CN1092212A

CN1092212A - 封闭导电体装置

Info

Publication number: CN1092212A
Application number: CN94101372A
Authority: CN
Inventors: 山极时生; 远藤奎将; 浅野和俊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1994-09-14
Also published as: EP0610768A1; JP3178141B2; DE69402580T2; JPH06237517A; US5798484A; DE69402580D1; EP0610768B1

Abstract

在一种充满气体的封闭导电体装置中，从一侧绝缘子隔板向另一侧绝缘子隔板逐渐减小导电体的横截面而至少使得导电体底部的表面呈倾斜状形状。这样，导电体和接地外壳的底面间的空间距离随远离绝缘子隔板而增大。因而，导电杂质微粒能够从绝缘子隔板的表面离开并被导电杂质微粒收集装置所收集，从而避免了导电杂质微粒在绝缘子隔板上的聚积。因此，封闭导电体装置的绝缘可靠性得到加强，而且装置的尺寸和重量也减小。

Description

本发明从广义上涉及电力转换设施，具体地说涉及一种用于DC电流输送的封闭导电体装置。在这种封闭导电体装置中，一种绝缘气体和一个导电体被密封在一个管状的外壳中。

就封闭导电体装置这样的用于DC电流输送的、使用气体绝缘的设备的电气绝缘而言，一个重要的问题就是由于导电的杂质微粒被偶然地包含在设备中使绝缘性能下降。与类似的AC电流输送设备不同，在DC电压作用下的电场总是指向某个预定的方向，因而当设备中的某个导电杂质微粒一旦被该电场提升起来以后，如果这种提升条件维持着，该导电微粒就会运动到某个高压导电体上。结果，导电杂质微粒就会聚积在诸如某部分高电场处和绝缘子表面上，这样就会对这些设备的绝缘性能构成威胁。

为了克服上述问题，已经公开了一些利用导电杂质微粒在电场下的特征特性的措施，比如把管状外壳倾斜布置和在外壳底面上提供一种导电杂质微粒收集装置。例如在第397期日本电气工程师协会的技术报告（第二部分）《气体绝缘开关站中的DC绝缘》（1991年12月号，第12页）一文中所介绍的。

然而，DC电压作用下的导电杂质微粒的特性如前面所解释的那样，因而导电杂质微粒一旦被提起就很容易到达高压导电体的一侧，因而诸如将外壳表面倾斜这样的措施是不充分的。

本发明的目的就是提供一种封闭导电体装置，这种封闭导电体装置通过引入一种更可靠的导电杂质微粒收集方法改善了绝缘可靠性并减少了装置的尺寸和重量。

根据本发明，在用于气体绝缘设备的封闭导电体装置中，多个绝缘子隔板被布置在一个接地的外壳中，一个导电体被绝缘地支撑在两块绝缘子隔板之间，一种绝缘气体被密封在这个接地外壳中。通过诸如从一个绝缘子隔板到另一个绝缘子隔板的方向逐渐减小导电体横截面面积而至少使导电体的底侧表面呈倾斜形状。

当把DC电压加至导电体上时，导电杂质微粒就会重复出现上下跳跃的现象，这是因为接地外壳底面上的导电杂质微粒会带电并被吸引朝着导电体运动（导电体带的电荷与之极性相反）并与导电体产生碰撞，因而该多个导电杂质微粒的极性就与导电体的极性相同了，这样它就又会落回接地外壳的底面上。然而，由于导电体的表面是倾斜的，导电体与接地外壳的底面间的空间距离随着远离绝缘子隔板而增大，所以导电杂质微粒就会集中在倾斜表面与接地外壳的底面的空间距离最大处的低电场位置处并在此被收集起来。因此这样就避免了导电杂质微粒在绝缘子隔板表面上的积聚，从而增强了用于气体绝缘设备的封闭导电体装置的绝缘可靠性。

图1是表示根据本发明的封闭导电体装置的一个实施例的截面图;

图2是用来解释本发明如图1所示的实施例功能的原理特性图;

图3是表示根据本发明的封闭导电体装置的另一个实施例的截面图;

图4是表示根据本发明的封闭导电体装置的另外一个实施例的截面图;

图5是表示根据本发明的封闭导电体装置的一个进一步的实施例的截面图;

图6是表示根据本发明的封闭导电体装置的又一个更进一步的实施例的截面图;

图7是表示根据本发明的封闭导电体装置的另一个更进一步的实施例的截面图;

