CN85102947B - 气体绝缘电气设备及其装配方法 - Google Patents

Abstract

用一种可半永久性地保持电荷的永久极化电介质来吸引在设备中产生或从外界侵入的导电粒子，从而改善该设备的绝缘可靠性，这些导电粒子是在安装气体绝缘电气设备时，其中包括对该设备的可移动构件进行操作实验时产生的。

Description

本发明主要涉及一种气体绝缘电气设备及其装配方法，或者更具体地说，是涉及这样一种气体绝缘电气设备及其装配方法，它具有一种适宜的结构，使它即使在导电粒子从外界侵入或在设备内产生的状况下，仍能防止绝缘强度的降低。

一个气体绝缘电气设备常由高压构件构成，该高压构件就是把一个导体安装在一个用如SF₆那样的负电性气体填充的密封金属管状构件中构成。假如导电粒子侵入该设备、下沉并停留在管状部件的底部，有时，导电粒子脱离管状部件内的电场，从管状部件内表面上升，并在气体空间漂浮，这种漂浮的导电粒子大大降低了气体空间的绝缘强度。为了保证该设备的绝缘可靠性，需要制造一种能自行防止导电粒子影响的设备。

迄今，人们一直在设想各种不同的装置来克服这一困难，在这类装置中，一种是把低电场强度的电极置于导电粒子落入和停留的管状部件底部，使得这些粒子可被低电场强度的电极捕获。然而，在设备发生倾斜、或受到机械振荡时，该粒子易于从低电场强度的电极上移动，并可能再次出现在高电场强度的区域内。

为解决这个问题，已提出了一种常规的设备，如已公开的日本专利申请，第136811/80号所阐述的，其中在管状部件的内表面上形成一绝缘强度高的绝缘层，通过它，施加电压于设备上，产生一个强静电吸引力，其强度足以克服作用于粒子间的静电漂浮力，从而，制止导电粒子的漂浮运动。这种设备需要一个由高介电常数材料形成的绝缘层，其介电常数高于一般所能预定的值。通常把主要包括如BaTiO₃的高电介质物质的高电介质材料用来制作高介电常数的绝缘层。然而，这种强电介质材料价格相当昂贵，它的费用占有需要大面积铺设绝缘层的设备总费用的一个相当大的部分。

因此，本发明的目的就是提供一种低费用并能完全吸引住从外界侵入设备或在设备内产生的导电粒子的绝缘层。

另一个目的是提供一种装配气体绝缘电气设备的方法，它包括一种在设备操作开始之前把可能停留在设备内的导电粒子有效地排除的一种方法。

根据本发明，提供一种气体绝缘电气设备及其装配方法，其中使用一种能稳固地保存电荷的永久极化电介质，并将它装配在设备内作为一种绝缘层用来吸引导电粒子。

对于本发明我们将参照附图详细叙述。

图1是根据本发明的第一实施例的气体绝缘电气设备纵向截面图；

图2是图1所示的实施例中沿II-II线的横截面图；

图3、4和5为本发明的原理图；

图6和7为本发明第二个实施例的图；

图8为本发明第三个实施例的部分截面图；

图9为本发明第四个实施例的部分截面图；

图10是表明本发明第四个实施例效果的曲线；

图11表明一个永久极化电介质的表面电势与该电介质吸引导电粒子的相对吸引力或吸附力之间的关系；

图12为本发明第五个实施例图；

图13为本发明第六个实施例图；

图14是根据本发明，表明组装气体绝缘电气设备的方法实施例。

参看图1、2和3，在一个用如SF₆这样的绝缘气体填充的密封金属管状构件中，高压导体4被支撑在绝缘支撑物2上。该金属管状部件的内圆周表面上被严密地覆盖了一个绝缘层6，该绝缘层6是由一种高聚合物质组成的。形成绝缘层6的高聚合物质是一种永久极化的电介质，它通过提供一直流电场或注入带电粒子如离子而被极化，因此能半永久性地保存其中的电荷。制造这种电介质的方法已在R·格哈特·马尔萨普斯(R·Gerhard-Multhaupt)所著的《聚偏二氟乙烯的架电线路电晕》一书中叙述(1983年关于电绝缘的绝缘现象的年会报告)(1983·Annual Rep·Conf·on Elect lnsu.and Dielect Pheno-mena)和由S·特穆拉及W·韦达(S·Tamura and M.Wada)所著“声波传感器”一书(工业材料，第30卷第6章60-66页)所描述。然而，在另一方面电介质在防尘面具及真空吸尘器的过滤器上的应用，是在M.牧M kajimaki)所著的“电介质过滤器”(日本静电学研究杂志1983年第7卷第二期99-106页)中描述的。但在气体绝缘电气设备中这种电介质从未用作为绝缘层。

