图1 气固绝缘系统局部过热试验平台
Fig.1 Partial overheating experimental platform for gas-solid insulation system
摘要 C3F7CN/CO2混合气体被认为是当前最具潜力的SF6替代气体。研究局部过热缺陷下环保型气固绝缘系统的劣化特性，可以为环保型气体绝缘电气设备的运维提供参考。该文搭建了局部过热模拟试验平台，开展C3F7CN/EP在不同温度下的劣化试验，获得气体分解产物随温度和时长的变化特性、EP表面物化特性和C3F7CN/EP气固绝缘系统劣化后的电气特性。结果表明：局部过热分解产物主要有CF4、CHF3、CF3CN、C3H3F3、C3F6、C2N2、C2H6、C2F4、C3F8，625℃下局部过热10h后混合气体的击穿电压下降了20.38%；环氧树脂在105℃时不分解，279℃时开始分解，400℃和625℃时完全被破坏，环氧树脂表面发生了C-C、C=C、C-O键的断裂；相比未老化试样，279℃时环氧树脂试样的冲击闪络电压下降了约6.4%；局部过热后主要气体分解产物的相对绝缘强度比C3F7CN略差；基于密度泛函理论（DFT）分析了C3F7CN/EP劣化机理，EP表面的C链在局部高温的作用下断裂，带隙减小，电导率增大，闪络电压下降；提出C3H3F3气体可作为诊断C3F7CN/EP绝缘系统过热分解的特征产物。
关键词：C3F7CN/CO2混合气体 局部过热 气固绝缘 环氧树脂 绝缘劣化
全氟异丁腈（C3F7CN）气体绝缘和灭弧性能优异，温室效应潜能仅为SF6气体的十分之一，是目前最具潜力的SF6替代气体[1-2]。C3F7CN在大气压下的液化温度为−4.7℃，在工程应用中需要将C3F7CN与CO2、N2、干空气或其他缓冲气体混合[3-5]，研究表明C3F7CN/CO2混合气体具有良好的绝缘和灭弧性能[6-8]。当气体绝缘设备内部存在接触不良、磁饱和、磁短路等缺陷或过载故障时，会导致设备内部产生局部过热现象，研究表明SF6气体过热分解产物会腐蚀环氧树脂和金属导杆，影响设备绝缘性能[9-11]。因此在C3F7CN实际应用于气体绝缘设备之前，有必要研究C3F7CN/环氧树脂（Epoxy Resin，EP）绝缘系统在局部过热下的劣化特性，这对设备绝缘状态的评估具有重要意义。
近年来，国内外学者和机构针对C3F7CN气体的过热分解特性开展了不少研究工作。3M公司的John Owens通过试验的方式研究了纯C3F7CN气体在高温下的分解过程，结果表明C3F7CN气体在温度120℃下保持6个月未检测出气体分解产物，C3F7CN在陶瓷试管和铬镍合金试管中的起始分解温度分别为700℃和625℃，其完全分解温度约为825℃[6]；西安交通大学的张博雅等[12]对C3F7CN/CO2混合气体在过热条件下的分解特性进行了试验和计算研究，结果表明，C3F7CN/CO2混合气体大约在700℃左右产生明显分解，主要产物为CO、C2F6、C3F6、C3F8、CF3CN和C2N2；湖北工业大学的张晓星等[13]利用分子动力学与密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）相结合的研究方法，发现C3F7CN气体、C3F7CN /CO2混合气体在过热条件（1 900～2 400K）下会分解产生CF3·、CF3CFCN·、C3F7·、CN·、C2F6CCN·、F·等自由基。已有的报道中多为C3F7CN及其混合气体的过热分解特性，鲜有针对C3F7CN/EP气固绝缘系统劣化特性的报道。
为了进一步揭示C3F7CN/EP绝缘系统劣化机制，本文在C3F7CN/CO2混合气体中模拟了气固绝缘系统局部过热的劣化过程，获得了混合气体分解特性、EP表面物化特性及气固绝缘系统劣化后电气特性，最后分析了气固绝缘系统劣化机制。研究可为C3F7CN/CO2气体绝缘电气设备的绝缘评估提供理论和实践指导。
本文搭建了一套气固绝缘系统局部过热模拟试验平台，包括试验腔体、局部过热缺陷和PID控制系统等，如图1所示。局部过热缺陷为镍铬合金发热体，直径20mm，长度250mm。环氧树脂片状试样由平高集团有限公司提供，为酸酐固化的掺杂了微米Al2O3颗粒的环氧树脂，半径60mm，高度1mm。实验气室体积约为40L，气室可承受最高气压为1.0MPa。实验过程中，发热体温度分别设置为105℃（环氧树脂玻璃化转变温度）、279℃（环氧树脂熔融温度）、400℃（环氧树脂完全分解温度）和625℃（C3F7CN气体分解温度），局部过热持续时间为10h。
图1 气固绝缘系统局部过热试验平台
Fig.1 Partial overheating experimental platform for gas-solid insulation system
参考文献[14]中方法，试验前完成清洁、密封、抽气、洗气、充气等操作[14]，在室温下静置24 h待气体充分混合。充入的C3F7CN/CO2混合气体比例为5:95，气压为0.25 MPa。C3F7CN气体为3M公司提供，纯度为99.9%；CO2气体由北京氧利来公司生产，纯度为99.999%。
