(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210858419.5 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 中国电力科 学研究院有限公司 地址 100192 北京市海淀区清河小营东路 15号 (72)发明人 颜湘莲　高克利　王浩　李志兵　 黄印　王雯　田宇　何洁　 (74)专利代理 机构 北京工信联合知识产权代理 有限公司 1 1266 专利代理师 白晓晰 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) H02B 13/055(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种环保混合气体电气设备及其绝缘设计 方法 (57)摘要 本发明提供了一种环保混合气体电气设备 绝缘设计方法及设备， 包括： 获取C4F7N环保混合 气体的放电电压值UAC和临界约化场强值(E/p)c； 确定电极单元表面的第一选择优异值M1和第二 选择优异值M2； 确定使用该C4F7N环保混合气体作 为绝缘介质的所述电极单元表面粗糙度的控制 值Ro； 确定所述C4F7N环保混合气体的雷电冲击放 电场强E50； 确定C4F7N环保混合气体的耐受场强 Es； 确定所述C4F7N环保混合气体设备中的绝缘气 体间隙的场强控制值E1和所述C4F7N环保混合气 体设备中绝缘沿面的场强控制值E2。 本发明中, 为C4F7N环保混合气体电气设备绝缘提供了科学 的设计依据， 有利于降低C4F7N环保混合气体电 气设备发生 缺陷或故障的概 率。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115374552 A 2022.11.22 CN 115374552 A 1.一种环保混合气体电气设备绝 缘设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 对气体压力为p、 混合比例为k的C4F7N环保混合气体进行工频放电试验， 得到所 述C4F7N环保混合气体的放电电压值UAC和临界约化场强值(E/p)c； 其中， 混合比例k为C4F7N 环保混合气体中C4F7N的体积占比； 步骤2， 根据所述C4F7N环保混合气体的放电电压值UAC、 工频放电试验中电极单元的第一 电极与第 二压电极之间的绝缘气体间隙距离d、 所述C4F7N环保混合气体的临界约化场强值 (E/p)c与所述C4F7N环保混合气体的气体压力p确定所述电极单元表面的第一选择优异值 M1； 步骤3， 根据所述C4F7N环保混合气体的混合比例k确定所述电极单元表面的第二选择优 异值M2； 步骤4， 根据所述第一选 择优异值M1和所述第二选 择优异值M2中的较小 值与所述C4F7N环 保混合气体的气体压力p确定使用该C4F7N环保混合气体作为绝缘介质的所述电极单元表面 粗糙度的控制值Ro； 步骤5， 对满足所述表面粗糙度控制值Ro的电极单元， 以所述C4F7N环保混合气体作 为绝 缘介质开展负极性 雷电冲击电压下的放电试验， 确定所述C4F7N环保混合气体的雷电冲击放 电场强E50； 步骤6， 根据所述述C4F7N环保混合气体 的雷电冲击放电场强E50、 待设计C4F7N环保混合 气体设备的放电概 率确定所述C4F7N环保混合气体的耐受场强Es； 步骤7， 根据所述C4F7N环保混合气体的耐受场 强Es与所述待设计C4F7N环保混合气体设 备的裕度系数fm确定所述C4F7N环保混合气体设备中的绝缘气体间隙的场强控制 值E1和所 述C4F7N环保混合气体设备中绝 缘沿面的场强控制值E2。 2.根据权利要求1所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法， 其特征在于， 所述步骤 1中， 根据下式(1)确定所述C4F7N环保混合气体的临界约化场强值(E /p)c： (E/p)c＝242‑221×(1‑k0.43)0.568  (1) 其中， k为C4F7N环保混合气体中C4F7N的体积占比。 3.根据权利要求1所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法， 其特征在于， 所述步骤 2中， 根据下式(2)确定电极表面的第一选择优异值M1： UAC＝(E/p)c×(pd+M1)  (2) 其中， UAC为C4F7N环保混合气体在工频电压下的放电电压值； (E/p)c为所述C4F7N环保混 合气体的临界约 化场强值； p为C4F7N环保混合气体的气体压力； d为第 一电极与第 二电极之 间的绝缘气体间隙的距离 。 4.根据权利要求1所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法， 其特征在于， 所述步骤 3中， 根据下式(3)确定电极表面的第二选择优异值M2： M2＝2.056·K‑0.381  (3) 其中， k为C4F7N环保混合气体中C4F7N的体积占比。 5.根据权利要求1所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法， 其特征在于， 所述步骤 4中， 根据下式(4)确定使用该C4F7N环保混合气体作为 绝缘介质的电极单 元表面粗糙度Ro： [M1,M2]min＝pRo  (4) 其中， p为C4F7N环保混合气体的气体压力， M1为第一选择优异值， M2为第二选择优异值。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374552 A 26.根据权利要求1所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法， 其特征在于， 所述步骤 5中， 根据下式(5)确定所述C4F7N环保混合气体在 负极性雷电冲击电压下的雷电冲击放电场 强E50： E50＝U50％/d  (5) 其中U50％为C4F7N环保混合气体绝缘气体间隙在负极性雷电冲击电压 下的雷电冲击放电 电压值， d为第一电极与第二电极之间的绝 缘气体间隙的距离 。 7.根据权利要求1所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法， 其特征在于， 所述步骤 6中， 根据下式(6)确定所述C4F7N环保混合气体的耐受场强Es： ES＝E50·(1‑3σ )  (6) 其中， E50为所述C4F7N环保混合气体的雷电冲击放电场强， σ 为正态分布的方差， 取值为 5％。 8.根据权利要求1所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法， 其特征在于， 所述步骤 7中， 根据下式(7)确定所述C4F7N环保混合气体设备中第一电极与第二电极构成的绝缘气体 间隙的场强控制值E1和所述C4F7N环保混合气体设备内部的绝 缘沿面的场强控制值E2： 其中， fm为设备绝 缘的裕度系数， Es为所述C4F7N环保混合气体的耐受场强。 9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的环保混合气体电气设备绝缘设计方法设计 的电气设备， 其特 征在于， 包括： 壳体及位于所述壳体内的绝 缘件和电极单 元； 其中， 所述壳体内填充有C4F7混合气体， 所述电极单元包括： 配合使用的第一电极和第二电 极； 所述第一电极和所述第二电极之间具有绝 缘气体间隙； 所述绝缘件连接在所述第一电极和所述第二电极之间， 且所述 绝缘件具有绝 缘沿面； 所述第一电极和所述第二电极表面粗糙度的控制值由第一选 择优异值M1和第二选 择优 异值M2中的较小者与C4F7N环保混合气体的气体压力p确定； 所述绝缘气体间隙的场强控制值E1和所述绝缘沿面的场强控制值E2由所述C4F7N环保混 合气体的耐受场强Es与所述C4F7N环保混合气体设备的裕度系数fm确定。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374552 A 3