专利名称：一种混合气体绝缘介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可替代六氟化硫用于高压电力设备的混合气体绝缘介质。
背景技术：
SF6气体具有良好的绝缘能力、灭弧能力、化学稳定性及无毒性，因而被广泛的应 用于气体绝缘设备中，如气体绝缘变压器、气体绝缘断路器、气体绝缘输电管道等。但是， 纯SF6气体对电场不均勻性非常敏感，对设备加工要求高；而且SF6气体的放电分解物，如 SO2F2, SOF2, SF4, SF2, H2S, SOF4等，均为剧毒物质，对人员健康威胁很大；另外，SF6气体的温 室效应非常大，它的全球温暖化潜能值(GWP)大约是CO2气体的23900倍，且在大气中寿命 约3200年，因此联合国气候变化公约缔约方在1997年签订的《京都议定书》中，将SF6气体 列为六种限制性使用的温室气体之一。因此科研人员进行了大量的研究，希望寻找到能够 替代SF6气体用于电气设备的新介质。目前来看，用单一气体来代替SF6气体是十分困难的。所以，人们尝试使用混合气 体来代替纯SF6气体。目前已有使用SF6Z^2混合气体或SF6AD2混合气体替代纯SF6气体 的报道，如在瑞士日内瓦机场线路改造时，使用充入了 20% SF6/80%N2混合气体的气体绝 缘输电管道代替原有的架空线。使用含SF6的混合气体有以下优点降低对电极表面缺陷 敏感度，降低气体液化温度，降低成本，因此具有较好的应用前景，特别是SF6含量在20% 40%的SF6/N2混合气体。但是，使用含SF6的混合气体不能从根本上解决SF6气体的温室效应及其分解产物 中含有的剧毒物质对人身的威胁。因此，有必要寻找不含SF6的混合气体用于高压电力设 备。在02103455. 9中公开了 “一种气体绝缘变压器”，该专利使用全球温暖化系数等 于或小于1的惰性气体作为绝缘介质，虽然环保效果大大提高，但是惰性气体绝缘性能远 低于SF6,使得电力设备体积增大，生产费用增高。在200610084702. 8中公开了一种“环保型气体绝缘组合电器”，该专利使用干燥 低压空气作为绝缘介质，减少了对环境的危害，但由于空气的绝缘能力较差，因此该专利主 要适用于12kV以下的电力设备。在200710001562. 8中公开了一种“气体绝缘电气设备”，该专利使用容积比超过 40%的CF3I与其他非SF6气体混合组成绝缘介质，减少对环境的影响，但是CF3I稳定性较 差，易分解，因此需要增加吸附剂且增加检修次数，使得运行费用增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保效果好、绝缘性能好，可替代SF6气体用于高压电 力设备的混合气体绝缘介质。本发明所提供的混合气体绝缘介质的组分为八氟环丁烷15% 20% (体积百分 比)与氮气80% 85% (体积百分比)。
本发明所提供的混合气体绝缘介质中，组分八氟环丁烷，化学分子式为C4F8，分子 量200.0，沸点-8°C，无毒，无臭氧危害，温暖化潜能值为8900，约为SF6气体的37 %，相同 气压下局部放电起始电压约为SF6的1. 2 1. 4倍。该组分在600°C过热条件下的分解产 物主要有C2F4，C3F6，1，3-C4F6，C-C4F6，2-C4F8，在电弧作用下的主要分解产物有C2F4，C3F6,1, 3-C4F6，C-C4F6，2-C4F8，C2F6，C3F8，这些分解产物均属于无毒或低毒物质。本发明所提供的混合气体绝缘介质中，组分氮气为缓冲气体，主要作用为降低混 合气体的沸点。本发明混合气体的沸点在-20°C以下，可满足多数地区冬季的使用要求。本发明所提供的混合气体绝缘介质，很好的满足了环保、人身安全等方面的要求， 与目前高压电力设备主要使用的气体绝缘介质SF6相比，有如下优点1、环保性能好。本项发明所提供的混合气体整体温暖化潜能值低于2000，不到SF6 气体温暖化潜能值的10%，可很好的改善SF6气体对环境造成的温室效应。2、人身危害低。本项发明所提供的混合气体在电力设备运行状态下的主要分解产 物均为无毒或低毒物质，不像SF6气体的分解产物多数属于剧毒物质，如处理不当将会对人 身安全造成威胁。
