CN1200586A - 气体绝缘装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够在即使施加于高压导电体上的直流电压的极性为负的情况下,也能够可靠地俘获外来导电粒子,使这些粒子无害,并使装置介电能力大大提高的气体绝缘装置。根据本发明,在一由接地箱1构成的气体绝缘装置中有导电体3,其中有电流流过,在接地箱1内装设有用来支承和固定此导电体的多个绝缘隔离器2,其中各个绝缘隔离器2在导电体3的纵向方向上分别相隔预定的间隔设置,接地箱1密封,其中充以绝缘气体,其中的导电体3上设置有锥形部件5,其直径随着与各相应的绝缘隔离器2的距离的加大而逐渐减小,并且在锥形部件5的直径最小一端处有凸起(或凹陷)。

Description

气体绝缘装置

本发明涉及气体绝缘装置的改进，特别是用于直流电力传输的气体绝缘装置。

广泛使用的直流电力传输的气体绝缘装置中绝缘方面的一个大问题就是绝缘能力的退化，这是由于气体绝缘装置容器中有外来导电粒子进入或生成所致。在直流电场作用下，外来粒子一进入气体绝缘装置容器中就在其中飘浮，就会在保持飘浮状态的情况下运动，最后到达高压导电体上。外来导电粒子进一步会沿着导电体运动而粘附在绝缘隔离器的高场强部分，或者继续围绕导电体飘浮，这会危及其绝缘能力。

为了防止绝缘能力由于外来导电粒子的飘浮而恶化，通常采用的方法是利用倾斜的容器来去除这种飘浮粒子，比如在题目为“气体绝缘断路器的直流绝缘”(发表于日本电气工程师学会的“技术报告”第二编No.397，p.11，1991年12月)的文章中所提议的接地箱。据此，当外来导电粒子受电场作用上下运动时会通过倾斜接地箱向其下部运动并最终进入设置于该处的粒子俘获器而被俘获。

另外，在日本专利申请公开No.6-237517中公开的另一种方法中没有采用倾斜的接地箱，而是将导电体制作成为距离支承绝缘隔离器越远其直径越小(即导电体为锥形表面)，由此可以使外来导电粒子保持远离绝缘隔离器并由粒子俘获器俘获。

在如上所述的通常的气体绝缘装置中，如果施加于高压导电体上的直流电压的极性为正，则外来导电粒子的俘获差不多可以令人满意。但是，如果施加于高压导电体上的直流电压的极性为负，则外来导电粒子的俘获恐怕就不够充分了。在这种施加于高压导电体上的直流电压的极性为负的情况下，外来导电粒子在飘起之后立即到达高压导电体附近，并且在其周围长时间飘浮。粒子的此种表现是外来导电粒子产生的局部放电所致，并且在实验上称之为萤火现象。因此，即使在箱的底部设置一个粒子俘获器，在其中也无法俘获外来导电粒子。结果外来导电粒子就成为有害物质长时间地在箱内飘浮。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种能够在即使施加于高压导电体上的直流电压的极性为负的情况下，也能够可靠地俘获外来导电粒子，从而使这些粒子无害，并且使装置的介电能力得以大大提高的气体绝缘装置。

根据本发明，气体绝缘装置中包括接地箱，配置在接地箱中的导电体，其中有电流流过，并且在接地箱内装设有用来支承和固定此导电体的多个绝缘隔离器，其中，上述各个绝缘隔离器在导电体的纵向方向上分别以预定的间隔设置，接地箱密封，其中充以绝缘气体，此结构的改进之处在于在其中的导电体上设置有锥形部件，其直径随着与各相应的绝缘隔离器的距离的加大而逐渐减小，并且在锥形部件的直径最小处至少设置一处凸起，或一处凹陷，借此而使一部分电场比周围电场强度小。

在具有如上所述结构的气体绝缘装置中，一个外来导电粒子进入此装置或在此装置中生成时，会受到极性为负的直流电场的作用而飘起并且在围绕此导电体表面飘浮时与导电体发生多次碰撞。此时，由于在导电体上设置了其直径随着与缘隔离器的距离的加大而逐渐减小的锥形部件，当外来导电粒子与锥形表面碰撞时，外来导电粒子将在直径减小的方向上受到反作用力的作用。

结果，粒子向离开隔离器的方向运动并且到达在导电体上设置的凸起或凹陷处。由于接近凸起或凹陷处的电场强度比其余部分处的电场强度要低，当外来导电粒子与此部分接触时，其电荷迅速减少。因为静电力变小，外来导电粒子将落下而掉到接地箱的底部。

