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SF_6替代气体基于GWP筛选方法以及HFO/N_2混合气体交流击穿特性

张聪  
【摘要】:SF_6气体是一种无色、无味、不易燃并且无毒的气体,由于它具有优异的绝缘性能,灭弧能力,所以主要作为绝缘气体广泛应用在高压电气设备之中。每年有超过8000吨的SF_6气体被生产应用在电气行业,但是SF_6气体是一种具有极强温室效应的气体,它的温室效应潜能值为CO_2气体的23900倍,所以寻找出SF_6气体的替代气体是电气领域中的热门课题。本文为了对潜在SF_6替代气体进行筛选,利用量子化学计算理论计算出气体的温室效应潜能值(Global Warming Potential,GWP)。本文首先使用密度泛函理论在分子和原子层面上对气体的辐射效率值(Radiation Efficiency,RE)进行计算,然后利用基团贡献法计算出气体分子的大气寿命,最后结合气体的辐射效率与气体的大气寿命计算出气体的GWP值,筛选出低GWP值的有潜力的SF_6替代气体,从而为潜在SF_6替代气体筛选提供便利。最后,本文利用针-板电极与球-板电极对低GWP气体HFO1234zeE与N_2的混合气体在极不均匀电场和稍不均匀电场下的工频交流击穿特性进行了实验研究,以验证HFO气体的绝缘性能。实验结果表明,在稍不均匀电场下,当压强高于0.25MPa时,四种混合比例的HFO/N_2混合气体的绝缘强度可以达到相同比例下SF_6/N_2混合气体的0.7倍以上;在0.3MPa气压下,HFO占比为10%和15%的HFO/N_2混合气体的绝缘强度可以达到相同比例下SF_6/N_2混合气体的0.8倍和0.81倍。在极不均匀电场下,HFO占比为20%的HFO/N_2混合气体在0.05-0.3MPa压强下的绝缘强度可以达到相同比例下SF_6/N_2混合气体的0.87-0.94倍;HFO占比为15%和10%的HFO/N_2混合气体在0.3MPa压强下的绝缘强度可以达到相同比例下SF_6/N_2混合气体的1.07-1.05倍;HFO占比5%的HFO/N_2混合气体在气压低于0.2MPa后,绝缘强度会急剧下降。以上实验结果说明;HFO占比为15-20%的HFO/N_2混合气体具有替代SF_6气体的潜力。


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