落入并停留在绝缘层6上的导电粒子5、5′、5″在一个强静电力如由绝缘层表面电荷产生的库仑力作用下，被吸引到绝缘层6上。要求该绝缘层6在静电引力Fb、粒子重力F_m及作用于粒子的静电漂浮力F_a之间满足下面关系：

F_a＜＜F_b+F_m……(1)

(其中F_a∞Q·E_s，这里Q为提供的电荷量，E_s为管形部件1内表面的电场强度)。

在图3中，由下式表示的静电引力F_b作用于粒子5上，该粒子位于管状部件1内表面的绝缘层6上。

这里ε₀是真空介电常数，ε₂是绝缘层的介电常数，σ是绝缘层的表面电荷密度，Q是粒子的电荷量。

具体地说，F_b是由束缚在绝缘层上的电荷所形成的表面电荷密度决定的，因此，通过增加σ的量来获得满足等式(1)的F_b是有可能的，而束缚在绝缘层内的电荷量可通过在制作永久极化电介质时增加注入离子之类物质的量或者称作增加直流电场强度的数值容易地增加。此外，形成内部束缚电荷的效率还取决于制作绝缘层材料的分子中偶极子的排列，高聚合物质如聚偏二氟乙烯，或聚丙烯明显地表现出了这种性能，这些都是适用于永久极化电介质作为形成绝缘层6的材料。

如果要增加吸引导电粒子的引力，就要求使用高绝缘电阻和低吸水率的有机或无机材料。

上述高聚合物质，如果形成片的形式，则一方面本身便于加工，另一方面易于在设备中安装，因此，使设备更经济。

在极化过程中，通过选择直流电压，可以很容易地反转形成绝缘层的永久极化电介质材料的极化取向。根据粒子的不同带电极性，绝缘层的表面电荷的极化，如图4、5所示。图4或5表示正或负单极电极在绝缘层的整个表面上形成。在图6和7所示的第二实施方案中，可以通过从粒子端部局部放电之类的方法来改变粒子的极性，把绝缘层分成许多区域6，在这里正、负电荷以这种方式相混合，即相邻区域表面极化电荷是极性相反的，以便于对任何极性粒子都可产生吸引力。

由于对上述表面电荷极性的选择可以对所有粒子5，5都起作用，不带电、带正电、带负电粒子都被捕获到绝缘层6上。

图8表示对于形成绝缘层的第三实施例。一个金属绝缘基板7，在其上预先铺设了永久极化电介质，把该金属绝缘基板作为绝缘层沿管状部件1的内圆周上铺设，根据本实施例，绝缘层可由上述电气设备之外的专用设备处理为永久极化电介质，所以该过程被大大简化了，加工处理的精度也提高了，且使其有可能容易地安装到上述电气设备中。

此外，可把网眼状材料或具有冲压孔的材料用作为绝缘底板7，来减少永久极化电介质材料6和绝缘底板7的接触面积，可同时在管状部件1的内表面和绝缘底板7之间传导密封在管内的气体。根据第三个实施例，易于在永久极化电介质6和绝缘底板7之间产生的空隙就不会形成，这样的网眼状材料，就有可能消除由于空隙的局部放电导致的对绝缘层表面电荷极化取向的影响。

根据本发明第二、第三实施例，如果绝缘层仅在粒子易于落下或停留的地方形成，就可充分地获得本发明的效果。

参见图9，由永久极化电介质组成的绝缘层6在电场强度低的电场中，被设置在屏蔽罩8的内表面上，当处于管状部件1的内表面的粒子，由于振荡或类似情况接近或侵入罩8时，粒子就被吸引到罩8上，这样粒子就不会再飞出罩8。因此，粒子电就不会附到管状部件端部的支撑部件3或类似的支撑物上，从而避免了设备绝缘性能的降低。该罩8由罩的支撑物9支撑在绝缘支撑部件3上。

在永久极化电介质中束缚电荷的减少，是通常产生的一个问题，可由本发明绝缘层6这种结构所避免，即把永久极化电介质铺设在低电场强度的电场中罩8的内表面上，其方式如本发明第四个实施例所示。具体地说，设置在低电压侧的绝缘层所束缚的电荷量的减少(a)小于设置在高压侧的绝缘层所束缚的电荷量的减少(b)，如图10所示。因此，在低电压侧设置的绝缘层可保持几十年有效。

