[科普中國]-氣體絕緣材料

氣體絕緣材料是能使有電位差的電極間保持絕緣的氣體。氣體絕緣遭破壞后有自恢復(fù)能力，它有電容率穩(wěn)定、介質(zhì)損耗極小、不燃、不爆、化學(xué)穩(wěn)定性好、不老化、價格便宜等優(yōu)點，是極好的絕緣材料。常用的氣體絕緣材料有空氣、氮氣、氫氣、二氧化碳和六氟 化硫。

絕緣特性規(guī)律氣體的絕緣特性服從巴申定律Ud=f（pd），即擊穿電壓Ud是間隙距離d和氣壓p乘積的函數(shù)，見圖1。壓力的增大和減小都能提高氣體的擊穿電壓。

天然氣體絕緣材料常用天然氣體有空氣、氮、氫、二氧化碳等?？諝馐且环N混合氣體，含有氮、氧、氬、二氧化碳和少量稀 有氣體。天然氣體的性能見表3.4—1。

空氣的液化溫度低，性能穩(wěn)定，擊穿后有自恢復(fù)性。在不均勻電場中，空氣和其他氣體首先在電場強度最 大處出現(xiàn)局部放電，當(dāng)電壓繼續(xù)增加時，則過渡到火花放電或電弧放電。氣體在不均勻電場中的介電強度遠低 于其在均勻電場中的介電強度。

壓縮氣體的介電強度有明顯的提高。壓縮氣體可作電器設(shè)備的絕緣或滅弧介質(zhì)。

當(dāng)真空度達0.0133Pa （10mmHg）時，稱為真空絕緣。應(yīng)用真空絕緣的設(shè)備體積小，動作快，無燃燒和 爆炸的危險性。

由于高真空、高壓力技術(shù)的應(yīng)用，使氣體成功地應(yīng)用于開關(guān)、電容器等設(shè)備中。

作為高壓裝置的外絕緣材料，空氣應(yīng)用最廣。它的介電強度與電場分布和電壓波形有關(guān)，圖2為極不均勻電場在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的情況。如偏離標(biāo)準(zhǔn)條件應(yīng)按規(guī)定修正。1

合成氣體絕緣材料作為高壓裝置的內(nèi)絕緣材料，六氟化硫（SF6）用得最普遍。SF6具有六個氟原子圍繞中心一個硫原子的分子結(jié)構(gòu)，其鍵合距離小，鍵能高，化學(xué)穩(wěn)定性好，離解溫度在1000K以上。它屬電負性氣體，極易吸附自由電子而削弱電離過程，因此介電強度很高，滅弧能力約為空氣的100倍，所以它兼有絕緣和滅弧的雙重性能，在高壓斷路器中應(yīng)用日廣。20世紀60年代后發(fā)展了充高氣壓SF6的金屬全封閉式組合電器。它占用空間小，運行不受環(huán)境影響，已被用于超高壓變電所及城市配電網(wǎng)中。充SF6的同軸管道可取代充油電纜用于高落差場合，SF6絕緣變壓器具有防火防爆的優(yōu)點，適用于高層建筑。

SF6本身無毒，在電弧或電暈作用下會生成一些具有毒性的低氟化合物。SF6對含硅材料如玻璃、電瓷有腐蝕性，當(dāng)它含有水分時，分解物的腐蝕性更強。此外，SF6在不均勻電場中介電強度大為降低，這些均應(yīng)在實際運行中加以重視。

其他絕緣材料用作氣體絕緣材料的還有氟里昂、氮、二氧化碳等。不同絕緣氣體的物理特性如下表所示

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①參考值，不同文獻所列大小相差很大。

②系板-板電極間距1cm的擊穿值。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李勇 - 副教授 - 西南大學(xué)