中压GIS设备的气室绝缘研究与设计

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1、第31卷第7期华电技术Vo1．3lNo．72009年7月HuadianTechnologyJu1．2009中压GIS设备的气室绝缘研究与设计刊、纪东(上海天灵开关有限公司，上海201808)摘要：分析了SF6气体的绝缘特性，对SF气体间隙及沿面绝缘进行了工程计算并对绝缘结构进行了设计，选择了主要的绝缘器件。通过套管进行了耐压试验，取得了满意的效果。关键词：柜式气体绝缘金属封闭开关设备；SF气体绝缘特性；气体绝缘压力；绝缘件；结构设计中图分类号：TM21：TM591文献标志码：A文章编号：1674—1951(2009)07—0024—04现象。0引言(2)

2、局部放电更易发展成间隙贯穿。在不均匀柜式气体绝缘金属封闭开关设备C—GIS(Cu—电场中，s气体间隙的局部放电起始电压与间隙bicleTypeGasInsulatedSwitchgear)，是高压气体绝击穿电压很接近，而相同条件下空气间隙的局部放缘开关设备GIS(GasInsulatedSwitchgear)产品向中电起始电压比间隙击穿电压低很多，因而，在不均匀压领域拓展形成的高新技术产品。它将断路器、隔电场中，s气体间隙的绝缘性能有可能与空气相离开关、接地开关等高压元件装在密封的金属柜体近甚至更低。中，内充低压力的气体作为绝缘介质，以电缆终端作根据这一

3、特点，在设计C—GIS绝缘结构时，应为进出线，现已逐渐发展成为金属封闭开关设备的使试验电压下的最大场强值低于局部放电起始电重要品种之一_】J。中压C—GIS是利用低压力的压，以保证产品顺利通过型式试验所规定的耐受s气体或混和气体作为绝缘介质，通过固体绝缘电压。件及特定的绝缘结构将高压导电部分或高压元件密(3)SF气体绝缘具有极性效应。在sF均匀封或金属封闭，以达到使设备耐受额定绝缘水平的电场中，因两电极电场分布完全对称而无极性效应；要求，绝缘结构是决定产品绝缘水平的最主要环节，在不均匀和极不均匀电场中，负极性击穿电压高于绝缘结构的设计是产品开发的重点和难

4、点。正极性；在稍不均匀电场中，负极性击穿电压一般低于正极性击穿电压，C—GIS产品的冲击耐压绝缘水1SF气体绝缘特性平通常决定于负极性击穿电压值。(1)电场的不均匀度对s气体绝缘特性有较(4)SF气体绝缘具有电极表面状态效应。sF6大影响。在均匀电场中，s气体的绝缘性能十分气体中电极电晕起始电压主要受电极表面状态(形优良，在一定的气压P值范围内，s气体间隙的放状和表面粗糙度)的影响，受电极距离的影响次之。零件表面粗糙度的增大和凸起部分曲率半径的减小电特性符合巴森定律。在均匀电场中，sF气体临界击穿场强E与气压P的临界比值E／p为885均会导致间隙击穿电压

5、的降低。此外，导电微粒附kV／(em·MPa)，而空气中为294kV／(cm·MPa)。着在电极表面相当于增大了电极表面粗糙度，也会导致击穿电压的降低。可见，在均匀电场中，sF气体间隙的击穿场强大约是同等空气间隙的3倍。在实际的S电器结构在此项研究中，应关注以下2个方面的内容：(1)C—GIS电器设备中主要使用稍不均匀电中，均匀电场是不可能有的，现行设计主要使用稍不均匀电场，s气体间隙击穿电压将低于空气的3场，不能单纯依靠加大间隙距离来提高击穿电压，更重要的是改善气室内的电场分布。倍。随着电场不均匀程度的提高，s气体间隙击穿电压与空气间隙的击穿电压的差值

6、逐渐缩小，甚(2)不能将空气中的绝缘设计方法照搬到s气体中的绝缘设计中，假如以空气间隙绝缘强度的至出现sF气体间隙50％放电电压低于空气间隙的现象。此外，在稍不均匀电场中，随着电极距离的某一倍数去设计sF6气体绝缘系统，不会有满意的结果。在设计时，要注意s气体绝缘的极性效应、增加，击穿电压的增长将逐步减慢并会出现饱和的电极表面状态效应及其他与空气绝缘不同的一些收稿日期：2009—02—26特点。第7期孙纪东：中压GIS设备的气室绝缘研究与设计·25·表1SF气体间隙的工程击穿场强。2气室充气压力的确定2．1SF气体绝缘性能与压力的关系S气体间隙的击穿电压

7、随SF6气压的增大而提高，按均匀电场考虑的球对板间隙随着气体压力注：p为绝对气压，MPa。的升高，其击穿电压同时也成比例地上升；而按不均将40．5kVC—GIS产品的额定绝缘水平值作匀电场考虑的棒对板间隙随着气压的升高，击穿电为击穿电压，设充气压力P=0．14MPa，结合柜内电压几乎没有变化。在C—GIS产品设计时，仅靠增极结构的变化，卵值取0．25～0．50。大间隙距离和提高s气压来提高间隙的绝缘水平(1)按50Hz工频耐压计算间隙距离。不是主要手段，更重要的是应改善电场分布。sEb=65×(10×0．14)。"=83．10(kV／cm)。产品的耐受电

8、压并不仅仅取决于充气压力，在设计相间、相对地击穿电压设定为95kV，则d。=C—