永久极化电介质所具有的吸引粒子的引力受表面电荷量的影响，即受永久极化电介质的表面电势的影响。参考图11，横轴表示永久极化电介质的表面电势，纵轴是以零表面电势为参考时，吸引粒于的电场强度的相对值E_LO。例如在用糠醛乙烯丙烯共聚物的永久极化电介质薄膜时当永久极化电介质的表面电势为1kV或更高时，可获得有效地吸引粒子的电场强度值E_LO。

因此根据本发明，表面电势为1kV或更高的永久极化电介质被使用。虽然电场强度E_LO随表面电势正比地增加，但表面电势不能无限增加，在永久极化电介质绝缘不易被破坏处，获得最大值。当用糠醛乙烯丙烯共聚物的永久极化电介质薄膜，厚为100um时，表面电势最大值为3.5kV；而用聚丙烯永久极化电介质薄膜，厚为100um时，最大表面电势约为20kV。

参考图12，三个永久极化电介质层放置于金属管状部件1的内表面上，这三层永久极化电介质的相对面具有相同极性的电荷。把气体绝缘永久极化电介质层置于管状部件1的内表面上之后，在组装气体绝缘电气设备的过程中，工人的手或其它部位有可能触到永久极化电介质层，由此而引起的放电可能降低某些永久极化电介质层的表面电势。设备装配完成后，再拆去有可能降低表面电势的最上层永久极化电介质层就有可能保证所需要的表面电势。这样移开的永久极化电介质层当然可以再次使用。如图12所示为三层永久极化电介质也可以是二层或者四层或更多层。

参考图13在金属管状部件1的内表面上形成的三个永久极化电介质层，其相对面上载有相反极性电荷。这样，表面电势可以由所形成的永久极化电介质层的层数调整，例如，如果每层具有1kV的表面电势，则三层产生的总表面电势为3kV，四层则总表面电势为4kV。

它不象前面的实施例所述，其中绝缘层在气体绝缘电气设备运行时，仍保存在设备中，而在设备运行前，将该绝缘层从设备中取出。

下面，参照图14，将气体绝缘断路器作为设备的一个例子来说明根据本发明安装气体绝缘电气设备的方法。

一个接地容器1包括由一个可移动电极10和一个固定电极11组成的一对断路机构，这里该固定电极由绝缘支撑物3支撑，使之与接地容器1隔离。虽然，在此仅以这样对断路机构为例，但任意数量的断路机构仍是可以允许的。

在进行切断过程中，通过外部命令来驱动绝缘控制杆12，通过设在机械结构13中的连动机构，向可移动电极10加力，使电极10和11打开。以使来自可移动电极10周围的喷嘴14的气体吹向由电极10和11的间隙产生的电弧。一个用来减弱电场强度的屏蔽电极罩8被安装在可移动电极10和11周围。固定电极11和接触器15相连接，该接触器15依次地和另一气体绝缘电气设备的导体接触，并通过这另一气体绝缘电气设备把开口16闭合。如上述构成的断路器接地容器1在运行前被充以SF₆气体或类似气体。

由于机械振荡或电动力，例如可移动部件的操作实验，最后的绝缘实验或其它装配过程，以及将设备运送到运行现场过程中所产生的机械振荡，这些都会使这种构造的断路器内产生不少导电粒子，但是在可移动部件的操作实验期间，从滑动部件18、19也产生导电粒于。由此而产生的导电粒子并非总是落在接地容器1的底部，而有可能侵入罩8或侵入接地容器1的各个角落。为了排除这些导电粒子，将一片片永久极化电介质材料6置于如图右下部分所示的断路器中。图中没有显示的该断路器的其它部分也铺上这种永久极化电介质材料，用该永久极化电介质材料6覆盖整个绝缘支撑物3的表面以使绝缘支撑物3的表面避开导电粒子侵入罩8，因为这些粒子一旦侵入罩8，就难以排除。另外，还在接地容器1的下半表面铺上该永久极化电介质材料6来捕获那些落下来的导电粒子。

