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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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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
度比空气大。
当电极曲率半径小、
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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
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
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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。
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。
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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 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,
其
(E/p)c=244kv/cm
·Mpa，由此可知，
均匀电场中SF6的
电气强度约为空
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）
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
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
• 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
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。
• 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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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。
• 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。
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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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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。
• 敞开式组合电器 • 复合式GIS (Hybrid Gas Insulated Switchgear)