿當SF6氣體的壓力較低時，(值較大。這時電子崩將延伸至整個間隙(Xc＝d-h)，且間隙內各處場強與氣壓之比應較高，積分式的值達到

而發生擊穿。因此p較低時，Eb/P大于（E/P）crit42均勻電場中六氟化硫的擊穿當SF6氣體的壓力較低時，(均勻電場中六氟化硫的擊穿當壓力p較高時，值較小，電子崩長度較小的情況下，即發生擊穿，Eb/P小于（E/P）crit43均勻電場中六氟化硫的擊穿當壓力p較高時，值較小，均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF644均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF644均勻電場中六氟化硫的擊穿以（ph）crit表示（K/β)/(E/P)crit，當ph>(ph)crit時，突出物即會產生影響而使Eb/p小于（E/P）crit，即在高壓下，即使是一個很微小的突出物，也會對擊穿電壓產生很大影響，使Ub值降低。45均勻電場中六氟化硫的擊穿以（ph）crit表示（K/β)/(均勻電場中六氟化硫的擊穿導電微粒的影響SF6氣體對于灰塵和導電微粒十分敏感。1.形成突出物，造成電場局部強化。2.交流場中，導電微粒在某一極充電，然后在極性相反的電極上產生微弱放電，并導致整個間隙擊穿；沖擊電壓作用下，微粒來不及移動，影響很小。46均勻電場中六氟化硫的擊穿導電微粒的影響46均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著球形微粒直徑的增加，擊穿電壓逐步下降。47均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著球形微粒直徑的增加，擊穿電壓逐步均勻電場中六氟化硫的擊穿面積效應隨著電極面積增大，擊穿電壓下降的現象稱為面積效應。電極表面越光滑，氣壓越高，面積效應也越大。沖擊電壓下，因電壓作用時間較短，影響擊穿電壓的偶然因素出現的概率減少，所以面積效應也較工頻電壓下弱。48均勻電場中六氟化硫的擊穿面積效應48均勻電場中六氟化硫的擊穿小結1：理想環境下Ub與pd成線性關系。隨著P的增大，巴申曲線會出現偏移。電極表面狀態的影響導電微粒的影響面積效應49均勻電場中六氟化硫的擊穿小結1：49稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿電子崩轉變為流注的條件即為間隙擊穿的條件。實際設備中，電場不可能完全均勻，而極不均勻電場又使SF6的優越性不能充分發揮。因此設計SF6氣體絕緣的電氣設備時，應盡量采用稍不均勻電場結構。同軸圓柱或同心圓球（半球）50稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿電子崩轉變為流注的條件即為間隙擊稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿條件：同軸圓柱電極，r=1cm,R/r=e,p=0.1MPa,施加電壓U，電極表面光滑51稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿條件：同軸圓柱電極，r=1cm,稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿Ex=U/(xIn(R/r))=U/x

=27.7(Ex-85.5)=27.7(U/x)-2451當≥0，即在x≦U/Ecrit=x0區域內，電子崩可不斷發展，若電子崩能轉化成流注，則間隙擊穿，此時存在臨界電子崩長度XcXc=Xo-r52稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿Ex=U/(xIn(R/r稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿通過試算法可求得擊穿電壓Ub=99.5kV53稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿通過試算法可求得擊穿電壓Ub=9稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著間隙距離的增加，擊穿電壓的增加出現飽和現象。這是因為隨著間隙距離的增加，電場的不均勻程度增加，擊穿電壓的增加越來越慢的緣故。54稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著間隙距離的增加，擊穿電壓的增稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿稍不均勻電場中，根據經驗公式：不均勻度f=Emaxd/U,U為外施電壓,f與電場分布中的最大場強Emax成正比。擊穿電壓Ub=E0d/f,f越小，Ub越大（E0為臨界擊穿場強）。