环境优化SF6替代气体在中高压电力设备中的应用浅析

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2022.08.014

摘要/Abstract

摘要：

为减少温室气体排放,开展了环境友好型SF₆可替代气体研究、适时评价与推广应用。目前,在灭弧方面,40.5 kV及以下电压等级开关设备普遍采用真空灭弧室作为主开断单元取代SF₆灭弧介质。在绝缘方面,采用环境友好型SF₆替代气体作为绝缘介质的研究也取得了很大进展,其研究热点主要集中于干燥空气、N₂、C₄-PFN(氟化腈类)气体及其混合气体、全氟酮类(C_nF_2nO)气体及其混合气体等。通过对其绝缘、温升、物理化学特性分析比较,总结其优缺点和应用现状,在特定电压等级下确定某一种气体或混合气体作为SF₆的理想替代气体展开深入应用研究。

关键词: 气体绝缘开关设备, SF₆替代气体, 绝缘特性, 温升

Abstract:

In order to reduce greenhouse gas emissions,the research on environment-friendly SF₆ alternative gas should be carried out,and the timely evaluation and application should be promoted.At present,in terms of arc extinguishing,vacuum interrupter is widely used as the main breaking unit to replace SF₆ arc extinguishing medium for 40.5 kV and below voltage level switchgear.In terms of insulation,the great progress has been made in the research of using environmental protection gas instead of SF₆ as the insulation medium.The research focuses are mainly on dry air,N₂,C4-PFN (fluorinated nitriles) gas and its mixture,perfluorones (C_nF_2nO) gas and its mixture,etc.Through the analysis and comparison of their insulation,temperature rise,physical and chemical characteristics,their advantages and disadvantages and application status are summarized,and a certain gas or mixed gas is determined as an ideal alternative gas for SF₆ under a specific voltage level to carry out in-depth application research.

Key words: gas insulated switchgear(GIS), SF₆ alternative gas, insulation characteristics, temperature rise

中图分类号:

TM85

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WANG Guangxian, ZHAO Ruiying. Analysis on Application of Environmental Optimization SF₆ Alternative Gas in Medium and High Voltage Power Equipment[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2022, 0(8): 76-80.

图/表 4

表1

表2

表3

表4

参考文献 18

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参数	SF₆	N₂	干燥空气
分子量	146	28	29
沸点/℃	-63	-196	-183
相对SF₆的耐电强度	1.00	0.30	0.33
相对SF₆的灭弧性能	1	0.01	0.01
GWP/a	23 900	—	—
比热容/[kJ·(kg·K)^-1]	0.657	1.038	1.013
热导率/[W·(m·K)^-1]	0.015 5	0.023 8	0.025 5

气压/MPa	工频耐电强度/(MV·μm^-1)
气压/MPa	N₂	CO₂	干燥空气	SF₆
0.10	2.67	2.5	2.73	6.4
0.15	4.00	3.17	4.10	9.6
0.20	5.00	4.17	5.36	10.8
0.25	6.13	6.25	7.00	12.7

耐电特性	气体	气压/MPa
耐电特性	气体	0.10	0.15	0.20	0.25
工频耐电强度/ (MV·μm^-1)	SF₆/N₂	3.82	5.73	7.64	9.55
	SF₆/CO₂	3.35	5.00	7.51	8.26
	SF₆/空气	3.50	4.80	6.20	7.30
雷电冲击耐电强度/ (MV·μm^-1)	SF₆/N₂	4.00	5.99	7.99	9.99
	SF₆/CO₂	4.91	6.03	8.63	9.83
	SF₆/空气	4.51	6.80	8.34	9.43

参数	CO₂	SF₆	CF₃I	c-C₄F₈	C₄-PFN	C₅-PFK	C₆-PFK
GWP/a	1	23 500	<5	8 700	≈1 800	<1	≈1
大气寿命		3 200 a	<2 d	10 000 a	30 a	0.04 a	<1 a
沸点/℃	-78.5	-64	-22.5	-8	-5	26.9	49.2
绝缘性能	0.29	1.0	1.2	1.2~1.3	0.9~1.2	2.0	2.5
缺点	温室气体, 限制排放	温室气体, 限制排放	易分解特性	液化温度高造价高	GWP较高、成本高	经济成本为 C₄-PFN的1/3	—

环境优化SF₆替代气体在中高压电力设备中的应用浅析

Analysis on Application of Environmental Optimization SF₆ Alternative Gas in Medium and High Voltage Power Equipment

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