C4F7N/CO2/O2三元气体混合物中氧含量对含Al2O3的环氧树脂表面闪络及表面降解的影响

《Scientific Reports》：Effect of O2 content on AC surface flashover and surface degradation of Al2O3-filled epoxy resin in C4F7N/CO2/O2 ternary gas mixtures

　　

摘要

在环保型C₄F₇N/CO₂气体中引入适量O₂，可以有效抑制C₄F₇N的深度分解，提升混合物的初始闪络电压。因此，这种兼具绝缘性能与环境友好性的三元气体混合物已被用于某些SF₆替代方案中。不过，O₂含量对气-固界面闪络行为的影响尚未得到充分研究，而且现有多数三元气体配方中的O₂比例也缺乏明确界定。为确定最佳的氧气混合比例，研究人员设计并搭建了气-固界面放电实验装置，从而能够在不同的气体压力和O₂浓度下，系统研究C₄F₇N/CO₂/O₂三元混合物的闪络特性，以及其对环氧树脂表面降解的影响。通过将O₂体积分数从0调整到13%，气体压力从0.1 MPa调整到0.4 MPa，分析了混合气体对初始闪络电压的调节作用，以及该作用与绝缘表面形态变化之间的关联。研究结果表明，适当添加O₂能够提升混合物的绝缘性能，在相对较高的气体压力下，当O₂含量为8%时，其闪络性能最为优异。然而，当O₂含量超过10%时，降解痕迹会加剧积累，从而导致明显的碳化及热损伤。具体而言，持续的高压闪络会严重侵蚀环氧树脂基体，使内部的氧化铝颗粒暴露出来；在这种条件下，引入的氧气会显著增强放电的氧化作用和热效应，进而加剧界面碳化及整体绝缘性能的下降。