一種混合氣體絕緣介質的製作方法
2023-12-07 01:51:06
專利名稱：一種混合氣體絕緣介質的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可替代六氟化硫用於高壓電力設備的混合氣體絕緣介質。
背景技術：
SF6氣體具有良好的絕緣能力、滅弧能力、化學穩定性及無毒性，因而被廣泛的應 用於氣體絕緣設備中，如氣體絕緣變壓器、氣體絕緣斷路器、氣體絕緣輸電管道等。但是， 純SF6氣體對電場不均勻性非常敏感，對設備加工要求高；而且SF6氣體的放電分解物，如 SO2F2, SOF2, SF4, SF2, H2S, SOF4等，均為劇毒物質，對人員健康威脅很大；另外，SF6氣體的溫 室效應非常大，它的全球溫暖化潛能值(GWP)大約是CO2氣體的23900倍，且在大氣中壽命 約3200年，因此聯合國氣候變化公約締約方在1997年籤訂的《京都議定書》中，將SF6氣體 列為六種限制性使用的溫室氣體之一。因此科研人員進行了大量的研究，希望尋找到能夠 替代SF6氣體用於電氣設備的新介質。目前來看，用單一氣體來代替SF6氣體是十分困難的。所以，人們嘗試使用混合氣 體來代替純SF6氣體。目前已有使用SF6Z^2混合氣體或SF6AD2混合氣體替代純SF6氣體 的報導，如在瑞士日內瓦機場線路改造時，使用充入了 20% SF6/80%N2混合氣體的氣體絕 緣輸電管道代替原有的架空線。使用含SF6的混合氣體有以下優點降低對電極表面缺陷 敏感度，降低氣體液化溫度，降低成本，因此具有較好的應用前景，特別是SF6含量在20% 40%的SF6/N2混合氣體。但是，使用含SF6的混合氣體不能從根本上解決SF6氣體的溫室效應及其分解產物 中含有的劇毒物質對人身的威脅。因此，有必要尋找不含SF6的混合氣體用於高壓電力設 備。在02103455. 9中公開了 「一種氣體絕緣變壓器」，該專利使用全球溫暖化係數等 於或小於1的惰性氣體作為絕緣介質，雖然環保效果大大提高，但是惰性氣體絕緣性能遠 低於SF6,使得電力設備體積增大，生產費用增高。在200610084702. 8中公開了一種「環保型氣體絕緣組合電器」，該專利使用乾燥 低壓空氣作為絕緣介質，減少了對環境的危害，但由於空氣的絕緣能力較差，因此該專利主 要適用於12kV以下的電力設備。在200710001562. 8中公開了一種「氣體絕緣電氣設備」，該專利使用容積比超過 40%的CF3I與其他非SF6氣體混合組成絕緣介質，減少對環境的影響，但是CF3I穩定性較 差，易分解，因此需要增加吸附劑且增加檢修次數，使得運行費用增加。
發明內容
本發明的目的在於提供一種環保效果好、絕緣性能好，可替代SF6氣體用於高壓電 力設備的混合氣體絕緣介質。本發明所提供的混合氣體絕緣介質的組分為八氟環丁烷15% 20% (體積百分 比)與氮氣80% 85% (體積百分比)。
本發明所提供的混合氣體絕緣介質中，組分八氟環丁烷，化學分子式為C4F8，分子 量200.0，沸點-8°C，無毒，無臭氧危害，溫暖化潛能值為8900，約為SF6氣體的37 %，相同 氣壓下局部放電起始電壓約為SF6的1. 2 1. 4倍。該組分在600°C過熱條件下的分解產 物主要有C2F4，C3F6，1，3-C4F6，C-C4F6，2-C4F8，在電弧作用下的主要分解產物有C2F4，C3F6,1, 3-C4F6，C-C4F6，2-C4F8，C2F6，C3F8，這些分解產物均屬於無毒或低毒物質。本發明所提供的混合氣體絕緣介質中，組分氮氣為緩衝氣體，主要作用為降低混 合氣體的沸點。本發明混合氣體的沸點在-20°C以下，可滿足多數地區冬季的使用要求。本發明所提供的混合氣體絕緣介質，很好的滿足了環保、人身安全等方面的要求， 與目前高壓電力設備主要使用的氣體絕緣介質SF6相比，有如下優點1、環保性能好。本項發明所提供的混合氣體整體溫暖化潛能值低於2000，不到SF6 氣體溫暖化潛能值的10%，可很好的改善SF6氣體對環境造成的溫室效應。2、人身危害低。本項發明所提供的混合氣體在電力設備運行狀態下的主要分解產 物均為無毒或低毒物質，不像SF6氣體的分解產物多數屬於劇毒物質，如處理不當將會對人 身安全造成威脅。