试验所用的检测仪器为Agilent 5975C/7890A气相色谱质谱联用仪，色谱柱的型号为Agilent GS-GasPro(30m×0.32mm×0μm)，使用纯度高于99.999%的氦气作为载气。参考文献[14]中的参数设置，对气体分解产物进行定性分析。
待试验结束后，借助扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）对绝缘劣化后环氧树脂的表面微观形貌进行分析，使用傅里叶红外光谱仪（Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTIR）和X射线光电子能谱分析（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）对环氧树脂表面劣化区域进行化学分析。
采用工频交流电压来考察劣化后混合气体的工频击穿特性，使用的腔体如图2所示。试验腔体直径为100mm，高度为100mm，体积约为0.5L，可耐受压力1.0MPa。试验腔体内气体为5%C3F7CN/ 95%CO2混合气体，气压为0.10MPa。腔体内部电极为平板电极，电极间距为3mm，如图3所示。
图2 混合气体绝缘性能试验腔体
Fig.2 Chamber used to obtain the insulation characteristics of gas mixtures
图3 平板电极示意图
Fig.3 Schematic diagram of plate electrode
采用负极性雷电冲击电压来考察劣化后环氧树脂的冲击闪络特性，试验腔体为126kV GIS竖直放置的一节气室，其内部结构如图4所示。该气室为圆柱状，其内径为500mm、高为460mm，设计耐受气压为1.0MPa。试验腔体内气体为5%C3F7CN/95%CO2混合气体，气压为0.25MPa。腔体内部电极系统示意图如图5所示，高压电极为指状电极，圆板电极为地电极，电极间距为10mm。
图4 环氧树脂试样沿面闪络特性试验腔体
Fig.4 Chamber used to obtain flashover characteristics of epoxy resin samples
图5 电极系统示意图
Fig.5 Schematic diagram of electrode system
图6为C3F7CN/CO2混合气体在不同温度下局部过热10h后的总离子流图。可以看出，105℃时混合气体没有发生分解，279℃、400℃和625℃时混合气体分解产物主要包括CF4、CHF3、CF3CN、C3H3F3、C3F6、C2N2、C2H6、C2F4、C3F8。气体分解产物的种类随局部过热温度增大而增多，不同温度下气体分解产物产生情况见表1。
图6 不同温度下气体分解产物总离子流图
Fig.6 The total ion current of gas decomposition products at different temperatures
不同温度下各气体分解产物的相对含量随时间变化情况如图7所示。可以看出，279℃和400℃时出现的分解产物相对含量较少且含量基本保持不变。625℃时出现的分解产物种类变多，部分气体产物的出现时间提前，分解产物的相对含量明显增大，大部分分解产物的相对含量随时间的变化基本上呈线性增加，产气速率明显提高。
表1 不同温度下气体分解产物产生情况
Tab.1 The production of gas decomposition products at different temperatures
产物279℃400℃625℃ CF4√ C2F4√√ CHF3√√ C3F8√ CF3CN√√ C3F6√√√ C2N2√ C3H3F3√√ C2H6√
图7 C3F7CN/CO2混合气体各分解产物相对含量变化
Fig.7 The change of relative content of decomposition products of C3F7CN/CO2 gas mixtures
参考文献[15]中C3F7CN/CO2混合气体局部过热分解的试验结果[15]，C3F7CN/CO2混合气体在700℃时的分解产物为CF4、C2F6、C2F4、CHF3、C3F8、C2F3N、C3F6、C4F10、C3F5N、C2N2和C4F8。CHF3气体的产生可能与腔体内存在的微水和杂质有关，但在700℃下过热72h后无C3H3F3气体产生，这表明C3H3F3气体可作为诊断C3F7CN/EP绝缘系统过热分解的特征产物。
在C3F7CN/CO2混合气体工频击穿试验中，选用在625℃下局部过热10h后的气体和试验前气体，气压为0.1MPa，结果如图8所示。可以看出，625℃下局部过热10h后混合气体的击穿电压下降了20.38%。
图8 局部过热后C3F7CN/CO2混合气体的绝缘性能
Fig.8 The insulation performance of C3F7CN/CO2 gas mixtures after partial overheating
2.2.1 SEM检测
不同温度下环氧树脂表面的SEM测试结果如图9所示。可以看出，105℃时环氧树脂表面形貌几乎没有变化，表面存在一些稀疏分布的凸起或颗粒；279℃时环氧树脂表面出现大量细小颗粒物；400℃时环氧树脂表面基本没有完好区域，大量较大颗粒物呈现出层层交叠的形貌，形成大量孔洞，大颗粒物表面及周围出现大量细小颗粒，同时表面出现了类似撕裂形成的网状拉丝；625℃时劣化后的环氧树脂如图10所示，可以看出环氧树脂完全被破坏。
