中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计

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1、中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计中压气体绝缘金属封闭开关设备是体现了新的设计理念、新的制造工艺的一类产品，主要包括二大类：C-GIS和气体绝缘二次配电开关设备。与常规开关柜有许多不同之处，发展的时间有限，需要进一步去探索设计、制造、检验、生产管理等诸多方面，增加产品品种、提高产品质量、降低成本。1.中压气体绝缘金属封闭开关设备的　主要技术基础1.1低压力SF6气体或混合气体的绝缘技术1.1.1SF6气体或混合气体的绝缘特性高压电器中绝缘件的设计和绝缘距离的确定是以绝缘件表面、内部，电极表面，或气体间隙的许用场强为依据的。电场不均匀程度对SF6气体击穿电

2、压的影响远比空气为大。因此，在绝缘结构设计时应采取各种措施使之避免。SF6电器设备中要使电场设计的完全均匀几乎是不可能的，因而在设计中大多采用稍不均匀的电场结构。需要指出的是：⑴随着间隙距离的增加，电场不均匀程度亦增加，击穿电压的增加愈来愈慢，电压增加出现饱和现象。因此SF6电器设备中不能单纯依靠加大间隙距离来提高击穿电压，改善电场分布更为重要。⑵提高SF6气体的压力是提高击穿电压的有效措施，但会受到强度、刚度、密封性的制约。⑶稍不均匀电场中存在极性效应，负极性的击穿电压低于正极性。⑷不均匀电场中正极性的击穿电压低于负极性。⑸根据空气中的结果，并假设SF6和

3、空气间的绝缘强度的某一倍数去设计SF6气体系统不会得出满意的结果。⑹不均匀电场的情况下，在冲击中，由于形成空间电荷所需的时间几乎是没有的，所以不取决于气体压力，在可选用的范围内即使让压力上升闪络电压也不上升。1.1.2SF6气体绝缘性能与浓度的关系1.1.3SF6气体绝缘性能与压力的关系1.1.4三种物质接触点的作用三种物质接触是指金属电极与固体绝缘子接触时，其周围的绝缘介质是SF6气体，而在金属电极与固体绝缘子接触线（点）上也与SF6相接触，称为三物质接触。由于SF6气体的介电常数比固体绝缘材料的小，在三种物质接触点上介电常数小的一侧电场强度升高，容易出现

4、碰撞电离并发展成沿面闪络，是绝缘上的薄弱环节。1.1.5支柱绝缘子的设计对支柱绝缘子和绝缘拉杆的基本要求是：⑴有足够的绝缘强度，能够长期承受运行电压作用，无明显局部放电和老化现象，并能短时耐受绝缘水平规定的工频电压和冲击电压。⑵有足够的机械强度，能承受开关操作的作用力，装配中与运输中的冲击力，以及短路电流的电动力等。1.2低压力压缩空气绝缘技术由于压缩空气的获得、处理要比SF6气体经济得多，也没有SF6气体的温室效应问题，用其作绝缘介质对社会和用户都有益。各种电极形状在较低压力的压缩空气中的绝缘特性有一些参考文献报导过，但是能在设计中直接应用的数据还很少，需

5、对各种电极形状的绝缘特性做一些实验研究。压缩空气中棒板间隙的直流闪络电压1.3低压力气体中的载流与散热对于小电流C－GIS，在温升方面不存在问题。大电流C－GIS温升是难点。解决温升主要是通过降低发热量、降低电流密度、增强辐射和传导来解决，可采取的措施：⑴降低导体损耗，控制导体电阻率，降低电流密度，降低回路电阻，提高接触压力；⑵降低涡流损耗；⑶提高辐射率；⑷增大散热表面积以及使用散热器；⑸提高耐热性能；⑹采用冷却技术。1.4真空断路器的开断技术发展经过十多年的发展，真空断路器的开断技术有了较大提高，开断能力强、电寿命长、可靠性高，灭弧室部分免维护，允许开合额

6、定短路开断电流的次数多在20次以上，特别适合于要求频繁操作的场所。这些优点是其它断路器无法比拟的，特别适合在中压C－GIS中配置。2.中压C-GIS的特点及设计2.1概述2.1.1C－GIS的发展简史及特点柜式气体绝缘金属封闭开关设备，国际上简称C－GIS或有称GIS，是一种用于10～35kV或更高电压输配电系统以接受或分配电能并能对电力系统正常运行和故障情况下实行控制、保护、测量、监视、通讯等功能的新型开关设备。2.1.2C─GIS是技术进步的产物⑴绝缘技术的进步高压开关设备随着时代的前进在不断地发生变化，技术水平在不断地提高；经历了敞开式、柜式（金属封闭

7、）、分相GIS、三相共箱GIS、C－GIS的变化过程，结构状态也经历了敞开、封闭、密封、元件复合化、设备复合化的变化过程，与之相应的绝缘技术也从空气绝缘、油绝缘、大气复合绝缘、高压力SF6气体绝缘、低压力气体绝缘、SF6复合绝缘的变革与发展。C－GIS就是低压力气体绝缘、复合绝缘、固体绝缘技术发展的产物。⑵密封箱体制造技术的进步密封箱体的制造充分利用现代先进的板材下料、折弯、焊接设备以及氦气检漏技术，使密封箱体的精度、刚度提高，漏气率降低。密封箱体加工技术的提高给中压C－GIS的发展提供了基础条件。⑶工程实际的需要40.5kV及以下电压等级的开关柜采用空气和

8、固体绝缘的复合绝缘技术，应用中虽没有大的问题，但仍存