DD151677A1

DD151677A1 - PRESSURE GAS INSULATION FOR METAL-CAPSULATED HIGH VOLTAGE UNITS

Info

Publication number: DD151677A1
Application number: DD22203780A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Hauschild; Joachim Speck; Stefan Schierig
Original assignee: Wolfgang Hauschild; Joachim Speck; Stefan Schierig
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1981-10-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Hochspannungsgeraete und zielt auf die Verminderung von Teilentladungen bzw. Ueberschlaegen ab. Die Erfindung loest die Aufgabe, eine Druckgasisolierung insbesondere fuer metallgekapselte Hochspannungsgeraete zu entwickeln dadurch, das die isolierende Grenzflaeche des Abstandshalters der Innenelektrode eine aufgerauhte Oberflaeche aufweist. Die Erfindung wird bei der Herstellung von gasisolierten elektrischen Hochspannungsgeraeten angewandt.The invention relates to the field of electrical Hochspannungsgeraete and aims at the reduction of partial discharges or Ueberschlaegen. The object of the invention is to develop a compressed gas insulation, in particular for metal-enclosed high-voltage devices, by virtue of the fact that the insulating boundary surface of the spacer of the inner electrode has a roughened surface. The invention is used in the manufacture of gas-insulated high voltage electrical equipment.

Description

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Field of application of the invention:

Die Erfindung wird in der Hochspannungstechnik bei der Herstellung von mit einer Schwefelhexafluorid-Druckgasisolierung versehenen Hochspannungsanlagen, bestehend aus mindestens einer durch Abstandshalter geführtealnnenelektrode und einer diese umschließenden, auf Gegenpotential liegenden Außenelektrode wirksam.The invention is effective in the high-voltage engineering in the production of high-voltage systems provided with a sulfur hexafluoride pressurized gas insulation, consisting of at least one spacer electrode connected by spacers and an external electrode enclosing them.

Characteristic of the known technical solutions;

Es ist bekannt, daß in gasisolierten Hochspannungsgeläten das schwach inhomogene Feld durch Verunreinigungen gestört wird. Durch die Anwesenheit von festen Verunreinigungen wie Staub, Schmutz, durch aie Fertigung entstandenen Metallspänen, Abrieb beispielsweise von Schaltkontakten oder sonstigen Partikeln, die in dem mit Isoliergas gefüllten Raum zwischen Innenelektrode und diese umhüllenderAußenelektrode frei beweglich vorhanden sind, wird das schwach inhomogene Feld derart gestört, daß das Isoliervermögen vermindert wird· Die das Isoliervermögen vermindernden Verunreinigungen sind entweder fertigungsbedingt oder betriebsbedingt. Selbst bei aller Sorgfalt während der Montage von druckgasisolierten Hochspannungsgeräten ist es nicht möglich, das Eindringen von Staub oder, durch unsachgemäßes Vorgehen bei der Montage,das Eindringen von weniger feinen elektrisch leitenden Fremdteilchen zu verhindern. Schließlich gibt es auch Geräteteile mit betriebsmäßig bewegten Teilen, wo dadurch Abrieb entstehen kann. Außerdem können bei Schalthandlungen Funken- und Lichtbogenentladungen entstehen, die dann zu Gaszersetzung, Metallverdampfung und pulverförmiger Ablagerung von hydrolisierbaren Metallfluoiiden auf isolierenden und geerdeten Flächen führen. Dieser ilinderung des Isoliervermögens mußIt is known that in gas-insulated Hochspannungsgeläten the weakly inhomogeneous field is disturbed by impurities. The presence of solid impurities such as dust, dirt, metal chips produced by manufacturing, abrasion of, for example, switch contacts or other particles which are freely movable in the insulating gas-filled space between the inner electrode and the outer electrode surrounding the same disturbs the weakly inhomogeneous field, that the insulating capacity is reduced · The impurities reducing the insulating capacity are either production-related or operational. Even with all the care during the installation of compressed gas-insulated high-voltage equipment, it is not possible to prevent the ingress of dust or, by improper action during installation, the penetration of less fine electrically conductive foreign particles. Finally, there are also parts of the device with operationally moving parts, where it can cause abrasion. In addition, spark discharges and arc discharges can occur during switching operations, which then lead to gas decomposition, metal evaporation and powdery deposition of hydrolyzable metal fluorides on insulating and grounded surfaces. This ilinderung of the insulating power must