如果在接地箱的底部在凸起或凹陷处的下方设置有粒子俘获器，则装置的可靠性可以得到很大改善，因为外来导电粒子会在粒子俘获器中被俘获而不会再在气体中飘浮。

图1示出根据本发明的实施例的气体绝缘装置的剖视图；

图2是说明在对导电体施加极性为正的直流电压时外来导电粒子表现的示意图；

图3是说明在对导电体施加极性为负的直流电压时外来导电粒子表现的示意图；

图4是说明在导电体上设置有环(凸起)时外来导电粒子的行为的示意图；

图5示出本发明中所使用环的形状与介电能力之间的关系的特性曲线及下落的外来导电粒子比率与环形状之间的关系的特性曲线；

图6示出本发明另一个实施例中的气体绝缘装置的剖视图；

图7示出本发明再一个实施例中的气体绝缘装置的剖视图；

图8示出下落的外来导电粒子比率与环数之间的关系的特性曲线；

图9示出本发明的又一个实施例的气体绝缘装置的一部分的剖视图；

图10示出本发明另一个实施例的气体绝缘装置的一部分的剖视图；

图11示出本发明另外又一个实施例的气体绝缘装置的剖视图；

图12是说明当接地箱和导电体两者一起倾斜时外来导电粒子的行为表现的示意图；

图13示出本发明的另外又一个实施例的三相集束气体绝缘装置的剖视图；

图14示出图13中所示的气体绝缘装置沿线A-A剖开的剖视图。

下面参考附图详细描述本发明的各实施例。

首先，图1示出根据本发明的实施例之一的气体绝缘装置的剖视图。

图中标号1代表接地箱，其中安装有高压导电体3。高压导电体3由绝缘隔离器2绝缘和支承。绝缘隔离器2的是在导电体3的纵向方向上相隔一定间隔设置。

在具有如上所述的结构的气体绝缘装置中，导电部件5安装成盖住导电体3，与绝缘隔离器2邻接或稍微离开一些。导电部件5的直径随着与缘隔离器2的距离的加大而逐渐减小，即部件5的形状是尖端朝着两个绝缘隔离器2的中部的锥形。如图1所示，在两个锥形部件5的最细部分之间导电体3有一部分是露出的，其上有一个环(凸起)6。

通常采用SF₆作为绝缘气体，接地箱1中就充以此种气体。氟利昂气体，比如C₃F₈，c-C₄F₈，或这些气体与SF₆气体的混合物具有很大的介电能力，可用作填充接地箱1的绝缘气体。

本发明的要点在于在采用将锥形部件5与环6结合起来的结构时可以使进入接地箱1的外来导电粒子或在其中产生的导电粒子变成基本上无害。另外，通过将粒子俘获器安排于环6的下方可以更有把握使这些外来导电粒子变为无害，并且可以大大改进这一装置中绝缘的可靠性。其详细原因下面将看得很清楚。

图2是说明在对导电体3施加极性为正的直流电压时外来导电粒子的表现的示意图，已通过实验明确。通过对导电体3施加此种直流电压，可使接地箱1中的外来导电粒子在箱1的内壁和锥形部件5的表面之间多次往反来回运动。同时，由于该粒子与锥形部件5碰撞所产生的反作用力和静电力的水平分量作用而被推向位于导电体3上的锥形部件5的端部，即直径最细的部分。

观察到的如上所述的行为显示出与根据静电力、重力和反作用力进行计算所得的结果良好地符合。在这一计算中静电力采用了当外来导电粒子8与部件5和接地箱1发生接触时在电场和给予外来导电粒子8的电荷之间的作用力。

另一方面，图3是说明在对导电体3施加极性为负的直流电压时外来导电粒子的行为的示意图。在这种情况下导电粒子的行为与对导电体施加极性为正的直流电压时的表现不同，并且会出现外来导电粒子围绕高压导电体3飘浮的萤火现象。这一现象是由于外来导电粒子的部分放电所引起的。

另外，在这种情况下，与施加极性为正的直流电压的情况类似，由于该粒子与锥形部件5碰撞所产生的反作用力和静电力的水平分量作用而被推向位于导电体3上的锥形部件5的端部。

图4是说明在导电体3上设置有环时施加极性为负的直流电压的情况下外来导电粒子的行为的示意图。外来导电粒子围绕导电体3飘浮运动，并且当粒子到达靠近环6的局部电场较低的地点时会失掉其电荷掉到环6的下方。

这一表现也为实验所肯定。据此，当环6为10mm宽、20mm高时，飘起的外来导电粒子中的80％会掉下。图5所示出环的形状(H/W)和掉下的外来导电粒子比率以及环的形状(H/W)和介电能力之间的关系。