圖1為純C4F8氣體與SF6氣體局放起始電壓隨氣壓變化曲線；圖2為C4F8/N2混合氣體的液化溫度Tmb與混合比k的關係曲線；圖3為20mm電極距離時，C4F8/N2混合氣體局放起始電壓隨氣壓變化曲線；圖4為30mm電極距離時，C4F8/N2混合氣體局放起始電壓隨氣壓變化曲線。
具體實施例方式下面說明構成本發明混合氣體的主要成分的含量限定原因。首先，組分八氟環丁烷，化學分子式為C4F8，分子量200. 0，沸點_8°C，無毒，無臭氧 危害，溫暖化潛能值為8900，約為SF6氣體的37%，相同氣壓下局部放電起始電壓約為SF6 的1. 2 1. 4倍，如圖1實驗結果所示。C4F8在600°C過熱條件下的分解產物主要有C2F4， C3F6，1，3-C4F6，C-C4F6，2-C4F8，在電弧作用下的主要分解產物有 C2F4，C3F6，1，3_C4F6，C-C4F6， 2-C4F8，C2F6，C3F8，這些分解產物均屬於無毒或低毒物質。因此，C4F8是較理想的環保、低危 害絕緣介質，缺點就是它的液化溫度較高，在寒冷地區及冬季不適用。其次，為了改善C4F8氣體的液化溫度，在其中加入N2作為緩衝氣體。電力設備一 般要求在-20°C能正常運行，同時電力設備中的氣體絕緣介質一般以0. 4 0. 5MPa的狀態 存在，因此要求混合氣體在0. 4 0. 5MPa的狀態下，其液化溫度低於_20°C。圖2給出了 C4F8/N2混合氣體在0. 4MPa和0. 5MPa狀態下，混合氣體液化溫度隨C4F8氣體含量的變化曲 線。由圖2可以看出，0. 4MPa狀態下，當混合氣體中C4F8氣體的含量超過20%時，混合氣體 的液化溫度將高於-20°C ；0. 5MPa狀態下，當混合氣體中C4F8氣體的含量超過15%時，混合 氣體的液化溫度將高於-20°C。因此，從混合氣體液化溫度的角度看，混合氣體中C4F8的含 量不宜超過20%。第三，作為絕緣介質，混合氣體的絕緣性能也需要達到一定要求，否則將造成電力 設備尺寸大，材料消耗高，生產成本高。圖4和圖5分別給出了 C4F8氣體含量在20%以下，電極距離分別為20mm和30mm，氣體氣壓在0. 1 0. 4MPa時，C4F8/N2混合氣體的局部放電 起始電壓試驗結果。由圖中結果可以看到，氣體氣壓在0. 4MPa時，C4F8含量在15 % 20 % 的混合氣體局放起始電壓在20mm電極距離下為22kV，30mm電極距離下為^kV,大約是相 同條件下SF6氣體局放起始電壓的70%，與SF6含量在20%的SF6Z^2混合氣體局放性能一 致。因此，使用C4F8氣體含量在15% 20%的混合氣體作為電力設備的絕緣介質，只需略 微增大電力設備的絕緣距離，即可滿足絕緣要求，不會使生產成本有較大增長。如果混合氣 體中C4F8含量低於15%，將使混合氣體的絕緣性能下降較多，從而使電力設備需要較大的 絕緣距離，從而消耗更多的材料。因此，要求混合氣體中C4F8含量在15% 20%。下面結合附圖、實施例和比較例對本發明做進一步說明，但本發明不限於這些例 子。實施例1
的混合氣體；實施例2 的混合氣體；實施例3 的混合氣體；實施例4 的混合氣體；實施例5 的混合氣體；實施例6 的混合氣體；對比例SF6含量為20% (體積百分比)與N2含量為80% (體積百分比)構成的 混合氣體；實施例1、2和對比例的組成及相關性質見下表
權利要求
1. 一種混合氣體絕緣介質，其特徵為所述混合氣體絕緣介質組分的體積百分比為 15% 20%的八氟環丁烷、80% 85%的氮氣。
全文摘要
一種混合氣體絕緣介質，其組分的體積百分比為15％～20％的八氟環丁烷，80％～85％的氮氣。所述的混合氣體絕緣介質可替代六氟化硫作為新一代氣體絕緣介質，廣泛應用於氣體絕緣變壓器、氣體絕緣組合電器、氣體絕緣輸電管道等高壓電力設備。
文檔編號H01B3/16GK102136311SQ20101054013
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者張國強, 李康, 牛文豪, 王新, 邢衛軍 申請人:中國科學院電工研究所