混合比随高度的变化

大气中任意高度上各种气体组分的比率取决于两种相反物理过程的竞争，即分子扩散和湍流混合过程。分子扩散使不同相对分子质量的气体成分随高度有不同的分布，而湍流混合则趋向于使大气的组成与高度无关。当气体绝缘型电气设备的高度不大时，可以认为设备中气体压强处处相等。但如充气设备的高度很大时，则要考虑气体压强p随高度h增加而略有减小的现象。

作用于单位横截面积、厚度为dh的薄层气体的向上的力为F=-dp，而该层气体的重力为gρdh，所以可以得到

式中，g为重力加速度，ρ为高度h处的气体密度。

对于理想气体，则可根据状态方程写出

式中，μ为气体的摩尔质量。

由式（5-10）和式（5-11）可得

即

其中

式中，h0、p0为参考点的高度和该处的气压。

对于理想气体，可以忽略g随h的变化，则式（5-13）可以写为

式中，N、N0为高度h和h0处的气体分子数密度。

对于用作绝缘介质的混合气体中无湍流混合过程，由分子扩散引起的轻重气体成分之间的分离现象可用气体静力学方程进行计算。按照道尔顿分压定律，每一种气体成分均是按照它单独存在时那样分布的，A、B两种气体的混合比实际上就是这两种气体的分压力之比，也就是两种气体的分子数密度之比。因而对于理想气体，可先算得每种气体成分的分子数密度随高度的变化，从而求得混合比随高度的变化。设高度为h和h0处的混合比分别为NA/NB和NA0/NB0，则可写出

经计算，在T=20℃时，对于混合比为20/80的SF6/N2混合气体，高度h0处与h=h0+100m处的混合比相差不大。事实上，高度相差100m的情况是很少见的，近年来虽然出现了落差高达200m以上的完全垂直敷设的SF6/N2绝缘GIL，但是整个线路是分成若干密封段的。因此，在工业应用的范围内混合比随高度的变化是很微小的，因此这不会成为SF6混合气体在气体绝缘电气设备中应用的一个问题。