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bei del Dimensionierung der Hochspannungsanordnung Rechnung getragen werden, indem die Abmessungen derselben oder der Druck des Isoliergases vergrößert werden. Da die vorgenannten Maßnahmen zu technischen und ökonomischen Nachteilen führen, wurde während der Fertigung und Montage versucht, Möglichkeiten zu finden, die art dem Isoliergas gefüllten Räume in Hochspannungsanordnungen weitestgehend frei von allen Verunreinigungen zu halten· Durch Filterung des Gases, Reinigung aller Teile mit denen das Isoliergas in Berührung kommt, vor ihrer Montage, sowie durch eindeutige Montagevorschriften und Maßnahmen zur Verhinderung des Eindringens von Staubteilchen aus der Luft bei dem Zusammenbau der gereinigten Teile können die Anzahl der schädlichen, frei beweglichen Partikeln in dem gasisolierten Raum auf sehr niedrige Werte gebracht werden. Da aber auch schon die Anwesenheit von nur einem ausreichend großen Partikel in dem mit Isoliergas gefüllten Raum das Isoliervermögen derartiger Hochspannungsanordnungen stark beeinträchtigt, führen diese vorgenannten, die Technologie und Montage kostenmäßig belastenden Maßnahmen nicht zu einem, den hierfür zu betreibenden Aufwand rechtfertigenden Ergebnis. Durch bekannt gewordene Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Auswirkungen der sich in dem Isolierrauin befindlichen Partikeln auf das Isoliervermögen unterschiedlich sind, je nachdem, an welcher Stelle sie sich innerhalb desselben aufhalten, da sich in den verschiedenen Bereichen unterschiedlich große Feldstärken ausbilden, und die sich in Bereichen höchster Feldstärke befindenden Partikeln eher dazu neigen, den Durchschlag einzuleiten als die an Stellen mit niedrigerer Feldstärke vorhandenen Partikeln. Es wurde deshalb beibe taken into account in del dimensioning of the high voltage arrangement by the dimensions thereof or the pressure of the insulating gas are increased. Since the above measures lead to technical and economic disadvantages, attempts were made during manufacturing and assembly to find ways to keep the type of gas filled spaces in high voltage arrangements largely free of all contaminants. By filtering the gas, cleaning all parts with which Insulating gas comes into contact before installation, as well as clear assembly instructions and measures to prevent the ingress of dust particles from the air in the assembly of the cleaned parts, the number of harmful, free moving particles in the gas-insulated space can be brought to very low levels. However, since even the presence of only a sufficiently large particle in the space filled with insulating greatly impaired the insulating capacity of such high voltage arrangements, these aforementioned, the technology and assembly costly measures do not lead to a justification for this purpose to be operated expense. It has been found by known investigations that the effects of the particles located in the insulating gray on the insulating properties are different, depending on where they are within the same, as develop in the different areas of different sizes field strengths, and located in Areas of highest field strength are more prone to initiate breakdown than the particles present at lower field strength sites. It was therefore at

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der durch die DE-OS 2 222 5>81 bekannt gewordenen, gasisolierten Hochspannungsanordnung vorgesehen, die Partikeln mittels klebender Schichten dort festzuhalten, wo die Feldstärke relativ niedrig ist. Hierzu wurden klebende Schichten, z.B. aus Haftkleber, auf den inneren, den mit Isoliergas gefüllten Raum begrenzenden Oberflächen außerhalb der Bereiche mit überdurchschnittlicher Feldstärke angebracht, wobei diese Oberflächen ganz oder teilweise mit solcher klebenden Schicht überzogen wird· Auf diesen klebenden Schichten sollen sich die Partikeln, welche sich frei beweglich in dem Raum der Gasisolierung befinden, unter Einwirkung ihrer Schwerkraft absetzen und dann dort so festgehalten werden, daß sie auch durch die beim Anlegen einer Wechselspannung auftretende^ Feldstärke, die eine Bewegung von frei beweglichen Partikeln hervorruft, nicht von der klebenden Schicht abgerissen werden können. Hierdurch werden die partikelgezündeten Durchschläge zwar verringert, aber nur solange, wie die Klebfähigkeit der klebenden Schicht voll erhalten ist bzw. keine neuen Partikeln, z.B. infolge von Abrieb, an Schaltstellen der Anordnung, in dem Raum der Gasisolierung auftreten. Da die hier in Betracht kommenden klebfähigen Stoffe aber einem Alterungsprozeß unterliegen, innerhalb dessen ihre Klebfähigkeit unvermeidlich nachläßt, ist die Wirksamkeit der hier vorgesehenen Beschichtungen zur Vermeidung partikelgezündeter Durchschläge zeitlich begrenzt, wodurch diese Lösungen für die Praxis nur bedingt einsetzbar sind.the well-known by the DE-OS 2 222 5 81, gas-insulated high-voltage arrangement provided to hold the particles by means of adhesive layers where the field strength is relatively low. Adhesive layers, e.g. made of pressure-sensitive adhesive, on the inner, the space filled with insulating gas limiting surfaces outside the areas with above-average field strength, these surfaces is completely or partially coated with such adhesive layer · On these adhesive layers, the particles, which are freely movable in the Gas insulation space are placed under the action of gravity and then held there so that they can not be torn off the adhesive layer by the occurring during application of an alternating voltage ^ field strength, which causes a movement of free moving particles. In this way, although the particle-ignited punches are reduced, but only as long as the adhesiveness of the adhesive layer is fully preserved or no new particles, e.g. as a result of abrasion, at switching points of the arrangement, occur in the space of the gas insulation. However, since the adhesive substances considered here are subject to an aging process, within which their adhesiveness inevitably decreases, the effectiveness of the coatings provided here to avoid particle-induced breakdowns is limited in time, whereby these solutions are of limited use in practice.