在稍不均勻電場中，應在可能的情況下盡量降低最大場強，來提高擊穿電壓。為降低最大場強，經常采用的數據是：對同軸圓柱結構，R=3r；對同心圓球結構，R=2.2r。55稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿稍不均勻電場中，根據經驗公式：不稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿小結2實際中，一般采用稍不均勻場的電極布置結構，例如同軸圓柱或同心圓球（半球）。為降低最大場強，經常采用的數據是：對同軸圓柱結構，R=3r；對同心圓球結構，R=2.2r。56稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿小結256極不均勻場中六氟化硫的擊穿與均勻電場中的擊穿電壓相比，SF6氣體在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣大。當電極曲率半徑小、氣壓低的時候，尖電極在SF6中的局部放電起始電壓約為在空氣中的2倍，只有當尖電極的曲率半徑加大才增加到3倍左右57極不均勻場中六氟化硫的擊穿與均勻電場中的擊穿電壓相比，SF6極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻電場中SF6的擊穿電壓與空氣相比，提高得不會很多。1.SF6氣體中有效電離系數隨電場強度而增加的速率比空氣的大，約為空氣的幾十倍。這就縮小了極不均勻電場中的SF6和空氣的Uc的差值。2.SF6氣體電離后在高氣壓下不容易形成能改善電極附近電場分布的均勻空間電荷層（氣壓提高時空間電荷擴散得較慢，屏蔽作用減弱）。58極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻電場中SF6的擊穿電壓與空極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻場，隨著間隙距離增加，擊穿電壓的增加有飽和現象，由于曲率較大的電極處局部放電產生的空間電荷的影響，SF6的正極性擊穿電壓比負極性的低。59極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻場，隨著間隙距離增加，擊穿極不均勻場中六氟化硫的擊穿壓力增大時，負極性擊穿電壓低于正極性擊穿電壓，這可能和高氣壓下球電極附近不易形成空間電荷層有關60極不均勻場中六氟化硫的擊穿壓力增大時，負極性擊穿電壓低于正極六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性放電時延SF6氣體中，由于分子對電子的強烈吸附作用而減少了有效電子出現的概率，與空氣相比，其統計時延的分散性大，平均統計時延也長。61六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性放電時延61六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性伏秒特性負極性擊穿電壓低于正極性負極性放電時延分散性較小氣壓越高，放電分散性越大td在2~4μs時，曲線開始上翹62六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性伏秒特性負極性擊穿電壓低于正極性6六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性沖擊系數負極性操作沖擊電壓的沖擊系數較小SF6電氣設備的絕緣尺寸取決于雷電沖擊實驗電壓63六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性沖擊系數負極性操作沖擊電壓的沖擊系六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性沖擊系數與電極尺寸，電壓波形以及電場均勻程度有關64六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性沖擊系數與電極尺寸，電壓波形以及電六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性小結31.與空氣相比，統計時延的分散性大2.實際中多采用稍不均勻場操作沖擊擊穿電壓與工頻擊穿電壓基本相同。3.操作沖擊的擊穿電壓低于雷電沖擊的擊穿電壓。4.負極性擊穿電壓低于正極性；負極性放電時延分散性較小；氣壓越高，放電分散性越大。