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摘要：CF_3l/N_2混合气体是现在业内公认的能够取代SF_6气体，在气体绝缘设备当中进行应用的一种气体。为了能够让气体更好的应用在气体绝缘设备当中，需要对其进行放电后所产生的副产物进行研究。在对其进行研究时，将以密度泛函理论为基础，并结合BFGS算法对该气体在放电后副产物分子进行研究。同时还利用GGA-PBE算法对该气体放电后副产物的分子能量进行了研究，进而得出CF_3I/N_2由C_2F_6，C_2F_5I和I_2组成。其中C_2F_5I为气体产物，I_2为固体产物，
关键词：CF_3l/N_2；混合气体；放电；副产物
前言
CF_3I气体因为具有无毒无味，并且不能燃烧，以及全球变暖潜能值低于5，大气寿命值为0.005a，臭氧消耗潜能值在零等显著优点，所以其被业内公认为能够取代六氟化硫的气体。这种气体不仅具有非常好的环保效果，而且其还具有非常显著的绝缘性能，因此，在国内外对其进行研究时，很多人从绝缘性能以及环境效应和液化温度等方面对其应用前景进行综合性的分析，最终得出结论认为其能够与氮气进行结合，进而替代六氟化硫。但是在气体进行通电作用时，气体绝缘设备中后来发生放电现象，这种现象会导致元气体验发生化学反应，进而对气体绝缘性能产生非常严重的影响，严重时甚至会危害气体绝缘设备的相关构件。因此在本文中，笔者就将对这种气体在放电后所产生的副产物进行研究。
1.副产物相关能量的计算
1.1计算所需公示
在进行副产物的分析时，首先要对副产物所具有的能量进行计算，本文进行计算是以基于电子密度的泛函数来进行电子相关能量的模拟，其中涉及到的能量主要包括动能，电子核吸引能，排斥能，交换相关能等。在进行计算时，所需要用到的方程为KS方程：
在进行实际计算时所采用的软件是Material Studio软件，通过气简历副产物的分子模型，然后在结合BFGS算法对潜在副产物分子的能量进行计算。
1.2结果
通过计算能够得到，能够得到CF3I分子以及其所产生的放电副产物可能表现出的分子形态，将所得到的分子形态以及相关结构与参考文献进行对比，能发现与文献中所描述的各项数据基本吻合，因此可以证明，经过此次计算所得到的分子结构以及分子模型都是可靠的。
副产物的生成是需要一定的过程的，在进行副产物生成时，的化学键最容易断裂，一旦进行放电，在此基础上，分子的化学键就会出现断裂，形成自由基电子。在此过程中所产生的自由基电子是后续所产生的一系列费用的基础，当电子所存在的，空间存在电场力时，带电粒子就会受到电场力的作用，在电场中进行加速，从而与未进行断裂的分子进行碰撞，然后再产生一系列的电离以及解离反应。在这个过程当中，电子所携带的能量大小，将会对分子出现解离以及电离现象产生非常重要的影响。
自由基的生成需要经过一定程度的化学反应来实现，因此，我们能够通过仿真计算，对其化学反应过程进行模拟。由模拟计算可得CF3I解离能和文献中所记载的数值大致相同。并且CF3I分子在进行电离和解离时，所产生的电离能远远大于解离能，由情况可以判断出CF3I才产生自由基电子时，是直接由解离所产生，并不是发生电离。
2.试验验证
在本文中通过计算得出的结论中，我们能够发现，该混合气体在进行过放电时会产生多种气体，其中包括C2F6，C2F4，C2F5I，I2。为了能够对这一得出的实验结论进行验证，并确保其准确性，在此我们还可以通过气相色谱质谱联用法和离子色谱法对该混合气体进行直流击穿，然后对其击穿所产生的气体和固体成分进行研究分析。
在进行这项击穿试验时，所采用的是载体为腔体结构，形状为圆柱，该圆柱腔体能够承受最高为1.0MPa的气压。在进行击穿试验时需要通电，所采用的电极结构为平板电极，电极的材料为不锈钢材质。在进行击穿试验之前，需要向腔体内进行混合气体的注入，平板电极并不能进行持续性的实验，每经过30次试验之后，需要增加负极性直流电压。在进行击穿试验时，还需要采用升压法，升压时的速率保持在一千伏每秒，整个击穿过程持续的时间为两分钟左右。当实验结束之后，需要用到气相色谱质谱联用仪对集团试验所得到的气体成分进行综合性的检验以及分析。
通过分析，能够发现，在实验结束之后进行放置的期间，放置时间长短将会对击穿实验所产生气体的产物造成一定的影响。在本文中所放置的时间主要为短期一天，长期十天以上。在长期以及短期放置时间段内，气体产物组成成分会有不同程度的变化。未经过击穿实验，进行长期或短期放置的气体的组成成分，主要为CF3I。而经过击穿试验之后进行短期以及长期放置后，气体的组成成分主要为CF3I和N2，两者所占比例均在50%左右。
通过以上实验数据，能够发现在气体组成成分当中并未检测到C2F6，究其原因，可以总结为其对存放时间过长导致气体分解。因为在实验室的环境当中进行实验受到时间条件所限制，所以当放电试验结束之后，讲，实验所用到的气体，在充入到空的气瓶当中，进行GC-MC试验，这个过程所需要的时间可能会远远超过24小时，在此时间段内C2F6就会渐渐的分解，并且还原成CF3I气体。将此结果与参考文献进行对比，发现结果不符并且相反，出现这种结果的原因，是因为在此试验当中进行试验的气体为混合气体，而在文献当中所提到的试验结果是由纯气体来进行所得到的。由此可以说明，在气压较高的条件下，并且气体为混合气体时，C2F6更容易分解成CF3I，
3.结束语
综上所述，在击穿试验当中，能够发现CF3I/N2混合气体当中放电所产生的副产物并没有C2F4。其主要放电副产物，包括C2F6，C2F5I，I2。并且C2F6在N2含量较高的时候会很容易还原成CF3I，C2F5I也会还原成CF3I，只是速度较慢。I2则是主要以固体在电极表面进行附着。副产物的产生我会想这样的混合气体的绝缘性能，但是因为副产物在一定时间之后会逐渐还原成CF3I，所以混合气体的绝缘性能在一段时间之后会进行恢复。
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论文作者:龙方宇1,金辉1,许毅1,陈荣旭2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/27
标签：气体论文; 副产物论文; 分子论文; 对其论文; 电极论文; 能量论文; 电离论文; 《电力设备》2017年第35期论文;