当环的形状满足条件1/2≤H/W≤3(H代表环的高度，W代表其宽度)时，外来导电粒子的下落比率为50％或更高，同时环6边缘处的电场保持在低于SF₆的击穿电场最小值的范围。因此，通过提供一个满足上述范围的环就可以使外来导电粒子掉到接地箱1的底部而不会使介电能力恶化。

在此实施例中，如上所述，可以使进入气体绝缘装置的外来导电粒子或在其中产生的导电粒子一边与锥形部件5的倾斜表面反复碰撞一边聚集于绝缘隔离器2之间的中间部分处，如图1所示，而不论施加于导电体3上的直流电压的极性是正是负。

在所施加的直流电压的极性为正时，外来导电粒子为位于中部的粒子俘获器7俘获，因为粒子不仅与锥形部件5反复碰撞，而且也与接地箱1反复碰撞。另一方面，在所施加的直流电压的极性为负时，外来导电粒子由环6落下时为粒子俘获器7俘获。

如上所述，通过向导电体3提供直径随着与隔离器的距离的加大而逐渐减小的锥形部件5和在锥形部件5的端部一侧再设置一个环6，可以使进入气体绝缘装置的外来导电粒子或在其中产生的导电粒子运动而离开绝缘隔离器2，并且可以使围绕导电体3飘浮的粒子有效地掉到接地箱1的底部，从而使外来导电粒子变为无害。

另外，通过如图1所示那样在环6下方设置一个粒子俘获器7，可以可靠地防止外来导电粒子再度飘起。因此，装置中的绝缘的可靠性可以得到很大的改善。

另外，已经肯定，当在接地箱1中飘浮的外来导电粒子由于环6作用而掉下时，则粒子一旦掉下，就很难再度飘起，只要接地箱1上包覆有绝缘材料。因此，有时为了降低成本而将粒子俘获器7省去。

图6示出本发明另一个实施例中的气体绝缘装置的剖视图。

在此图中所示出的气体绝缘装置中，环6设置在安装在导电体3上的锥形部件5的倾斜表面的差不多中间的部位。锥形部件5的直径随着离隔离器2的距离的加大而逐渐减小。当外来导电粒子在锥形部件5的倾斜表面的范围内运动时，它们尚未能在水平方向上充分加速，因此粒子速度的水平分量很小。

结果粒子通过靠近环6的局部电场强度较小部分的几率变得很大，于是可以有效地使外来导电粒子变成无害。另外，由于可以使靠近环2的外来粒子迅速地掉到接地箱1的底部，故可以防止由于外来粒子粘附于隔离器2上而使介电能力降低。

图7示出本发明再一实施例中的气体绝缘装置的剖视图。

通过在导电体3上设置两个环6，可以使环6之间的电场比使用一个环6时进一步减小，从而更容易使外来导电粒子掉到接地箱1的底部。另外，如果粒子没有掉下而使试图继续运动，这些粒子需要越过两个环。结果，外来导电粒子掉到接地箱1的底部的几率与一个环的时候比较进一步加大。

在使用两个环时，外来导电粒子的下落比率可以增加到100％，这一点从图8上的曲线可以看出。另外，可以考虑进一步增加环的数量以便更有把握使外来导电粒子下落到接地箱1的底部。但是，考虑到当前在气体绝缘装置中通常采用的电场强度，两个环已经足够。

图9示出本发明的又一个实施例的气体绝缘装置的一部分的剖视图。

在此实施例中，将设置在导电体3上的锥形部件5，比如，一分为二成为两个部分5a和5b而形成一个凹陷部分。如果此凹陷部分的两个边缘部分都倒圆而有适当的曲率，就可以形成一个其电场比导电体表面的电场要低的部分，并且还可以减小安装在导电体3上的锥形部件5的表面上的电场的最大值。

图10示出根据本发明的另一个实施例的气体绝缘装置的一部分的剖视图。

导电体3上的锥形部件5和环6并不一定要将导电体3的整个外表面盖住。将导电体3的下半部分盖住也可取得同样的效果，因为外来导电粒子主要是在其下边运动。这样做可以减小装置的尺寸和成本。

图11示出本发明的另外又一个实施例的气体绝缘装置的剖视图。

在此实施例中，在接地箱1里边有一高压导电体3，并且导电体3由绝缘隔离器2绝缘并支承。在采用如上结构的气体绝缘装置中，接地箱1和导电体3两者作为一个整体倾斜。在接地箱1的抬高一边的隔离器2的凸面和接地箱1的降低的一边的凹面之间形成一段空间。环6设置于倾斜的导电体3的低侧。