65六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性小結365六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電電場不均勻程度對閃絡電壓的影響值小，閃絡電壓將下降66六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電電場不均勻程度對閃絡電壓的影六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電設計SF6電力設備中的絕緣子時，應注意固體介質的外形結構，不致因值的下降而影響閃絡電壓，制造絕緣子的材料，以介電常數較小的為宜。67六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電設計SF6電力設備中的絕緣子六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電固體介質表面粗糙度對閃絡電壓的影響電極附近的介質表面粗糙，才使得沿面閃絡電壓降低。68六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電固體介質表面粗糙度對閃絡電壓六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電固體介質表面狀況對閃絡電壓的影響固體電介質表面臟污、受潮，則閃絡電壓也會明顯下降69六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電固體介質表面狀況對閃絡電壓的六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電小結4：電場不均勻程度對閃絡電壓的影響固體介質表面粗糙度對閃絡電壓的影響固體介質表面狀況對閃絡電壓的影響70六氟化硫氣體沿固體介質表面的放電小結4：70含六氟化硫的混合氣體將SF6氣體與價格較低的空氣、氮氣（N2）、二氧化碳（CO2）等氣體混合，其介電強度雖比純SF6氣體低，但只要混合比例合適，介電強度的下降并不很大。用這些含SF6的混合氣體來制造需用氣體量大的電氣設備（如SF6電纜），在經濟上是合算的。71含六氟化硫的混合氣體將SF6氣體與價格較低的空氣、氮氣（N2含六氟化硫的混合氣體當SF6含量下降到只占50%時，混合氣體的Ub只比純SF6氣體的略有下降。即使SF6含量降到只占10%，混合氣體Ub的下降也不超過30%。由于N2-SF6混合氣體可應用于比相同壓力純SF6氣體更低的溫度下，因此在工業上很有應用價值。72含六氟化硫的混合氣體當SF6含量下降到只占50%時，混合氣體含六氟化硫的混合氣體當SF6含量降到40%時，混合氣體的（E/p）c比純SF6下降20%，仍為空氣的3倍左右73含六氟化硫的混合氣體當SF6含量降到40%時，混合氣體的（E含六氟化硫的混合氣體根據相關資料，一般N2-SF6的混合比為50%-50%時比較理想。74含六氟化硫的混合氣體根據相關資料，一般N2-SF6的混合比為含六氟化硫的混合氣體工頻電壓下，三種氣體的擊穿電壓無顯著區別。75含六氟化硫的混合氣體工頻電壓下，三種氣體的擊穿電壓無顯著區別含六氟化硫的混合氣體負極性操作沖擊電壓下，N2-SF6混合氣體的擊穿電壓稍低。76含六氟化硫的混合氣體負極性操作沖擊電壓下，N2-SF6混合氣含六氟化硫的混合氣體負極性雷電沖擊電壓下，CO2-SF6混合氣體的擊穿電壓稍低。77含六氟化硫的混合氣體負極性雷電沖擊電壓下，CO2-SF6混含六氟化硫的混合氣體為提高擊穿性能，一般希望氣體的（ph）crit值較大（即對電極表面突出物的敏感程度較低），（E/P）crit值較大（即耐壓水平較高）78含六氟化硫的混合氣體為提高擊穿性能，一般希望氣體的（ph）c含六氟化硫的混合氣體C3F6的（E/P）crit值隨氣壓P的增大而增大，而SF6氣體的（E/P）crit值不隨氣壓P變化。79含六氟化硫的混合氣體C3F6的（E/P）crit值隨氣壓P的含六氟化硫的混合氣體C3F6（E/P）crit值隨P遞增，所以其Ub值與P不成線性關系80含六氟化硫的混合氣體C3F6（E/P）crit值隨P遞增，所含六氟化硫的混合氣體SF6-C3F6混合氣體在均勻電場中的Eb/p不僅比SF6的高，而且當P不超過0.3MPa時，其Eb/p還可能比C3F6的高。C3F6具有中等毒性81含六氟化硫的混合氣體SF6-C3F6混合氣體在均勻電場中的E謝謝82謝謝82六氟化硫氣體絕緣六氟化硫氣體絕緣目錄SF6氣體絕緣的應用及其理化特點均勻及稍不均勻電場中SF6的擊穿特性極不均勻電場中SF6的擊穿特性SF6氣體的沖擊擊穿特性SF6氣體中沿固體介質表面的放電含SF6的混合氣體84目錄SF6氣體絕緣的應用及其理化特點2SF6氣體絕緣的應用及其理化特點發展歷程1940年之后作為絕緣氣體被使用于核物理高壓研究裝置50年代末起，用作斷路器的內部絕緣和滅弧介質1965年已出現了SF6金屬封閉開關設備（GIS）現在電纜、電流互感器、電壓互感器、套管、電力變壓器、避雷器和試驗變壓器等設備中85SF6氣體絕緣的應用及其理化特點發展歷程3SF6氣體絕緣的應用及其理化特點絕緣結構SF6氣體間隙絕緣這是設備中主要的絕緣結構，要求電場盡可能均勻。