不同电场均匀度下CF3I/N2混合气体工频击穿特性试验研究

摘要

科研人员一直致力于寻找一种可以替代 SF6的环境友好气体，近年来，CF3I及其混合气体被认为是最有潜力替代SF6的绝缘气体。国外学者对CF3I及其混合气体的击穿性能的研究总体还不够全面，研究主要集中在纯CF3I及常压下混合气体方面，对考虑多影响因素的CF3I及其混合气体的工频击穿特性还缺乏系统的研究。
　　本文针对试验室现有气体绝缘性能试验装置的不足，对试验装置进行了重新设计，装置采用外罐中嵌套内罐的方式，提高了试验的可行性和精确性，设计了针-板、半球头棒-板、球-球三种电极模型，分别模拟极不均匀电场、稍不均匀电场和准均匀电场。通过工频击穿试验系统地分析了压强、混合比、电场利用系数等因素对CF3I/N2混合气体工频击穿性能的影响，并与SF6/N2混合气体进行对比分析，结果表明：纯CF3I具有优良的自恢复绝缘性能，纯CF3I对电场的敏感度高于SF6气体，CF3I在极不均匀电场、稍不均匀电场、准均匀电场下的工频击穿强度分别达到了SF6的0.76、0.93、1.04倍，而CF3I/N2在三种电场下的工频击穿强度分别达到了SF6/N2的0.88、0.93、0.97倍，电场越均匀，CF3I/N2相对SF6/N2混合气体的工频击穿特性越优异；总体而言，CF3I/N2相对SF6的工频击穿强度P值都随气压和CF3I体积分数的增加而增加，气压0.3MPa时，CF3I体积分数为50％的CF3I/N2工频击穿性能与同气压的纯SF6相当，从工频击穿性能的角度，高CF3I体积分数、高气压的CF3I/N2具有更大的应用潜力。
　　本文提出使用协同效应指数 C值判定混合气体协同效应类型及协同效应强弱的定量分析方法，CF3I/N2在极不均匀电场下总体呈正协同效应，协同效应明显优于C值为0.27的SF6/N2，弥补了纯CF3I在极不均匀电场下绝缘性能弱于SF6的劣势，使得CF3I/N2混合气体比纯CF3I更具有应用价值。CF3I/N2混合气体在稍不均匀电场、准均匀电场下的协同效应指数分别为0.22、0.34，均表现为协同效应，稍弱于C值为0.20、0.22的SF6/N2，随着电场利用系数的增加，CF3I/N2混合气体的协同效应减弱。从液化温度的角度对CF3I体积分数进行定量分析，CF3I体积分数不超过50%的CF3I/N2混合气体都具有一定的应用价值。
　　对CF3I、SF6及其与N2混合气体的相关性能进行比较，综合考虑工频击穿特性、液化温度、温室效应等因素，可以考虑在特定环境中使用 CF3I体积分数20%~50%的CF3I/N2混合气体作为SF6的替代气体。

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1 绪 论

1.1 SF6气体的基本性质

1.2 SF6替代气体的研究意义

1.3 SF6替代气体应具备的性质

1.4 SF6替代气体的研究现状

1.5 本文主要研究内容及思路

2 试验平台的构建

2.1 气体绝缘性能试验装置的改进设计

2.2 电极模型的构建

2.3 试验接线图

2.4 试验方法及数据记录

2.5 本章小结

3 CF3I/N2混合气体的工频击穿特性

3.1 极不均匀电场下CF3I/N2混合气体的工频击穿特性

3.2 稍不均匀电场下CF3I/N2混合气体的工频击穿特性

3.3 准均匀电场下CF3I/N2混合气体的工频击穿特性

3.4 不同电场CF3I/N2和SF6/N2的工频击穿电压随气压的变化

3.5 电场均匀度对CF3I/N2和SF6/N2的工频击穿电压的影响

3.6 本章小结

4 CF3I/N2的协同效应及替代SF6气体的可行性分析

4.1 CF3I/N2混合气体工频击穿电压的协同效应

4.2 CF3I/N2混合气体的自恢复绝缘性能

4.3 CF3I/N2混合气体替代SF6气体的可行性分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研课题：