詳談六氟化硫氣體的絕緣特性

    六氟化硫氣體的絕緣性

    1.氟原子的高負(fù)電性與六氟化硫優(yōu)異的電氣性能

    電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備中常用氣體作為絕緣介質(zhì)。氣體在正常狀態(tài)下是良好的絕緣介質(zhì)。但當(dāng)電極間電壓超過(guò)一定臨界值時(shí)，氣體介質(zhì)會(huì)突然失去絕緣能力而發(fā)生放電現(xiàn)象。此現(xiàn)象稱為擊穿，可以表現(xiàn)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(huì)擊穿而產(chǎn)生火花放電通道，是由于在強(qiáng)電場(chǎng)下產(chǎn)生了強(qiáng)烈的游離，并發(fā)展到自持放電的結(jié)果。氣體放電的過(guò)程實(shí)際上是游離復(fù)合的過(guò)程。

    六氟化硫氣體是一種高電氣強(qiáng)度的氣體介質(zhì)。在均勻電場(chǎng)下它的電氣強(qiáng)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(qiáng)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(fù)電性所決定的。由于氣體擊穿遵循碰撞游離的規(guī)律。六氟化硫氣體在強(qiáng)電場(chǎng)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(jié)構(gòu)以硫原子為中心、氟原子位于正八面體的頂端，氟原子是負(fù)電性極強(qiáng)的元素，六氟化硫有6個(gè)氟原子，電子捕獲截面大，六氟化硫電子親和能達(dá)到了3.4eV，所以六氟化硫氣體可能捕捉自由電子形成負(fù)離子。這樣，一方面使游離能力很強(qiáng)的電子數(shù)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(dòng)能小，同時(shí)在發(fā)生彈性碰撞時(shí)又容易失去動(dòng)能，因此離子本身產(chǎn)生碰撞游離的可能性小，所以在氣體放電時(shí)，負(fù)離子起到陰礙放電形成與發(fā)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(duì)縮短，不容易在電場(chǎng)中積累能量，從而減少了電子的碰撞游離能力。

    同時(shí)六氟化硫相對(duì)分子質(zhì)量是空氣相對(duì)分子質(zhì)量的5倍。六氟化硫離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度比空氣（氧、氮）更小，正、負(fù)離子更容易復(fù)合使氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)減少。

    游離-復(fù)合過(guò)程可用反應(yīng)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(fù)合 2SF6 （放出能量）

    2.六氟化硫氣體絕緣的特點(diǎn)

    六氟化硫氣體絕緣的特點(diǎn)是：電場(chǎng)均勻性對(duì)擊穿電壓的影響，在0.1MPa氣壓下遠(yuǎn)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(zhì)點(diǎn)隨電場(chǎng)強(qiáng)度加大而增長(zhǎng)的速度，以前者的為大，而電暈的自屏蔽效應(yīng)以前者的為弱，故六氟化硫在極不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓比均勻電場(chǎng)中的要低得更多，即電場(chǎng)的均勻程度對(duì)六氟化硫擊穿電壓的影響要比對(duì)空氣的擊穿電壓的影響大。

    極性對(duì)六氟化硫氣體擊穿電壓的影響和空氣相似，也和電場(chǎng)均勻程度有關(guān)。由于充六氟化硫氣體的絕緣結(jié)構(gòu)其電場(chǎng)都是銷不均勻電場(chǎng)，因此它的負(fù)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(shè)備的絕緣水平?jīng)Q定于負(fù)極性。

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

    在均勻、稍不均勻電場(chǎng)中，在0.1MPa壓力下，空氣的擊穿電壓和電極的表面狀態(tài)及材料的關(guān)系不大。而在高氣壓下,擊穿電壓與電極表面狀態(tài)有很大關(guān)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(duì)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(guān)。在六氟化硫氣體中導(dǎo)電粒子的存在也會(huì)顯著地降低擊穿電壓，成為充六氟化硫氣體絕緣的電氣設(shè)備的一個(gè)故障因素。

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