可采用同軸圓柱結構．導體拐彎部分應制成圓弧形86SF6氣體絕緣的應用及其理化特點絕緣結構4SF6氣體絕緣的應用及其理化特點87SF6氣體絕緣的應用及其理化特點5SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6—固體介質分界面絕緣要注意固體介質對電場的影響，以及固體介質表面狀況對沿面放電過程的影響。88SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6—固體介質分界面絕緣6SF6氣體絕緣的應用及其理化特點89SF6氣體絕緣的應用及其理化特點7SF6氣體絕緣的應用及其理化特點出線絕緣這是指SF6電力設備高壓引出線的絕緣。高壓導體與接地外殼之間采用SF6為主要絕緣，并用瓷套將SF6與其它介質(如空氣、油)隔離。90SF6氣體絕緣的應用及其理化特點出線絕緣8SF6氣體絕緣的應用及其理化特點91SF6氣體絕緣的應用及其理化特點9SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6-薄膜組合絕緣應用于SF6變壓器和互感器中，作為導體的匝間和層間絕緣92SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6-薄膜組合絕緣10SF6氣體絕緣的應用及其理化特點高壓配電裝置的類型空氣絕緣的敞開式開關設備(AIS)氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)混合技術開關設備(MTS)敞開式組合電器復合式GIS(HybridGasInsulatedSwitchgear)93SF6氣體絕緣的應用及其理化特點高壓配電裝置的類型11SF6氣體絕緣的應用及其理化特點空氣絕緣的敞開式開關設備(AIS)AIS以優化投資成本為特征空氣絕緣的敞開式開關設備(AIS)以瓷套作為設備外殼及外絕緣,優化了投資成本。但占地面積大旦因設備外露部件多,易受氣候環境條件的影響,不利于系統的安全及可靠運行。94SF6氣體絕緣的應用及其理化特點空氣絕緣的敞開式開關設備(ASF6氣體絕緣的應用及其理化特點95SF6氣體絕緣的應用及其理化特點13SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6金屬封閉開關設備（即GIS）（GasInsulatedSwitchgear)簡稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一切設備，包括斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等，經優化設計有機地組合成一個整體。96SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6金屬封閉開關設備（即GSF6氣體絕緣的應用及其理化特點實踐證明，GIS運行安全可靠、配置靈活、環境適應能力強、檢修周期長、安裝方便。GIS不僅在高壓、超高壓領域被廣泛應用，而且在特高壓領域變電站也被使用，在我國，63～500kV電力系統中，GIS的應用已相當廣泛97SF6氣體絕緣的應用及其理化特點實踐證明，GIS運行安全可靠SF6氣體絕緣的應用及其理化特點98SF6氣體絕緣的應用及其理化特點16SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站優點：1.占地小。2.不受環境條件和環境污染的影響。3.使運行人員不受電場和磁場的影響。4.安裝工作量小。99SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站優點：17SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS設備缺點：1.造價高2.故障停電范圍廣、修復時間長、查找故障點困難3.擴建設備與原有設備的參數要嚴格配合且施工干擾大100SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS設備缺點：18SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站設計應注意的問題：１主接線設計和氣室劃分應充分考慮擴建和故障檢修的靈活性（單元化，相互獨立的氣室有利于防止事故范圍擴大）２戶內通風裝置設計應防止氣體泄漏造成窒息事故101SF6氣體絕緣的應用及其理化特點GIS變電站設計應注意的問題SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)復合式GIS(H-GIS)是三相空氣絕緣且不帶母線的單相GIS。基本型號為ZHW，國內將H-GIS亦稱為準GIS,簡化GIS等。102SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)2SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS的優勢(1)MTS開關設備完全解決了戶外隔離開關運行可靠性問題。同時由于各元件組合,大大減少了對地絕緣套管和支柱數(僅為常規設備的30~50％)。這也減少了絕緣支柱因污染造成對地閃絡的概率,有助于提高運行的可靠性103SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS的優勢21SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(2)由于元件組合,縮短了設備間接線距離,節省了各設備的布置尺寸。相對于傳統的AIS,大大縮小了高壓設備縱向布置尺寸,減少占地面積達40~60％104SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(2)由于元件組合,縮短了設SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(3)由于采用在制造廠預制式整體組裝調試、模塊化整體運輸和現場施工安裝的方式,現場施工安裝更為簡單、方便。同時減少了變電站支架、鋼材需用量。又由于基礎小,工程量少,混凝土用量少,大大減少了基礎工作和費用開支105SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(3)由于采用在制造廠預制式SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(4)由于MTS模塊化,非常靈活,特別適用于老式變電站的改造。MTS正是適應歐洲50年代和60年代老電站需要改造而興起。MTS減少了老變電站升級改造的施工難度和投資規模,同時提高了可靠性。106SF6氣體絕緣的應用及其理化特點(4)由于MTS模塊化,非常SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)目前發展狀況目前國內三家大型企業(西開電氣、平高集團和新沈高)正在積極研制1100kVGIS和H-GIS(MTS)。107SF6氣體絕緣的應用及其理化特點混合技術開關設備(MTS)目SF6氣體絕緣的應用及其理化特點根據廣東的經驗,H-GIS相比GIS具有明顯的價格優勢。如550kV一間隔設備費用約為720萬美元(2002年到岸價),而H-GIS一間隔約為183萬美元(橫瀝站2002年DDV價),約為GIS價格的1/4,同時GIS擴建麻煩,而H-GIS不帶母線,分相布置,當一相斷路器需維護或擴建時,只需斷開與三相母線的連接線,因此H-GIS相比GIS占有價格低和擴建維修的優勢。108SF6氣體絕緣的應用及其理化特點根據廣東的經驗,H-GIS相SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS綜合費用比AIS雖貴些,但它的技術經濟指標優越,特別減少了套管數量(約為AIS的50％),支柱絕緣子數(約為其20％),設備支架數(為其20%),占地面積(為其60％),安裝工作量(為其50％),維護工作量(為其20％)等。

109SF6氣體絕緣的應用及其理化特點H-GIS綜合費用比AIS雖SF6氣體絕緣的應用及其理化特點110SF6氣體絕緣的應用及其理化特點28SF6氣體絕緣的應用及其理化特點111SF6氣體絕緣的應用及其理化特點29SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6的物理化學特性無色、無味，具有的氣體較高的電氣強度，優良的滅弧性能，良好的冷卻特性，不可燃。SF6氣體的缺點是：放電時SF6會發生分解形成硫的低氟化物。這些產物有毒，并能腐蝕許多絕緣材料和導電材料，在較高的壓力下，SF6會液化。112SF6氣體絕緣的應用及其理化特點SF6的物理化學特性30SF6氣體絕緣的應用及其理化特點分子量較大，（復合性強）較高壓力下易液化，SF6絕緣通常使用范圍（-40℃≤溫度≤80℃，壓力<0.8MPa）內，溫度低于-18℃時，需考慮SF6氣體的液化問題。113SF6氣體絕緣的應用及其理化特點分子量較大，（復合性強）較高SF6氣體絕緣的應用及其理化特點114SF6氣體絕緣的應用及其理化特點32均勻電場中六氟化硫的擊穿SF6電氣強度高的原因

(1)氟是鹵族元素中電負性最強，因此SF6分子具有很強的電負性，容易吸附電子形成負離子，阻礙放電的形成和發展。

(2)SF6分子的直徑大，電子在SF6氣體中的平均自由行程短(約為0.22um)。而SF6的電離電位又大。因此減小了電子碰撞電離的可能性。115均勻電場中六氟化硫的擊穿SF6電氣強度高的原因33均勻電場中六氟化硫的擊穿

