与含卤族元素气体组成的混合气体

为了寻找比SF6介电强度更高的气体，对很多含卤族元素的气体进行了实验研究。表5-11列出了部分实验结果。表中比SF6的（E/p）lim高的那些气体中，C3F6的（ph）c（电极表面粗糙度临界值）为13MPa·μm，远远超过SF6，这说明对于电极表面突出物的敏感程度，C3F6比SF6要低得多。

表5-11 含卤族元素气体的（E/p）lim和（ph）c

5.4.3.1 全氟化碳（CF4）

全氟化碳是一种优异的绝缘介质，被广泛地应用于粒子探测和脉冲功率开关中。由表5-11可知，其绝缘性能虽然只有SF6的0.4倍，但（ph）c却是SF6的6倍以上，它同样可以作为一种缓冲气体与SF6混合，我们通过PT法对不同混合比例SF6/CF4混合气体的绝缘特性进行了实验研究。

图5-30 不同E/N下SF6/CF4混合气体的/N与SF6含量的关系曲线

1—181.8；2—212；3—242.6；4—272.8；5—303；6—318；7—333.3；8—348.6；9—363.5；10—378.9

图5-30给出了不同约化电场强度E/N（单位为Td，1Td=10-17V·cm2；N为粒子数密度）下，SF6/CF4混合气体的有效电离系数/N与SF6含量k的关系。由图可知，/N随SF6含量的增加而减小。在低电场作用下，这种减小的趋势更加明显；随着电场的逐渐增大，减小的趋势也变得缓和。从此图中可以推导出SF6/CF4混合气体的相对绝缘强度RES，表示在图5-31中。可以看出SF6/CF4混合气体具有一定的协同作用，其RES随着SF6含量的增加并不是线性关系，可以拟合出SF6/CF4混合气体的RES与k的函数关系式如下

图5-31 SF6/CF4混合气体的RES与SF6含量k的关系曲线

1—SF6/N2；2—SF6/CF4

RES=0.3394+1.2727k-0.6494k2（5-30）

SF6/CF4混合气体的电子漂移速度Ve与E/N的关系如图5-32所示。可知在SF6气体中添加CF4后，电子漂移速度将有所增大。电子纵向扩散系数DN与E/N的关系表示在图5-33中。此图表明，CF4气体的扩散作用比SF6气体强，因此混合比为50/50的SF6/CF4混合气体纵向扩散系数曲线位于SF6和CF4之间。故从扩散的观点来看，添加CF4气体后，可使SF6的放电特性得到改善。

5.4.3.2 八氟环丁烷（c C4F8）

八氟环丁烷（c-C4F8）也是一种在绝缘性能上优于SF6的气体，而在环保性能中，其GWP为8700，也远低于SF6气体。我们对不同比例SF6/c-C4F8混合气体的绝缘性能运用蒙特卡罗法进行了理论计算。其中粒子数密度N为3.32× 10-16cm-3，即气压为133.3Pa，温度为293K。

在不同约化电场强度E/N下，SF6/c C4F8混合气体的有效电离系数/N与SF6含量k的关系如图5-34所示。结果表明α/N先随着SF6含量的增加而减小，在某一个含量时α/N达到最小值，然后随着SF6含量的增加而逐渐增大。从此图中可以推导出混合气体临界击穿场强（E/N）lim与SF6含量k的关系，如图5-35所示。为了便于比较，SF6/N2和SF6/CO2混合气体的相关数据也表示在图中。从图中可以看出，SF6/c-C4F8混合气体的RES比较符合图5-3中的1型曲线，具有正协同作用，因此在SF6中添加适量c-C4F8气体可以显著提高其绝缘强度。

图5-32 SF6/CF4混合气体的电子漂移速度Ve与E/N的关系曲线

1—SF6；2—50%SF6/50%N2；3—CF4

图5-33 SF6/CF4混合气体的电子纵向扩散系数DN与E/N的关系曲线

1—SF6；2—50%SF6/50%N2；3—CF4

图5-34 不同E/N下SF6/c C4F8混合气体的/N与SF6含量的关系

图5-35 几种SF6混合气体临界击穿场强(E/N)lim与SF6含量k的关系

1—SF6/c C4F8；2—SF6/N2；3—SF6/CO2

不同比例SF6/c-C4F8混合气体的电子漂移速度Ve与约化电场强度E/N的关系如图5-36所示。此图表明在SF6中添加一定量的c-C4F8气体会使电子漂移速度降低，这是因为c-C4F8气体本身也具有一定的电负性，其吸附作用很强。在SF6气体中加入c-C4F8气体会使吸附作用进一步增强，从而使电子漂移速度下降。

图5-36 不同比例SF6/c C4F8混合气体的Ve与E/N的关系

由于c-C4F8气体的绝缘性能十分优良，它也被认为非常具有潜力成为SF6的替代气体。我们对c-C4F8及其混合气体的绝缘性能也进行了大量的研究，将在下一章中进行具体分析。