影响SF6气体的绝缘因素
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摘要：SF6气体特性对影响其绝缘性能的因素进行分析。
关键词：SF6气体，均匀电场，绝缘性能
1 电场的均匀性
电场的均匀程度对SF6气体间隙击穿电压的影响要比空气大。在极不均匀电场下，SF6间隙击穿电压将低于空气的三倍，随电场不均匀程度的提高，SF6间隙击穿电压与空气间隙击穿电压的差值逐渐减小。在SF6电器结构中，不良的设计有可能出现极不均匀电场，因此，设计时应避免出现这一现象。在稍不均匀电场中，随着电场距离的增大，击穿电压增长逐步变慢而出现电压增长饱和的现象。因此，SF6电器的绝缘结构设计更多地强调结构电场分布的均匀性，而不能单纯靠增大间隙提高耐受电压。
2 电晕起始电压与极间击穿电压
SF6具有捕捉自由电子的负电性，当电场中自由电子密度不太高时，SF6确能使间隙的碰撞游离处于抑制状态，从而提高了局部放电的起始电压（与同等空气间隙相比）。但是当电场达到产生局部放电值时，一方面因SF6气体分子直径大、分子量打，使得电离产生的离子运动速度不高，迁移率低，棒端空间电荷密集不易向外扩散，局部放电产生的电晕层对电极起到的屏蔽作用，局部放电很容易发展成间隙贯穿性放电。另一方面，在电场产生局部放电时，空间自由电子在电场中已经获得足够的能量，SF6分子对电子的亲和力不足以吸住高能自由电子，反而会被高能电子撞击而电离，使中性的SF6释放自己的电子。已吸附了电子的负离子SF6也会被迫放出吸附的电子和自己只有电子的负离子SF6也会被迫放出吸附的电子和自己自由电子轨道上的电子，形成电子崩，迅速导致间隙击穿电压很接近的这一特点，与空气中极不均匀电场电极的击穿电压比局部放电起始电压高很多的特点，将导致在极不均匀电场中SF6间隙的绝缘性能与空气相近。
3 SF6绝缘的极性效应
在SF6均匀电场中，因两电极电场分布完全对称而无极性效应，即施加正极性或负极性电压时其击穿电压相同。在不均匀和极不均匀电场中，负极性击穿电压高于正极性。因此SF6电器中冲击绝缘水平通常都决定于负极性试验电压值。放电间隙空间电荷的运动造成了SF6放电的极性效应。
当上电极为负极性、上球表面附近电场达到一定值时，上球最低点附近空间最先电离，电子将远离上电极向下运动，运动过程中将使间隙的SF6气体游离放出电子；而上电极附近留下来的空间正电荷在上球表面产生更高的电位梯度，导致上球表面发射更多的电子，从而加速了间隙的游离，降低了负极性击穿电压。当上球为正极时，最先游离的电子直接进入上电极，不会进入球隙空间去诱发SF6释放电子；而上球附近留下的正电荷也能进一步削弱正极性上电极附件的电场，抑制上球发射电子，而使间隙的游离比负极性时小，因此正极性击穿电压高于负极性。
4 SF6绝缘的电极表面状态效应
SF6中电极电晕起始电压主要受电极表面状态的影响，受电极距离的影响次之。电气产品零件表面凸起部分，场强集中，电晕起始电压低。因此间隙击穿电压随表面粗糙度Ra增大而下降。随SF6气压的增大表面粗糙度Ra对Ub的影响越突出，SF6电器电极表面形状对电晕起始电压也有很大的影响。尖角使间隙击穿电压下降，同样间距d及相同气压p条件下，尖角曲率半径r越小击穿电压Ub越低。气压越大尖角对放电的不利影响也越大。
5 导电微粒对SF6绝缘的影响
导电微粒附着在电极表面的现象是普遍存在的，如切削加工后的金属残留物、砂光后的电极表面残留的金属粉末等未清理干净，运行中产品在分合闸操作若干次后磨损脱落的金属粉末、检修过程中清理不干净的金属粉末等，都会在电极表面形成凸出的细小放电尖端。这相当于增大了电极表面的粗糙度，降低了击穿电压。另外微粒在极间电场作用下会发生移动，或堆积形成放电尖端，或排列成线缩短了极间距离，最终导致击穿电压降低。如果电极表面存在较大的突出尖角，即使是冲击电压，其击穿值也会明显降低。
6 电压波形对SF6绝缘的影响
SF6在稍不均匀电场中电晕屏蔽效应弱，因此放电电压随波头时间增长而减小。负极性标准雷电波动50%放电电压高于操作波，且高于工频击穿电压。50%雷电冲击击穿电压与工频击穿电压峰值的比值称为冲击系数。在稍不均匀电场中正极性冲击系数为1.2～1.3，且高于负极性冲击系数。由于一般高压电器设备规定的雷电冲击耐受电压与工频耐受电压峰值之比大于1.5，因此SF6电器的绝缘尺寸是由负极性雷电冲击耐受电压决定的。
7电场分布的影响
SF6中绝缘件表面闪络电压的大小当然与沿面闪络距离有关，但是在同等SF6气压下，更多地受制于绝缘件的电场分布的均匀程度。如果电场极不均匀，沿面闪络电压随距离的增加很快饱和。与SF6气体间隙放电特性一样，负极性冲击闪络电压高于正极性。在稍不均匀电场中，电极间距达到较大值时，也会出现闪络电压饱和的现象，不过此时负极性冲击闪络电压低于正极性。提高SF6气体气压的效果和可能性是有限的，微粒大幅度提高闪络电压，最有效的办法是改善绝缘棒的电场分布，降低最高工作场强。
8 结束语
在了解了SF6的绝缘特性和影响SF6绝缘特性的因素后，在设计新的电器结构和开发新产品时要注意电场的均匀性，以充分发挥SF6气体优越的绝缘特性。
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