这样做，那些在组装时或在可移动部件操作实验时所产生的导电粒子就会被永久极化电介质材料的静电力所吸引。这些永久极化电介质材料应至少在断路器运行前，从该设备中取出，例如，在最后密封时刻，从而排出一直难以排出的微小导电粒子。这些永久极化电介质内的电荷都具有很长的放电时间常数。因此，能半永久性地保持其静电。换句话说，这些材料不象普通带电材料，这些材料显示了一种良好的吸尘能力，即使在雨季，空气湿度相对高一些的情况也是如此。当永久极化电介质取出后，可以进行分别清洗以保持其静电。

通过这种方法，使那些在组装期间产生并在运行期间保存下来的导电粒子减至最少，因而防止通常条件下可能发生的绝缘性能的恶化。由于那些在组装最后阶段对可移动部件的重复操作实验时产生的微小导电粒子，可以毫不例外地排出，所以该设备用于具有可移动部件的气体绝缘设备，如一个断路器，一个气体绝缘断路器或一个接地开关时，效果特别好。

虽然，上述实施例是以一个开关作为气体绝缘电气设备的例子进行解释的，但本发明同样适用于带有导体的气体绝缘母线，该导体在一个接地容器内由绝缘支撑物支撑。此外，如果将永久极化电介质材料切成片，其尺寸与吸尘器所能覆盖的尺寸相同，并将该片状物置于容器内。那么至少在运行前，该材料可由吸尘器来覆盖。而且，在对可移动部件进行操作实验前，可把该静电永久极化电介质置于接地容器中。另一方面，对移动部件进行操作实验或把设备运到运行现场后，可将该电介质立即取出。

Claims (15)

1.一个气体绝缘电气设备包括：

一个密闭的，内部充有绝缘气体的金属管状部件，在上述金属管状部件中，由绝缘支撑物支撑的高压导体，以及在上述金属管状部件中设置的至少一个绝缘层，

其特征在于：上述绝缘层是由一种高聚合材料制成的永久极化电介质，该高聚合物材料可以半永久性地保持电荷。

2.根据权项1所述的设备，其特征在于所述的绝缘层为片状，紧紧地附在上述金属管状部件的内表面上。

3.根据权项2所述的设备，其特征在于上述片状绝缘层被分成许多区域，相邻区域的绝缘层具有相反极性的表面电荷。

4.根据权项2所述的设备，其特征在于与管状部件内表面相对的上述片状绝缘层面上有由网眼材料制成的绝缘底板。

5.根据权项1所述的设备，其特征在于上述绝缘层被分成许多区域，相邻区域内的绝缘层具有相反极性的表面电荷。

6.根据权项1所述的设备，其特征在于另外还包括一个用于消弱电场强度的屏蔽罩，上述罩置于上述金属管状构件内表面和高压导体之间，上述绝缘层设置在与上述高压导体相对的罩的一侧。

7.根据权项1所述的设备，其特征在于上述绝缘层的表面电势至少为IKV。

8.根据权项1所述的设备，其特征在于包括至少二层绝缘层，其中，出现上述二层中相邻面的电荷具有相同极性。

9.根据权项1所述的设备，其特征在于包括至少二层绝缘层，其中，出现在上述二层中相邻面的电荷具有不同极性。

10.一种在组装气体绝缘电气设备时，将从外界侵入该设备的导电粒子排出的方法，该设备包括一个金属管状部件和一个在上述金属管状部件中由绝缘支撑部件支撑的高压导体，其特征在于包括的步骤为：

至少一个绝缘层(该绝缘层由能够半永久性地束缚电荷的高聚合物材料的永久极化电介质制成)插入上述的气体绝缘电气设备中，

在上述气体绝缘电气设备的可动操作试验过程中，将外界侵入上述气体绝缘电气设备或产生于该设备的导电粒子吸引到上述绝缘层的表面，

将与上述绝缘层一起的上述导电粒子从气体绝缘电气设备中取出，并且

在上述金属管状部件中密封一种绝缘气体。

11.根据权项10的方法，其特征在于进一步包括如下步骤即向气体绝缘电气设备提供机械振荡，及向它施加电动力。

12.根据权项11的方法，其特征在于向上述气体绝缘电气设备提供机械振荡的步骤就是对上述气体绝缘电气设备的可移动部件进行操作实验。

13.根据权项11的方法，其特征在于向上述气体绝缘电气设备施加电动力的步骤就是对上述气体绝缘电气设备进行绝缘实验。

14.根据权项10的方法，其特征在于进一步包括将上述气体绝缘电气设备运送到现场的步骤。

15.根据权项14的方法，其特征在于上述运送过程先于从上述气体绝缘电气设备中取出导电粒子的过程。

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