图8也是表示根据本发明的封闭导电体装置的又一个更进一步的实施例的截面图。

下面参考图1对本发明的一个实施例进行解释。图1表示了用于气体绝缘设备的一种封闭导电体装置，该装置将一条母线或一个导电体置于一个封闭的充气管状外壳中。

接地外壳1有许多个，每一个都是圆柱形的。在接地外壳1里用螺栓和螺母将多个绝缘子隔板2A和2B固定并支撑在两个接地外壳1的凸缘之间。一个基本上是圆柱形的中央导电体3被放置在一对绝缘子隔板2A和2B之间。

中央导电体3与一个连接导电体21相连，连接导电体21由隔板2A、2B支撑。中央导电体3的直径从连接导电体21处的直径D1逐渐减小到其中央部分的直径D2，从而形成了一个倾斜的表面3A。也就是说，倾斜表面3A是通过从一个绝缘子隔板2A一侧开始朝另一绝缘子隔板2B的方向将中央导电体3的直径从D1逐渐减小到D2而形成的。使中央导电体3在两个绝缘子隔板2A和2B之间的中央位置处的直径D2最小，就构成了倾斜表面3A。

在接地外壳1的底面1A的中间部位布置有一种凹槽形式的导电杂质微粒收集装置10，这一位置正对着中央导电体3直径为D2的地方，而且此处的倾斜表面3A与底面1A间的空间距离最大。导电杂质微粒收集装置10通过利用诸如由凹槽形成的低电场区、一种吸附片或一种磁性橡胶铁氧体等来捕捉导电杂质微粒50。在本实施例中，导电杂质微粒收集装置10具有一个可拆卸的封口板10A，以便在检修和维护时可将封口板10A拆卸下来，并且，比如说可将捕捉到导电杂质微粒50的吸附片或磁性橡胶铁氧体用一个新的吸附片和一个新的磁性橡胶铁氧体替换下来。不过当导电杂质微粒收集装置10采用表现有低电场特性的凹槽结构时，则不需要进行这样的替换。

根据本发明人对导电杂质微粒50在由接地外壳1和中央导电体3所构成的同轴圆柱形电极系统中DC电压作用下的特性进行的研究结果，导电杂质微粒50遵循以下四种类型的基本特性，尽管这些特性随着导电杂质微粒50的形状，所加电压的幅值以及极性等不同而有所变化。

（1）导电杂质微粒按照与AC电压作用下相同的方式被提升起来并在接地外壳的底面的上方跳动。

（2）导电杂质微粒被提升起来之后立即运动到中央导电体处，并在中央导电体表面上方跳跃。

（3）导电杂质微粒50被提升起来之后立即运动到中央导电体处，然后改变运动方向，又返回到接地外壳的底面，然后再一次朝中央导电体处运动。这样的运动方式不断重复进行。

（4）在导电杂质微粒被提升起来之后，重复进行前面所说第（1）至第（3）种运动的联合运动，且在某些情况下，导电杂质微粒会悬浮在中央导电体和接地外壳间的空间中。

根据以上研究结果，本发明人注意到导电杂质微粒的特性可通过修改中央导电体的设置方式而进行控制，并发明了许多种合适的中央导电体布置方式。即：第一咱措施是逐渐改变中央导电体3的直径并利用以下特性：某个被提升起来的导电杂质微粒一旦朝着接地外壳1和中央导电体3之间气隙窄的部分（即中央导电体直径大的部分）运动，那么从某个预定的位置（取决于导电杂质微粒的折返角）处该导电杂质微粒就会转而朝着气隙宽的那部分处（即中央导电体直径小的部分）返回。

由于已经注意到朝向接地外壳底部的中央导电体的形状是具有控制作用的，第二种措施就是要用多种方法改变朝向接地外壳底部的中央导电体形状，以便获得第一种措施中的效果。比如布置一个独立的导体构件、将中央导电体倾斜布置或者对朝向接地外壳底部的中央导电体表面进行加工。

由于已经注意到，根据第一种措施的效果，最终将不会有导电杂质微粒到达具有较大直径的那部分中央导电体处，因而将绝缘子隔板布置在这些地方以改善绝缘子表面的保护效果。

由于已经注意到，从第三种措施的另一方面来看导电杂质微粒被集中在中央导电体直径较小的那一部分，第四种措施就是在这一位置处布置一种诸如低电场区等导电杂质微粒收集装置。更进一步，当按照在左右对称的方式实现第三种措施时，导电杂质微粒被收集到接地外壳底面上对着中央导电体中间的位置处，以便提高收集导电杂质微粒的可靠性。

