第四节 SF6混合气体
将SF6气体和某种普通气体按一定的容积比相混合即组成SF6混合气体。若在它的击穿电压比纯SF6降低不多的前提下，选用混合气体作为原来充SF6的电力设备的气体绝缘介质，这在工程上是有经济和技术方面的优点的。SF6气体的价格比一般气体如氮气、二氧化碳等要昂贵，因此选用混合气体是可以降低设备成本的。另一方面，对SF6气体在使用上所存在的一些不够满意的地方，也可能加以适当的弥补和改善，例如有可能降低气体的液化温度，减少电场均匀程度和电极表面状态等对击穿电压的影响。
为此，多年来许多研究者对不同的SF6混合气体，在不同的压力、混合比、电极条件下的绝缘性能进行了研究。早在20世纪50年代，就有人对SF6和N2的混合气体在稍不均匀电场下的工频击穿电压进行了试验研究，如图1-11所示。SF6和CO2的混合气体在直流下击穿电压如图1-12，它是用一对平板电极构成的间隙为5mm的均匀电场下进行试验研究的，该研究者还对比了SF6和N2、SF6和空气的混合气体在同一试验条件下的绝缘性能，发现有SF6和N2的混合气体的击穿电压最高，图1-13是在和图1-12同样试验条件下观
图1-11 SF6－N2混合气体间隙的工频击穿电压和混合比的关系
1－d＝2mm，p＝2.16大气压；2－d＝2mm，p＝＝4.2大气压；3－d＝5mm，p＝2.16大气压；4－d＝5mm，p＝4.2大气压
察表面粗糙度的影响，在阴极平板电极的中央放置一个半径为0.5mm的半球状金属突出物。试验结果表明，混合气体的击穿电压受表面状态的影响比之纯SF6气体要小，而几种SF6混合气体中尤以SF6和CO2的混合气体受电极表面状态的影响为最小。表1-7是SF6和He的混合气体在稍不均匀电场和不均匀电场下工频击穿电压的比较。前者是半径为49mm的铝制球对平板电极、间隙为5mm时的试验结果；后者是用一对半径为49mm的铝球，而下球中央插入一直径为0.63mm高度h可变的钨棒，因而球对棒构成一不均匀电场。从试验结果可知，当棒电极较长即h等于2.5～10mm，而压力为3.5～5.5个大气压时混合气体的击穿电压甚至可能高于纯SF6气体，由此可看出，在混合气体中电场均匀程度对击穿电压的影响有所降低。
图1-12 SF6－CO2混合气体在均匀电场下直流击穿电压（d＝5mm）
图1-13 SF6—CO2混合气体的表面粗糙度系数与总气压、混合比的关系（有效间隙d＝4.5mm）
表1-7 SF6－He混合气体工频击穿电压
①P＝1.5大气压。
②2.5＜h＜10mm，1＜P＜5大气压。
一些研究者在棒球间隙构成的不均匀电场下进行的试验表明，在混合比相同的情况下，SF6和CO混合气体的性能要比和N2的混合气体的为好。若在这些混合气体中再加上1%的C—C4F8的话，则可进一步大大提高混合气体的击穿电压。如果这三种气体的混合比配合得当的话，其在不均匀电场下的击穿电压甚至会高于纯SF6气体，而稍不均匀电场下则接近纯SF6气体的击穿电压，如表1-8所示。
表1-8 SF6和C—C4F8、SF6、CO混合气体性能的比较
注 1.GM1＝1%C－C4F8＋39%SF6＋60%CO，GM2＝1%C－C4F8＋＋59%SF6＋40%CO。2.P＝4个大气压。
总之SF6混合气体的有关特性各国尚在进一步研究之中，其目的就是要找到一种能令人满意甚至比SF6优越的混合气体。
SF6气体的液化温度较高，在低温下使用时，气体的工作压力被迫降低，因而使断路器的额定开断电流以及其它性能受到很大的影响。例如某开关厂的LW2—220型SF6断路器在环境温度为－30℃地区工作时，20℃时的SF6气体压力为6kgf/cm2（表压），额定开断电流为40kA，而当用于－40℃的高寒地区时，为防止气体液化，20℃时的SF6气体压力被迫降为4.2kgf/cm2（表压），额定开断电流为31.5kA。
标准状态下，SF6气体的密度是N2的五倍。试验表明没有必要先将SF6与N2混合后再充入断路器。可以先将SF6气体充入断路器达到要求的分压后再充入N2达到所需的总压力。在户外混合断路器的运行经验表明：由于气流的对流作用，甚至在设备长期空载的情况下，气体仍能保持均匀的混合。
常温下，SF6气体的绝热指数K＝1.08，音速为134m/s；N2的K＝1.4、音速为349m/s，差别较大。原先SF6压气灭弧室必须修改设计后才能用于SF6和N2混合气体的断路器。
SF6和N2混合气体断路器中，由于SF6气体分压力的减小，有可能降低断路器的绝缘性能和灭弧性能。但由于总压力由原来的6.5增加到7.5kgf/cm2（表压）加上又对灭弧室进行了修改设计，因此仍能保持很好的绝缘性能和灭弧性能。
N2的热导率比SF6低，60℃时N2的热导率只是SF6的50%。曾担心采用混合气体后可能使散热条件变劣，灭弧室温升增高。但是，灭弧室中大部分的热量是通过金属零部件的传导经法兰向外散出，气体导热性能的改变对灭弧室内各部件的温升影响不大。西门子公司充SF6和N2混合气体灭弧室通过4000A的额定电流时，灭弧室内各部件的温升仅比原来的SF6灭弧室高百分之几，不会超过温升65K的要求。