2.2.2 红外光谱检测
不同温度下环氧树脂表面损伤区域的FTIR测试结果如图11所示。可以看出，与未劣化的环氧树脂相比，环氧树脂整体的红外吸光度随着局部过热温度的提高而大幅下降，环氧树脂原有的化学基团大幅减少，发生严重劣化。105℃时，环氧树脂吸光度减小明显，但主要化学基团种类没有减少。279℃时，非苯基团中C-H键、C-O-C键和环氧基团几乎都检测不到，其他基团的含量很低。400℃时，环氧树脂主要化学基团基本上都已检测不到，环氧树脂分解已极为严重。625℃是C3F7CN气体的分解温度，此时环氧树脂已经完全分解。
图9 不同温度下环氧树脂表面形貌变化情况
Fig.9 The surface morphology changes of EP at different temperatures
图10 625℃下劣化后的环氧树脂
Fig.10 The EP after aging at 625℃
图11 局部过热后EP表面损伤区域的FTIR
Fig.11 The FTIR of EP surface damage area after partial overheating
2.2.3 XPS检测
不同温度下环氧树脂表面损伤区域的XPS测试结果见表2。可以看出，与未劣化的环氧树脂相比，105℃时C、N、O元素相对含量分别约为69%、1%和30%，含量基本保持不变。但此时检测到少量的F元素，F元素有可能来自C3F7CN/CO2混合气体和环氧树脂的界面反应，也有可能是环氧树脂表面对C3F7CN气体及其副产物的吸附。279℃时，环氧树脂表面的O元素含量减少了约2%，N、F元素相对含量分别增加了0.79%和0.61%，表明在279℃时环氧树脂表面的含氧基团开始分解，来自C3F7CN的N、F元素相对含量的增加表明C3F7CN气体已开始分解。400℃时，O元素含量急剧下降至9.70%，C、N、F元素分别急剧增加至81.12%、4.34%和4.83%，环氧树脂表面损伤非常严重，含氧基团大量分解，与400℃下FTIR检测结果符合。同时环氧树脂表面引入大量C3F7CN气体分解产生的N、F元素，此时C元素含量的急剧增加并不意味着环氧树脂表面碳链没有断裂，而是含氧基团急剧减少导致C元素相对含量增加。
表2 不同过热温度下EP表面元素相对含量
Tab.2 The relative content of EP surface elements at different temperatures
元素相对含量(%) 未老化105℃279℃400℃ C68.8568.5869.0381.12 N0.910.741.534.34 O30.2430.2928.459.70 F00.380.994.83
不同温度下环氧树脂表面损伤区域含碳化学键的相对含量见表3。可以看出，随着局部过热温度的升高，环氧树脂表面C-C键的相对含量显著减小，其余含碳化学键（C-F、-CF2、-CF3、C-O、C≡N和C=O）的相对含量基本呈现增长趋势。环氧树脂表面的C链在局部高温的作用下断裂，产生游离态的·C、-CH、-CH2、-CH3等自由基以及含氧基团，同时C3F7CN分子发生裂解，产生游离态的F原子、-CF、-CF2、-CF3、C≡N等自由基，替代环氧树脂C链的部分H原子，在环氧表面引入碳氟键和碳氮三键。环氧树脂与C3F7CN气体分子相互作用，产生各种碳氟类、碳氟氢类气体小分子，导致环氧树脂表面C-C键相对含量大大减小。过热条件下H2O分子断裂产生的-OH键取代了环氧树脂中C-H键的·H自由基，随着过热时间增加，C-O键含量逐渐增加。C=O双键含量的增加源于局部过热过程中酯类化合物的生成。
表3 过热后EP表面损伤区域含碳化学键的相对含量
Tab.3 The relative content of carbon-containing chemical bonds in the damaged area of the EP surface after partial overheating
键结合能/eV相对含量(%) 未老化105℃279℃400℃ C-C (284.6)97.387.5776.7146.27 C-F (287.8) 02.551.704.55 -CF2 (291.0)000.394.56 -CF3 (293.3)0001.90 C-O (286.0)2.15.787.3915.16 C≡N (285.5)03.9011.5121.66 C=O (287.0)0.50.212.295.90
在环氧树脂片状试样冲击闪络特性试验中，选用的试样是局部过热温度为105℃和279℃时的环氧树脂试样和未老化的环氧树脂试样，气压为0.25MPa，结果如图12所示。可以看出，105℃时环氧树脂试样的冲击闪络电压基本上没有变化；279℃时环氧树脂试样的冲击闪络电压发生了小幅下降，下降了约6.4%；局部过热温度为400℃和625℃时的环氧树脂发生了严重劣化，无法测量其冲击闪络电压。
图12 局部过热后环氧树脂试样的绝缘性能
Fig.12 The insulation performance of EP after partial overheating
