新型环保绝缘气体1-C3F6和CO2混合气体能否取代六氟化硫气体？

六氟化硫气体是一种无色、无味、无毒的惰性气体，距今已经有了一百多年的发展历史，具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能。其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍,击穿电压是空气的2.5倍,灭弧能力是空气的100倍,是一种优于空气和油之间的超高压绝缘介质材料，在电气设备上被广泛运用，比如断路器、高压变压器、气封闭组合电容器、高压传输线、互感器等。然而,SF6气体却属于温室气体,有可能导致变暖，它的全球变暖潜能值（GWP）约为二氧化碳的23900倍，在大气中能够存活3200年，会造成严重的温室效应，故而在“碳中和”和“碳达峰”的世界发展大背景下，SF6是否退出历史舞台就值得我们电气人深思了。

早在2014年，国际上就有电气巨头在研究六氟化硫替代性新型绝缘气体混合物。该电气企业表示这一替代型气体混合物与目前用于开关设备中的六氟化硫气体具有类似的绝缘性能，但由于其具有极低的温室效应，会极大地降低对环境的影响。在同样的电压等级下，使用这种新气体混合物的气体绝缘开关设备(GIS)，在其整个生命周期可以将二氧化碳排放量减少50%。

然而时过七年，这新型气体混合物依然无法取代六氟化硫气体的霸主地位。不过，近些年，国内也在深入研究新型环保绝缘气体。南方电网公司六氟化硫重点实验室、西安西电电气研究院联合发文《新型环保绝缘气体1-C3F6与CO2混合气体的绝缘性能研究》，文中提到1-C3F6与CO2混合气体或可能取代SF6。关于1-C3F6的特性研究最早始于Aschwanden和Biasiutti，他们在充气压力为0.07~2bar条件下，研究了其介电强度，发现20摄氏度，0.87bar的条件下，1-C3F6与SF6临界击穿场强相当。2015年，Wada等科学家研究发现1-C3F6的混合气体GWP降低到SF6的0.26%时，介电强度依然可以保持在SF6的84%水平，可见1-C3F6拥有替代SF6在中压设备中应用的巨大潜力。南网六氟化硫重点实验室周永言团队在研究CO2、N2和干燥空气作为缓冲气体过程中，发现1-C3F6和CO2混合气体体系表现出较好的绝缘性能，在试验过程中发现了该混合气体饱和蒸汽压特征和在不同电极结构和电压特性下的绝缘特性变化规律，在均匀电场（板板电极）中，1-C3F6气体分压为1.25bar时，1-C3F6纯气体工频击穿电压为49.8kV，与SF6的绝缘水平相当，在各个充气压力下，1-C3F6和CO2混合气体的工频击穿电压都比C5F10O空气混合气体高，随着电极距离和充气压力的增大，1-C3F6和CO2混合气体的绝缘强度线性升高。该研究团队最终得出结论，在均匀电场条件下，可通过提高混合气体充气压力来增强冲击和工频电压的耐受强度，在中压电气设备中，1-C3F6和CO2混合气体具有进一步产品化应用研究的价值，可作为六氟化硫替代气体进一步研究。

在双碳大环境下，日升研究院也将持续密切关注和研究新型可替代六氟化硫的新型气体，并将联合国内外实力团队，考虑共同研发1-C3F6和CO2混合气体等新类型环保型电气设备，为国内输配电行业指明方向，为双碳事业发展提供可行性方案。