倾斜表面3A的形状与导电杂质微粒50的特性之间的关系可参照图2来解释。图2表示了导电杂质微粒50的计算特性的一个例子，也就是说表示了导电杂质微粒50在接地外壳1和中央导电体3之间的运动情况。当假设导电杂质微粒50的运动空间坐标如图2所示为X和Y时，导电杂质微粒50的运动方程可表示如下：

m= (d²X)/(dt²) =- (qVy)/(θ(X²+Y²)) …（1）

m= (d²Y)/(dt²) =- (qVx)/(θ(X²+Y²)) -mg…（2）

其中：m：导电杂质微粒的质量;

q：导电杂质微粒的电荷;

v：所加的电压;

g：重力加速度;

θ：中央导电体的倾斜角。

当接地外壳1的位置A处存在有一个导电杂质微粒50时，该导电杂质微粒在带电条件下受到提升力的作用而被朝着方向（1）提升起来。当该导电杂质微粒50到达中央导电体3时，该导电杂质微粒50接收中央导电体3的电荷并由于同极性电荷的互斥力及重力的作用而沿着方向（2）反弹回来。通过这种运动的重复，导电杂质微粒50朝着图中左侧的方向移动，然后导电杂质微粒50的运动方向在图中B点反向，导电杂质微粒50又开始朝着图中右侧方向运动。导电杂质微粒50的这种特性已被本发明人所进行的实验所证实。

也可以这样说，图1中的导电杂质微粒50从中央导电体3的两边向其中间移动并被收集在导电杂质微粒收集装置10中，结果就防止了导电杂质微粒50落在绝缘子隔板2A、2B的表面上，而绝缘子隔块2A、2B在决定封闭导电体装置的绝缘性能方面是起最重要作用的，因而可以大大改善这种装置的可靠性。

下面对导电杂质微粒50和倾斜表面3A间的关系进一步进行更清楚的解释。

当把DC电压加在中央导电体3上时，接地外壳1的底部表面1A上的导电杂质微粒50就会带有电荷。这个带电荷的导电杂质微粒50然后被吸引到带有相反极性电荷的中央导电体3处，并与中央导电体3发生碰撞，而后导电杂质微粒50的极性与中央导电体3的极性相同，因而该导电杂质微粒50又由于同极性电荷的排斥力和其重力的作用再一次落回低电势侧的底面1A处，导电杂质微粒50这种象这样的被称之为上下跳跃的现象就会重复进行。但是导电杂质微粒50对于倾斜表面3A的折返角随着远离绝缘隔板2A而从θ1减小为θ2。导电杂质微粒50被收集在位于倾斜表面3A与接地外壳1的底面1A间距离最大位置处的导电杂质微粒收集装置10里，并在那里被俘获。结果就避免了导电杂质微粒50在绝缘子隔板2A、2B的表面上的聚积，从而增加了绝缘子隔板2A、2B的绝缘强度，也增强了气体绝缘设备所用的封闭导电体装置的绝缘可靠性。进而由于绝缘强度的增加可减小绝缘子隔板2A、2B的尺寸，从而也减少了整个气体绝缘设备所用的封闭导电体装置的尺寸。

图3表示了本发明的具有与图1所示的实施例左半部分相对应的一种结构的另一个实施例。中央导电体3采用具有相同直径的圆柱形导电体，但围绕其圆周表面通过一个金属部件32附加了一个独立构件形式的电极31。电极31具有与图1的实施例类似的倾斜表面3A，从而构成了实际上获得了与图1的实施例相同的优点的本实施例，而且根据本实施例，电极31可以被附加在一个已安装好的导电体3上，从而使其获得上述同样的优点。

图4至图6也都说明了对中央导电体3的进行更进一步修改的例子。

图4的实施例是由于注意到了中央导电体3朝向底面1A的那部分表面对导电杂质微粒的特性起重要的作用这一点而发展出来的;鉴于这一原因，将一种电极片33附加在中央导电体3上，并通过使绝缘子隔板2A侧的气隙h1小于中间部分的气隙h2而形成倾斜表面3A。

图5是本发明的又一个实施例，其中为了形成倾斜表面3A而只对中央导电体3的下部表面进行了切削，从而使得本实施例实际上也获得了上述优点。

图6是本发明的一个进一步的实施例，其中倾斜表面3A是通过将中央导电体3倾斜一个角度θ放置而不改变其直径所实现的。所以采用本实施例不仅可以获得上述实施例的优点，而且气体绝缘设备所用的封闭导电体装置的结构也可以得到简化。