C3F7CN分子在局部过热条件下共价键会发生断裂，几何结构被破坏，裂解产生游离态的CF3·、CFCF3CN·、F·、C(CF3)2·、CF2CF3CFCN·、CF3(CF3)2·、CN·、CCF(CF3)2·和N·自由基，同时CF3多次裂解形成CF2·、CF·、C·和F·自由基。环氧树脂的引入使分解产物的形成过程更为复杂，酸酐固化的双酚A环氧树脂含有C-C、C=C、脂和苯环等结构，C-C、C=C在高温下分解，形成不同长度的含有C·、CH·、CH2·和CH3·等自由基。这些自由基之间相互反应或者自由基本身进一步裂解，生成较为复杂的气体衍生物。图13是九种主要分解产物的分子结构图。
图13 主要分解产物的分子结构
Fig.13 Molecular structure diagram of main decomposition products
含C、F和N元素的气体产物的形成路径如图14所示，含H元素的气体产物的形成路径如图15所示。
图14 碳氟氮类气体产物分解路径
Fig.14 The formation path of main gas decomposition products
图15 含H类气体产物分解路径
Fig.15 The formation path of H-containing gases decomposition products
C3F7CN/EP绝缘系统在局部过热条件下的主要气体分解产物的形成路径见表4。
表4 气体分解产物的主要形成路径
Tab.4 The main formation of gas decomposition products
气体分解产物形成路径 CF4CF3·+F·→CF4 C2F4CF2·+CF2·→CF4 C3F82CF3·+CF2·→C3F8 CF3CNCF3·+CN·→CF3CN C3F63CF2·→C3F6 C2N22CN·→CNCN CHF3CF3·+H·→CF3H C3F3H3CH3·+CF2·+CF·→C3F3H3 C2H6CH3·+CH3·→C2H6
基于密度泛函理论（DFT），用B3LYP理论并结合6-31++G(d，p)计算了九种主要分解产物的结构、电子密度及GIPF参数，参考文献[16]中建立的介电强度构效关系表达式[16]，获得了九种气体的相对介电强度，见表5。由表5可以看出，气体分解产物的相对绝缘强度都比C3F7CN略差。当气体分解产物的含量较低时，其对绝缘性能的影响并不显著。但C3F7CN/CO2混合气体在长期局部过热条件下，C3F7CN产生了大量甚至完全的分解，那么混合气体的绝缘性能将会发生明显下降。
基于密度泛函理论，用GGA-PBE方法计算断裂环氧树脂分子的能带，相比环氧树脂分子，其C-O键断裂且端部的CH3基团脱离，完整环氧树脂、断裂环氧树脂分子的能带隙分别为3.62eV和2.81eV。按能带理论，聚合物的带隙与其导电性能密切相关，带隙越大，其电导率越小。在局部过热早期，环氧树脂的绝缘性能下降不明显，甚至基本不变，而长期局部过热后环氧树脂表面损伤严重，分子化学键大量断裂，电导率增大，导致闪络电压急剧下降。
表5 几种主要气体产物的相对介电强度
Tab.5 The relative dielectric strength of main gas decomposition products
气体∏/eV CF40.823.410.172.340.580.510.42 C2N20.87362.210.541.270.620.70— CF3CN1.02391.000.341.910.871.381.50 C3F61.2858.340.312.250.630.921.08 CHF30.77114.060.532.020.390.08— C3F81.413.070.132.420.821.190.98 C2F40.9816.910.292.150.530.50— C2H60.854.690.090.750.780.66— C3H3F31.15353.170.591.650.600.88— C3F7CN1.58257.390.232.181.001.952
1）局部过热分解产物主要有CF4、CHF3、CF3CN、C3H3F3、C3F6、C2N2、C2H6、C2F4、C3F8，在625℃下局部过热10h后混合气体的击穿电压下降了20.38%。
2）环氧树脂在105℃时不分解，279℃时开始分解，400℃和625℃时完全被破坏，环氧树脂表面发生了C-C、C=C、和C-O键的断裂；相比未老化试样，279℃时环氧树脂试样的冲击闪络电压下降了约6.4%。
3）环氧树脂表面的C链在局部高温的作用下断裂，带隙减小，电导率增大，闪络电压下降；C3H3F3气体可作为诊断C3F7CN/EP绝缘系统局部过热分解的特征产物。
参考文献
[1] 周朕蕊, 韩冬, 赵明月, 等. SF6替代气体分解特性的研究综述[J]. 电工技术学报, 2020, 35(23): 4998-5014.
Zhou Zhenrui, Han Dong, Zhao Mingyue, et al. Review on decomposition characteristics of SF6 alternative gases[J]. Transactions of China Electrote-chnical Society, 2020, 35 (23): 4998-5014.
