SF6气体的绝缘性能如何影响其绝缘强度的因素有哪些?

SF6气体具有优良的绝缘性能，在比较均匀的电场中，其绝缘强度约为空气的2.5~3倍，在3个表压表其绝缘强度可达到绝缘油的水平。影响其绝缘强度的因素有以下几点： 

（1）电场均匀性的影响。绝缘强度对电场的均匀性特别敏感。在均匀电场下，绝缘强度随触头间距离的增加而线性增加。距离加大时，则由于电场呈不均匀性而使其绝缘强度增加出现饱和现象。在不均匀电场下，其绝缘强度甚至会接近空气的水平。 

（2）与压力的关系。在较均匀电场下，绝缘强度随SF6气体压力的增加而增加，但不成正比。 

（3）电极表面正太的影响。通常电极的表面越粗糙，击穿电压越低。电极面积越大，则由于偶然因素出现的概率就越大，因而使击穿电压降低。

（4）电压极性的影响。电压极性对SF6气体击穿电压的影响与电厂的均匀性有关。在均匀电场下，由于电场强度处处相等，所以没什么极性效应。在稍不均匀的电场中，曲率较大的电极为负时，其附近的场强较大，容易产生阴性电子发射，使气隙的击穿电压降低。由于SF6断路器的绝缘结构都是稍不均匀电场形式，所以其绝缘水平往往由负极性电压来决定。

另外，在极不均匀的电场中，棒电极电晕放电产生的空间电荷的影响，可使正极性击穿电压反而比负极性的低。

影响SF6气体击穿电压的因素如下：

(1) 电场的均匀性。SF6的击穿电压在均匀性不同的电场中差异较大。在均匀电场中，SF6的击穿电压比在极不均勻电场中大，而这种影响远比空气大得多。

(2) SF6的工作压力。提高SF6的工作压力是提高SF6击穿电压的途径之一，但工作压力也不能过高，否则SF6会液化。同时还应注意，SF6的击穿电压有随气压增高而趋于饱和现象，电场越不均勻越容易饱和。因此只有在保证SF6被液化，并保证电场相当均匀的条件下提高SF6工作压力才最为有效。

(3) SF6气体为不纯物。SF6中混有空气、氮气等不纯气体或导电微粒时，则可显著降低其绝缘能力。SF6气体的导电微粒受电场作用而移动，逐步形成“导电小桥”，从而导致击穿电压下降。

(4) 电极表面。随着电极表面积的增大，SF6的击穿电压下降。电极表面越粗糙，则击穿电压越低。经过多次放电处理后的电极表面比较光滑，击穿电压有增高的趋势。

电场的不均匀程度对SF6电气强度的影响远比对空气的大。   

六氟化硫具有较高的电气强度，主要是因为其具有很强的电负性，容易俘获自由电子而形成负离子(电子附着过程)，电子变成负离子后,其引起碰撞电离的能力就变得很弱，因而削弱了放电发展过程。

与均匀电场中的击穿电压相比，SF6在极不均匀电场中击穿电压下降的程度比空气要大得多。SF6优异的绝缘性能只有在电场比较均匀的场合才能得到充分的发挥。

在设计以六氟化硫气体作为绝缘的各种电气设备时，应尽可能使气隙中的电场均匀化，采用屏蔽等措施以消除一切尖角处的极不均匀电场，使SF6优异的绝缘性能得到充分的利用。

六氟化硫 （SF6气体）

(一)均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿均匀和稍不均匀电场中SF6的击穿SF6气体

SF6电负性气体中的碰撞电离和放电过程时，除了考虑α过程外，还应计及电子附着过程，它可用一个与电子碰撞电离系数α的定义相似的电子附着系 数η 来表示，η的定义是一个电子沿电场方向运动1cm的行程中所发生的电子附着次数平均值。可见 在电负性气体中的有效碰撞电离系数 应为：α = αη

均匀电场中的电子崩增长规律：na = n0 e (α η ) d

式中：n0-阴极表面处的初始电子数； na-到达阳极时的电子数

这时应该注意：在一般气体中，正离子数等于新增的电 这时应该注意子数；而在电负性气体中，正离子数等于新增的电子数与负离子数之和。

由于强电负性气体在实用中所处条件均属于流注放电的范畴，所以这里不再讨论其汤逊自持放电条件，而直接 探讨其流注自持放电条件。为此，可参照式(120)写出均 匀电场中电负性气体的流注自持放电条件为：(α η ) = K

实验研究证明：对于SF6气体，常数K=10.5，相应的击穿电压为：Ub = 88.5 pd + 0.38

(kV)式中：p-气压，Mpa，d-极间距离，mm

在工程应用中，通常pd<1MPa mm，所以上式可近似地写 成：Ub ≈ 88.5 pd

式(216)和式(217)均表明，在均匀电场中SF6气体的击穿也遵循巴申定律。它在0.1MPa(1atm)下的击穿场强Eb = Ub ≈ 88.5kV / cm ，几乎是空气的3倍。

在气体绝缘电气设备中最常见的是稍不均匀电场气隙，例如同 轴圆筒间的气隙。

在稍不均匀电场中，极性对于气隙击穿电压的影响 与极不均匀电场中的情况是相反的，此时负极性下的击穿电压反而比正极性时低10％左右。冲击系数很小，雷电冲击时约为1.25，操作冲击时更小，只有1.05～1.1。

(二) 极不均匀电场中SF6的击穿

极不均匀电场中SF6气体击穿的异常现象与空间电荷的运动有关。 

空间电荷对棒极的屏蔽作用会使击穿电压提高，但在雷电冲击电压的作用下，空间电荷来不及移动到有利的位 置，故其击穿电压低于静态击穿电压；气压提高时空间电荷扩散得较慢，因此在气 压超过0.1～0.2MPa时，屏蔽作用减弱，工 频击穿电压会下降。

(三)影响击穿场强的其它因素

六氟化硫气体绝缘电气设备的设计场强值远低于理论击穿场强，这是因为有许多影响因素会使它的击穿场强下降。此处仅介绍其中两种主要影响因素，即电极表面缺陷和导电微粒。

1.电极表面缺陷图表示电极表面粗糙度Ra对SF6，气体电气强度Eb的影响。

可以看出：GIS的工作气压越高，则Ra对Eb的影响越大，因而对电极表面加工的技术要求也越高。

电极表面粗糙度大时，表面突起处的局部电场强度要比气隙的平均电场强度大得多，因而可在宏观上平均场强尚 未达到临界值时就诱发击穿。

除了表面粗糙度外，电极表面还会有其它零星的随机缺陷，电极表面积越大，这类缺陷出现的概率也越大。所以电极表面积越大，SF6气体的击穿场强越低，这一现象被称为 “面积效应”。

2.导电微粒设备中的导电微粒有两大类，即固定微粒和自由微粒， 前者的作用与电极表面缺陷相似，而后者因会在极间跳动 而对SF6气体的绝缘性能产生更大的不利影响。