(3)電子與SF6氣體分子相遇時，還會因極化等過程增加能量損失，減弱其碰撞電離能力。116均勻電場中六氟化硫的擊穿(3)電子與SF6氣體分子相遇時，均勻電場中六氟化硫的擊穿電子電離系數和附著系數電離系數α、附著系數η、有效電離系數117均勻電場中六氟化硫的擊穿電子電離系數和附著系數電離系數α、附均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF6,僅當E/p大于臨界值(E/p)c＝885kv/cm·MPa時放電才有可能發展;而對于空氣,其(E/p)c=244kv/cm·Mpa，由此可知，均勻電場中SF6的電氣強度約為空氣的3倍。118均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF6,僅當E/p大于臨界值(E均勻電場中六氟化硫的擊穿自持放電條件當崩頭電子數達到放電由非自持轉入自持階段。119均勻電場中六氟化硫的擊穿自持放電條件37均勻電場中六氟化硫的擊穿120均勻電場中六氟化硫的擊穿38均勻電場中六氟化硫的擊穿對于不同的間隙，當壓力不太大時，相同pd值時的擊穿電壓值落在同一條曲線上；隨著壓力的增大，擊穿電壓值偏離上述曲線；間隙距離d越小，開始出現偏離的pd值也越小。這種現象可能是電極表面粗糙和氣體中有雜質等原因造成的。121均勻電場中六氟化硫的擊穿對于不同的間隙，當壓力不太大時，相同均勻電場中六氟化硫的擊穿電極表面狀態的影響122均勻電場中六氟化硫的擊穿電極表面狀態的影響40均勻電場中六氟化硫的擊穿擊穿條件123均勻電場中六氟化硫的擊穿擊穿條件41均勻電場中六氟化硫的擊穿當SF6氣體的壓力較低時，(值較大。這時電子崩將延伸至整個間隙(Xc＝d-h)，且間隙內各處場強與氣壓之比應較高，積分式的值達到

而發生擊穿。因此p較低時，Eb/P大于（E/P）crit124均勻電場中六氟化硫的擊穿當SF6氣體的壓力較低時，(均勻電場中六氟化硫的擊穿當壓力p較高時，值較小，電子崩長度較小的情況下，即發生擊穿，Eb/P小于（E/P）crit125均勻電場中六氟化硫的擊穿當壓力p較高時，值較小，均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF6126均勻電場中六氟化硫的擊穿對于SF644均勻電場中六氟化硫的擊穿以（ph）crit表示（K/β)/(E/P)crit，當ph>(ph)crit時，突出物即會產生影響而使Eb/p小于（E/P）crit，即在高壓下，即使是一個很微小的突出物，也會對擊穿電壓產生很大影響，使Ub值降低。127均勻電場中六氟化硫的擊穿以（ph）crit表示（K/β)/(均勻電場中六氟化硫的擊穿導電微粒的影響SF6氣體對于灰塵和導電微粒十分敏感。1.形成突出物，造成電場局部強化。2.交流場中，導電微粒在某一極充電，然后在極性相反的電極上產生微弱放電，并導致整個間隙擊穿；沖擊電壓作用下，微粒來不及移動，影響很小。128均勻電場中六氟化硫的擊穿導電微粒的影響46均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著球形微粒直徑的增加，擊穿電壓逐步下降。129均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著球形微粒直徑的增加，擊穿電壓逐步均勻電場中六氟化硫的擊穿面積效應隨著電極面積增大，擊穿電壓下降的現象稱為面積效應。電極表面越光滑，氣壓越高，面積效應也越大。沖擊電壓下，因電壓作用時間較短，影響擊穿電壓的偶然因素出現的概率減少，所以面積效應也較工頻電壓下弱。130均勻電場中六氟化硫的擊穿面積效應48均勻電場中六氟化硫的擊穿小結1：理想環境下Ub與pd成線性關系。隨著P的增大，巴申曲線會出現偏移。電極表面狀態的影響導電微粒的影響面積效應131均勻電場中六氟化硫的擊穿小結1：49稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿電子崩轉變為流注的條件即為間隙擊穿的條件。實際設備中，電場不可能完全均勻，而極不均勻電場又使SF6的優越性不能充分發揮。因此設計SF6氣體絕緣的電氣設備時，應盡量采用稍不均勻電場結構。同軸圓柱或同心圓球（半球）132稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿電子崩轉變為流注的條件即為間隙擊稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿條件：同軸圓柱電極，r=1cm,R/r=e,p=0.1MPa,施加電壓U，電極表面光滑133稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿條件：同軸圓柱電極，r=1cm,稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿Ex=U/(xIn(R/r))=U/x

