專利名稱：一種混合氣體絕緣介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可替代六氟化硫用于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(wěn)定性及無毒性，因而被廣泛的應 用于氣體絕緣設備中，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(lián)合國氣候變化公約締約方在1997年簽訂的《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氣體用于電氣設備的新介質。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 的報道，如在瑞士日內(nèi)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(yōu)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(chǎn)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的混合氣體用于高壓電力設 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系數(shù)等 于或小于1的惰性氣體作為絕緣介質，雖然環(huán)保效果大大提高，但是惰性氣體絕緣性能遠 低于SF6,使得電力設備體積增大，生產(chǎn)費用增高。在200610084702. 8中公開了一種“環(huán)保型氣體絕緣組合電器”，該專利使用干燥 低壓空氣作為絕緣介質，減少了對環(huán)境的危害，但由于空氣的絕緣能力較差，因此該專利主 要適用于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(huán)境的影響，但是CF3I穩(wěn)定性較 差，易分解，因此需要增加吸附劑且增加檢修次數(shù)，使得運行費用增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保效果好、絕緣性能好，可替代SF6氣體用于高壓電 力設備的混合氣體絕緣介質。本發(fā)明所提供的混合氣體絕緣介質的組分為八氟環(huán)丁烷15% 20% (體積百分 比)與氮氣80% 85% (體積百分比)。
本發(fā)明所提供的混合氣體絕緣介質中，組分八氟環(huán)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(chǎn) 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(chǎn)物有C2F4，C3F6,1, 3-C4F6，C-C4F6，2-C4F8，C2F6，C3F8，這些分解產(chǎn)物均屬于無毒或低毒物質。本發(fā)明所提供的混合氣體絕緣介質中，組分氮氣為緩沖氣體，主要作用為降低混 合氣體的沸點。本發(fā)明混合氣體的沸點在-20°C以下，可滿足多數(shù)地區(qū)冬季的使用要求。本發(fā)明所提供的混合氣體絕緣介質，很好的滿足了環(huán)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(yōu)點1、環(huán)保性能好。本項發(fā)明所提供的混合氣體整體溫暖化潛能值低于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(huán)境造成的溫室效應。2、人身危害低。本項發(fā)明所提供的混合氣體在電力設備運行狀態(tài)下的主要分解產(chǎn) 物均為無毒或低毒物質，不像SF6氣體的分解產(chǎn)物多數(shù)屬于劇毒物質，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的關系曲線；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(fā)明混合氣體的主要成分的含量限定原因。首先，組分八氟環(huán)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(chǎn)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(chǎn)物有 C2F4，C3F6，1，3_C4F6，C-C4F6， 2-C4F8，C2F6，C3F8，這些分解產(chǎn)物均屬于無毒或低毒物質。因此，C4F8是較理想的環(huán)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(qū)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作為緩沖氣體。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(tài) 存在，因此要求混合氣體在0. 4 0. 5MPa的狀態(tài)下，其液化溫度低于_20°C。圖2給出了 C4F8/N2混合氣體在0. 4MPa和0. 5MPa狀態(tài)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(tài)下，當混合氣體中C4F8氣體的含量超過20%時，混合氣體 的液化溫度將高于-20°C ；0. 5MPa狀態(tài)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于-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(chǎn)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(chǎn)成本有較大增長。如果混合氣 體中C4F8含量低于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(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不限于這些例 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，其特征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(huán)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(huán)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，廣泛應用于氣體絕緣變壓器、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(yōu)先權日2010年11月10日
發(fā)明者張國強, 李康, 牛文豪, 王新, 邢衛(wèi)軍 申請人:中國科學院電工研究所