[2] Nechmi H E, Beroual A, Girodet A, et al. Fluoronitriles/CO2 gas mixture as promising substitute to SF6 for insulation in high voltage applications[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2016, 23(5): 2587-2593.
[3] 陈琪, 张晓星, 李祎, 等. 环保绝缘介质C4F7N/ CO2/O2混合气体的放电分解特性[J]. 电工技术学报, 2020, 35(1):80-87.
Chen Qi, Zhang Xiaoxing, Li Yi, et al. The discharge decomposition characteristics of environmental-friendly insulating medium C4F7N/CO2/O2 gas mixture[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(1): 80-87.
[4] Preve C, Piccoz D, Maladen R. Validation method and comparison of SF6 alternative gases[C]//46rd International Council on Large Electric Systems, Paris, 2016: D1-205.
[5] Hope A, Britton J A, Rossner M, et al. Dielectrics-trength of SF6 substitutes, alternative insulation gases and PFC-gas-mixtures[C] //Proceedings of the Electrical Insulation Conference, Baltimore, 2017: 209-212.
[6] Owens J. Greenhouse gas emission reductions through the use of sustainable alternatives to SF6[C]//IEEE Electrical Insulation Conference, Montreal, QC, Canada, 2016, DOI: 1109/EIC.2016.7548658.
[7] 张晓星, 陈琪, 张季, 等. 高气压下环保型C4F7N/ CO2混合气体工频击穿特性[J]. 电工技术学报, 2019, 34(13): 2839-2845.
Zhang Xiaoxing, Chen Qi, Zhang Ji, et al. Power frequency breakdown characteristics of environmental-friendly C4F7N/CO2 gas mixtures under high pressure conditions[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(13): 2839-2845.
[8] Tu Youping, Cheng Yi, Wang Cong, et al. Insulationcharacteristics of fluoronitriles/CO2 gas mixture under DC electric field[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2018, 25(4): 1324-1331.
[9] Dervos C T, Vassiliou X, Mergos J A. Thermal stability of SF6 associated with metallic conductors incorporated in gas insulated switchgear power substations[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2007, 40(22): 6942-6952.
[10] 唐炬, 潘建宇, 姚强, 等. SF6在局部过热温度为 300～400℃时的分解特性研究[J]. 中国电机工程学报, 2013, 32(31): 232-240.
Tang Ju, Pan Jianyu, Yao Qiang, et al. Decomposition characteristic study of SF6 under fault temperature between 300～400℃[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 32(31): 232-240.