图1为纯C4F8气体与SF6气体局放起始电压随气压变化曲线；图2为C4F8/N2混合气体的液化温度Tmb与混合比k的关系曲线；图3为20mm电极距离时，C4F8/N2混合气体局放起始电压随气压变化曲线；图4为30mm电极距离时，C4F8/N2混合气体局放起始电压随气压变化曲线。
具体实施例方式下面说明构成本发明混合气体的主要成分的含量限定原因。首先，组分八氟环丁烷，化学分子式为C4F8，分子量200. 0，沸点_8°C，无毒，无臭氧 危害，温暖化潜能值为8900，约为SF6气体的37%，相同气压下局部放电起始电压约为SF6 的1. 2 1. 4倍，如图1实验结果所示。C4F8在600°C过热条件下的分解产物主要有C2F4， C3F6，1，3-C4F6，C-C4F6，2-C4F8，在电弧作用下的主要分解产物有 C2F4，C3F6，1，3_C4F6，C-C4F6， 2-C4F8，C2F6，C3F8，这些分解产物均属于无毒或低毒物质。因此，C4F8是较理想的环保、低危 害绝缘介质，缺点就是它的液化温度较高，在寒冷地区及冬季不适用。其次，为了改善C4F8气体的液化温度，在其中加入N2作为缓冲气体。电力设备一 般要求在-20°C能正常运行，同时电力设备中的气体绝缘介质一般以0. 4 0. 5MPa的状态 存在，因此要求混合气体在0. 4 0. 5MPa的状态下，其液化温度低于_20°C。图2给出了 C4F8/N2混合气体在0. 4MPa和0. 5MPa状态下，混合气体液化温度随C4F8气体含量的变化曲 线。由图2可以看出，0. 4MPa状态下，当混合气体中C4F8气体的含量超过20%时，混合气体 的液化温度将高于-20°C ；0. 5MPa状态下，当混合气体中C4F8气体的含量超过15%时，混合 气体的液化温度将高于-20°C。因此，从混合气体液化温度的角度看，混合气体中C4F8的含 量不宜超过20%。第三，作为绝缘介质，混合气体的绝缘性能也需要达到一定要求，否则将造成电力 设备尺寸大，材料消耗高，生产成本高。图4和图5分别给出了 C4F8气体含量在20%以下，电极距离分别为20mm和30mm，气体气压在0. 1 0. 4MPa时，C4F8/N2混合气体的局部放电 起始电压试验结果。由图中结果可以看到，气体气压在0. 4MPa时，C4F8含量在15 % 20 % 的混合气体局放起始电压在20mm电极距离下为22kV，30mm电极距离下为^kV,大约是相 同条件下SF6气体局放起始电压的70%，与SF6含量在20%的SF6Z^2混合气体局放性能一 致。因此，使用C4F8气体含量在15% 20%的混合气体作为电力设备的绝缘介质，只需略 微增大电力设备的绝缘距离，即可满足绝缘要求，不会使生产成本有较大增长。如果混合气 体中C4F8含量低于15%，将使混合气体的绝缘性能下降较多，从而使电力设备需要较大的 绝缘距离，从而消耗更多的材料。因此，要求混合气体中C4F8含量在15% 20%。下面结合附图、实施例和比较例对本发明做进一步说明，但本发明不限于这些例 子。实施例1
的混合气体；实施例2 的混合气体；实施例3 的混合气体；实施例4 的混合气体；实施例5 的混合气体；实施例6 的混合气体；对比例SF6含量为20% (体积百分比)与N2含量为80% (体积百分比)构成的 混合气体；实施例1、2和对比例的组成及相关性质见下表
权利要求
1. 一种混合气体绝缘介质，其特征为所述混合气体绝缘介质组分的体积百分比为 15% 20%的八氟环丁烷、80% 85%的氮气。
全文摘要
一种混合气体绝缘介质，其组分的体积百分比为15％～20％的八氟环丁烷，80％～85％的氮气。所述的混合气体绝缘介质可替代六氟化硫作为新一代气体绝缘介质，广泛应用于气体绝缘变压器、气体绝缘组合电器、气体绝缘输电管道等高压电力设备。
文档编号H01B3/16GK102136311SQ20101054013
公开日2011年7月27日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者张国强, 李康, 牛文豪, 王新, 邢卫军 申请人:中国科学院电工研究所