当接地箱1和导电体3两者作为一个整体而一起倾斜时，外来导电粒子是向着倾斜的接地箱1的低的部分运动，因为受到与接地箱1和导电体3碰撞所引起的反作用力的水平分量作用，如图12所示。这一现象也已由实验证实。因此，处于严酷绝缘条件下的隔离器2的凸面可以由于防止外来导电粒子的作用而受到保护。

当导电体3上施加的直流电压的极性为正时，外来导电粒子，如前所述，可由设置在接地箱1的底部的粒子俘获器7俘获。另一方面，当导电体3上施加的直流电压的极性为负时，则如前所述，外来导电粒子也由于导电体3上设置环6使之变成无害。

在此实施例中，由于导电体3上不一定要设置锥形部件5，制造成本可以降低。另外，如前所述，已经证实，外来导电粒子一旦受到环6的作用掉落下去，就很难再飘起，只要接地箱1上包覆有绝缘材料即可。在接地箱1上包覆有绝缘材料时，粒子俘获器7可以省去，从而可进一步降低制造成本。

图13和14示出的是本发明的另外又一个实施例的气体绝缘装置的说明图，其中将本发明应用到三相集束气体绝缘装置上。两图中图13示出另外又一个实施例的剖视图，而图14示出的是图13中所示的气体绝缘装置沿线A-A剖开的剖视图。

外来导电粒子可以通过在三个导电体3中位于最下边的一个上面设置锥形部件5而使之变成无害。另外，由于其余两个导电体3没有这种部件保持原样，与接地箱1之间的绝缘距离不改变。因此，可以在保持装置尺寸不变的情况下改善绝缘的可靠性。

如上所述，根据本发明的气体绝缘装置，进入气体绝缘装置的外来导电粒子或在其中产生的导电粒子可以得到有效的去除并使之基本上变成无害。在上述的结构中，比如，通过对外来粒子的行为的观察揭示了其中大约80％可以由在导电体3上的环形凸起6所俘获，即使在导电体3上所施加的直流电压的极性为负时也可以。

这样一来，就可以有效地使进入气体绝缘装置的外来导电粒子或在其中产生的导电粒子变成无害，从而可以保持气体绝缘装置的可靠性。

进而，按照本发明，能够得到可以有把握俘获外来导电粒子使之变成无害的气体绝缘装置，结果可以大大提高介电能力，即使在导电体上所施加的直流电压的极性为负时也可以。

Claims (8)

1.一种气体绝缘装置，其构成包括：

  一接地箱；

  一位于上述接地箱内并有电流流过的导电体；

  在上述接地箱内支承和固定上述导电体的多个绝缘隔离器；

  其中上述各个绝缘隔离器在上述导电体的纵向方向上分别相隔预定的间隔设置，并且上述接地箱密封，其中充以绝缘气体，

  其特征在于：

  在上述导电体上设置有锥形件，其直径随着与各相应的绝缘隔离器的距离的加大而逐渐减小；并且

  在设置在上述导电体上的上述锥形部件的直径最小一端处至少有一凸起，或一凹陷，在此处附近有一部分电场比周围处的电场强度小。

2.根据权利要求1中的气体绝缘装置，其中，上述导电体近似圆柱形。

3.根据权利要求1中的气体绝缘装置，其中，在上述接地箱底部与其凸起或凹陷相对处设置有粒子俘获器用于俘获外来导电粒子。

4.根据权利要求1中的气体绝缘装置，其中，在锥形部件直径最细的部分处安装有一个环形凸起。

5.根据权利要求4中的气体绝缘装置，其中，上述环形凸起的顶端部弯曲，并且上述环形凸起的宽度W与高度H之间的关系在如下范围之中：1/2≤H/W≤3。

6.根据权利要求1中的气体绝缘装置，其中，上述接地箱和上述导电体两者作为一个整体一起倾斜，并且在上述导电体的低处设置至少一个凸起或一个凹陷。

7.根据权利要求6中的气体绝缘装置，其中，在上述凸起或凹陷的下方位置处设置一个粒子俘获器。

8.一种气体绝缘装置，其构成包括：

  一接地箱；

一位于上述接地箱内并有电流流过其中的三相导电体；

在上述接地箱内支承和固定上述导电体的多个绝缘隔离器；

其中上述各个绝缘隔离器在上述导电体的纵向方向上分别相隔预定的间隔设置，上述接地箱密封，而且其中充以绝缘气体，

其特征在于：

在上述三相导电体中的一个上设置有锥形件，其直径随着与各相应的绝缘隔离器的距离的加大而逐渐减小；并且

在设置在上述导电体上的上述锥形部件的直径最小一端处至少有一处凸起，或有一处凹陷，在此处附近有一部分电场比周围处的电场强度小。

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