[11] 王宇, 李丽, 姚唯建, 等. 模拟电气装备过热故障时SF6气体分解组分的体积分数及其特征[J]. 高压电器, 2011, 47(1): 62-69.
Wang Yu, Li Li, Yao Weijian, et al. Analyzing decomposition products in overheat faults simulation to evaluate SF6 gas insulation device[J]. High Voltage Apparatus, 2011, 47(1): 62-69.
[12] Li Chen, Zhang Boya, Yang Tao, et al. Thermal decomposition characteristics and kinetic analysis of C4F7N/CO2 gas mixture[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2020, 53(5): 3425-3430.
[13] 张晓星, 陈琪, 李祎, 等. 环保型绝缘介质的分解C3F7CN/CO2机理[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(24): 7174-7182, 7444.
Zhang Xiaoxing, Zhen Qi, Li Yi, et al. Decomposition mechanism of environmental-friendly insulating medium C3F7CN/CO2[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(24): 7174-7182, 7444.
[14] Wang Cong, Ai Xin, Zhang Ying, et al. Decomposition products and formation path of C3F7CN/CO2 mixture with suspended discharge[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2019, 26(6): 1949-1955.
[15] 杨韬, 张博雅, 李兴文, 等. 不同故障工况下C4F7N/CO2混合气体分解产物的实验研究[J].高电压技术: 1-11. https//doi.org/10.13336/j. 1003-6520. hve.20201359.
Yang Tao, Zhang Boya, Li Xingwen, et al. Experimental study of decomposition products of C4F7N/CO2 mixture under different fault conditions [J].High Voltage Engineering: 1-11. https//doi. org/ 10.13336/ j.1003-6520.hve.20201359.
[16] 侯华, 余小娟, 周文俊, 等. 绝缘气体介电强度的构效关系[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(11): 2477-2484.
Wang Baoshan, Yu Xiaojuan, Zhou Wenjun, et al. Theoretical investigations on the structure-activity relationship to the dielectric strength of the insliation gases[J]. Chemical Journal of Chinese Universities, 2018, 39(11): 2477-2484.
Degradation Characteristics of C3F7CN/Epoxy Resin on Partial Overheating
Abstract C3F7CN/CO2 gas mixtures is considered to be one of the most potential SF6 alternative gases. The research on the degradation characteristics of environmental-friendly gas-solid insulation systems on partial overheating defects can provide a reference for formulating the operation and maintenance strategy of environmental-friendly electrical equipment. In this paper, a partial overheating experimental platform was established, and the degradation experiments of C3F7CN/EP at different temperatures were carried out and the characteristics of gas products with temperature and aging time, the physical and chemical properties of EP surface and the electrical characteristics of C3F7CN/EP insulation system were obtained. The results showed that the main decomposition products are CF4, CHF3, CF3CN, C3H3F3, C3F6, C2N2, C2H6, C2F4 and C3F8. The breakdown voltage of the C3F7CN/CO2 gas mixtures after 10 hours of partial overheating at 625℃ decreases by 20.38%. The EP doesn’ t decompose at 105℃, begin to decompose at 279°C, EP is completely destroyed at 400℃ and 625℃, the C-C, C=C, and C-O bonds of the EP surface has broken. The flashover voltage of the EP at 279°C drops by about 6.4% compared to the unaged sample. The relative dielectric strength of gas decomposition products after partial overheating is slightly worse than that of C3F7CN. The degradation mechanism of C3F7CN/EP was analyzed based on the density functional theory (DFT), the C chain on the surface of EP breaks on the action of partial high temperature, the band gap decreases, the conductivity increases and the flashover voltage drops. It is proposed that C3H3F3 gas is a marker product for diagnosing partial overheating decomposition of C3F7CN/EP insulation system.
keywords：C3F7CN/CO2 gas mixtures, partial overheating, gas-solid insulation, epoxy resin, insulation deterioration
DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.201724
中图分类号：TM855
曹人杰 男，1996年生，硕士研究生，研究方向为电气设备外绝缘与气体放电。E-mail：18638652521@163.com
王 璁 男，1980年生，博士，高级工程师，研究方向为电气设备外绝缘与气体放电。E-mail：cong@ncepu.edu.cn（通信作者）
北京市自然科学基金资助项目（3192038）。
收稿日期 2020-12-31
改稿日期 2021-03-24
（编辑 郭丽军）