图7和图8表示了具有修改了的导电杂质微粒收集装置11的进一步的实施例，比如以本发明为根据的滴水板形的收集器和网状的收集器。

图7表示的也是一个根据本发明的实施例，其中中央导电体由一对具有变直径的导电体35和一个在其中部的具有较小直径的由支撑隔板25支撑的导电体36组成，导电杂质微粒收集装置11布置在接地外壳1的底面1A的中部，在该处导电杂质微粒50可被有效地捕捉到。

图8是根据本发明的又一个实施例，其中中央导电体由均具有相同直径的一对导电体37和另一个导电体38所组成，但两侧的导电体37被倾斜放置。

通过应用上面所解释的中央导电体的结构和装置，即使在这种装置的内部保留有导电杂质微粒，该导电杂质微粒也可以被有效地俘获，从而得到了一种气体绝缘设备所用的呈现出出色的绝缘可靠性的封闭导电体装置。进而根据所获得的绝缘可靠性，与常规装置相比，这种装置的尺寸和重量就可以减少，从而实现了一种可减少生产成本的用于气体绝缘设备的封闭导电体装置。

作为上述实施例的一种替代方式，还可以将接地外壳的底面做成倾斜的，用这种方法使得中央导电体和倾斜底面间的距离随着远离绝缘子隔板而逐渐增大。进而还可将具有这样倾斜表面的一种独立的构件安放在接地外壳的底面上。更进一步而言，本发明还可应用于非气体绝缘和封闭式的管状外壳上。

根据本发明，在上述装置中存留的导电杂质微粒在绝缘子隔板表面上的沉积可以得到避免，且导电杂质微粒可被有效地俘获，从而可提供一种气体绝缘设备所用的具有极高绝缘可靠性的封闭导电体装置，同时这种装置的尺寸和重量也可以被降低。

Claims

1、一种封闭导电体装置，其中在一个接地外壳(1)里布置有多个绝缘子隔板(2A，2B)，一个导电体(3、35、36、37、38)被绝缘支撑在绝缘子隔板(2A、2B)之间。其特征在于它至少在接地外壳(1)和导电体(3、35、36、37、38)的一侧提供了使在接地外壳(1)和导电体(3、35、36、37、38)间来回移动的导电杂质微粒(50)从绝缘子隔板(2A、2B)上移开的装置(3A)。

2、根据权利要求1的一种封闭导电体装置，其中通过随着远离绝缘子隔板（2A、2B）而使导电体（3、35）的横截面逐渐减小的方法，至少要使朝向接地外壳（1）的底表面（1A）那一侧的导电体表面（3A）成为倾斜状的。

3、根据权利要求1的一种封闭导电体装置，其中导电体（3、35、36、37、38）按如下方式布置：导电体（3、35、37）的表面（3A）与离开导电体（3、35、37）表面（3A）的导电杂质微粒（50）的弹跳轨迹线（6、8、10、12）间的夹角（θ1，θ2）随离开绝缘子隔板（2A、2B）而减小。

4、根据权利要求1至3其中之一的一种封闭导电体装置，其中绝缘子隔板（2A、2B）间的导电体（3、35）的直径（D1、D2）随着远离绝缘子隔板（2A、2B）而逐渐减小，从而使导电体（3、35）形成一个倾斜的表面（3A）;还在导电体（3、35）和接地外壳（1）的底部表面（1A）间的空间距离最大的位置附近的接地外壳（1）的底面上提供一种导电杂质微粒收集装置（10、11）。

5、根据权利要求1至4其中之一的一种封闭导电体装置，其中导电体（3）用电极（31、33）提供，这种电极具有倾斜表面（3A），该倾斜表面与接地外壳（1）的底面（1A）间的距离（h1、h2）被设计成随远离绝缘子隔板（2A、2B）而增大。

6、根据权利要求1至4其中之一的一种封闭导电体装置，其中的导电体（3、37）被按照如下方式布置成与接地外壳（1）的底面（1A）呈倾斜关系，使导电体（3、37）的倾斜表面（3A）与接地外壳（1）的底面（1A）间的距离（h1、h2）随远离绝缘子隔板（2A、2B）而增大。

7、根据权利要求1至4其中之一的一种封闭导电体装置，其中的接地外壳在底面表面处具有倾斜的表面，从而使得从导电体到底部表面的空间距离随远离绝缘子隔板而增大。