=27.7(Ex-85.5)=27.7(U/x)-2451當≥0，即在x≦U/Ecrit=x0區域內，電子崩可不斷發展，若電子崩能轉化成流注，則間隙擊穿，此時存在臨界電子崩長度XcXc=Xo-r134稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿Ex=U/(xIn(R/r稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿通過試算法可求得擊穿電壓Ub=99.5kV135稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿通過試算法可求得擊穿電壓Ub=9稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著間隙距離的增加，擊穿電壓的增加出現飽和現象。這是因為隨著間隙距離的增加，電場的不均勻程度增加，擊穿電壓的增加越來越慢的緣故。136稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿隨著間隙距離的增加，擊穿電壓的增稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿稍不均勻電場中，根據經驗公式：不均勻度f=Emaxd/U,U為外施電壓,f與電場分布中的最大場強Emax成正比。擊穿電壓Ub=E0d/f,f越小，Ub越大（E0為臨界擊穿場強）。在稍不均勻電場中，應在可能的情況下盡量降低最大場強，來提高擊穿電壓。為降低最大場強，經常采用的數據是：對同軸圓柱結構，R=3r；對同心圓球結構，R=2.2r。137稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿稍不均勻電場中，根據經驗公式：不稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿小結2實際中，一般采用稍不均勻場的電極布置結構，例如同軸圓柱或同心圓球（半球）。為降低最大場強，經常采用的數據是：對同軸圓柱結構，R=3r；對同心圓球結構，R=2.2r。138稍不均勻電場中六氟化硫的擊穿小結256極不均勻場中六氟化硫的擊穿與均勻電場中的擊穿電壓相比，SF6氣體在極不均勻電場中擊穿電壓下降的程度比空氣大。當電極曲率半徑小、氣壓低的時候，尖電極在SF6中的局部放電起始電壓約為在空氣中的2倍，只有當尖電極的曲率半徑加大才增加到3倍左右139極不均勻場中六氟化硫的擊穿與均勻電場中的擊穿電壓相比，SF6極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻電場中SF6的擊穿電壓與空氣相比，提高得不會很多。1.SF6氣體中有效電離系數隨電場強度而增加的速率比空氣的大，約為空氣的幾十倍。這就縮小了極不均勻電場中的SF6和空氣的Uc的差值。2.SF6氣體電離后在高氣壓下不容易形成能改善電極附近電場分布的均勻空間電荷層（氣壓提高時空間電荷擴散得較慢，屏蔽作用減弱）。140極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻電場中SF6的擊穿電壓與空極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻場，隨著間隙距離增加，擊穿電壓的增加有飽和現象，由于曲率較大的電極處局部放電產生的空間電荷的影響，SF6的正極性擊穿電壓比負極性的低。141極不均勻場中六氟化硫的擊穿極不均勻場，隨著間隙距離增加，擊穿極不均勻場中六氟化硫的擊穿壓力增大時，負極性擊穿電壓低于正極性擊穿電壓，這可能和高氣壓下球電極附近不易形成空間電荷層有關142極不均勻場中六氟化硫的擊穿壓力增大時，負極性擊穿電壓低于正極六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性放電時延SF6氣體中，由于分子對電子的強烈吸附作用而減少了有效電子出現的概率，與空氣相比，其統計時延的分散性大，平均統計時延也長。143六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性放電時延61六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性伏秒特性負極性擊穿電壓低于正極性負極性放電時延分散性較小氣壓越高，放電分散性越大td在2~4μs時，曲線開始上翹144六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性伏秒特性負極性擊穿電壓低于正極性6六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性沖擊系數負極性操作沖擊電壓的沖擊系數較小SF6電氣設備的絕緣尺寸取決于雷電沖擊實驗電壓145六氟化硫氣體的沖擊擊穿特性沖擊系數負極性操作沖擊電壓的沖擊系六氟化硫氣體的沖