Weiterhin sind durch, die DD-PS 127 988 und 127 989 Isolieranordnungen für druckgasisolierte Hochopannungsgeräte zur Minderung von Störungen des schwachFurthermore, by DD-PS 127 988 and 127 989 insulating arrangements for pressure-gas-insulated Hochopannungsgeräte to reduce disturbances of the weak

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inhomogenen Feldes zwischen einer Innenelektiode und einer am Gegenpotential anliegenden Außenelektrode, die durch die unbeabsichtigt vorhandenen und/oder entstehenden, insbesondere frei beweglichen elektrisch leitenden Partikeln verursacht werden, und auf das Verhalten dieser elektrisch, leitenden Partikeln zurückzuführen sind und zu einer Senkung der Teilentladungseinsatzund/oder Durchschlagsspannung der Isolierung führen, bekannt, mit der verhindert werden soll, daß sich die an der Basiselektrode für diese Partikeln dienenden inneren Mantelflächen der Außenelektrode elektrisch aufladen können und gleichzeitig so influenziert weiden, daß eine elektrische Kraft und die auf die Partikeln wirkende Schwerkraft zur Außenelektrode hin wirken, wodurch die Partikeln auf der inneren Mantelfläche der Außenelektrode haften. Diese Maßnahme besteht darin, daß auf die innere Mantelfläche der Außenelektrode eine beliebig dünne Schicht eines Dielektrikums aufgebracht ist bzw. nur Teile der inneren Mantelfläche, auf die sich die Partikeln unter Wirkung der Schwerkraft ablagern, mit einer beliebig dünnen Schicht eines Dielektrikums versehen sind.inhomogeneous field between a Innenelektiode and a voltage applied to the outer electrode, which are caused by the unintentionally existing and / or resulting, in particular freely movable electrically conductive particles, and due to the behavior of these electrically conductive particles and to a reduction in the Teilentladungseinsatz and / or Breakdown stress of the insulation lead, known to be used to prevent the serving at the base electrode for these particles inner lateral surfaces of the outer electrode can electrically charge and at the same time so influenziert graze that an electrical force and the gravitational force acting on the particles to the outer electrode act, whereby the particles adhere to the inner circumferential surface of the outer electrode. This measure consists in that an arbitrarily thin layer of a dielectric is applied to the inner lateral surface of the outer electrode or only parts of the inner circumferential surface, on which the particles are deposited under the action of gravity, are provided with an arbitrarily thin layer of a dielectric.

Diese vorgeschlagene Beschichtung der inneren Mantelfläche der Außenelektrode mit einem Dielektrikum ist nur wirksam, wenn eine horizontale Anordnung des Hochspannungsgerätes vorliegt. Bei einer senkrechten Anordnung der Innenelektrode und der diese umhüllenden Außenelektrode bleibt die Beschichtung der inneren Mantelfläche der Außenelektrode weitgehendst unwirksam, weil die in dem Elektrodenzwischenraum frei beweglichen Partikeln sich unter Einwirkung der auf diese wirkenden Schwerkraft nicht auf der DielektrikumschichtThis proposed coating of the inner surface of the outer electrode with a dielectric is only effective when a horizontal arrangement of the high voltage device is present. In the case of a vertical arrangement of the inner electrode and the outer electrode surrounding it, the coating of the inner lateral surface of the outer electrode remains largely ineffective because the particles which are freely movable in the electrode interspace do not act on the dielectric layer under the action of the gravitational force acting on them

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der Außenelektrode absetzen können« Lediglich wird eine ständige Aufladung der Teilchen auf Grund der galvanischen Trennung verhindert. Nach der DD-PS 130 295 ist eine Druckgasisolierung für metallgekapselte Hochspannungsgeräte mit mindestens einer vorwiegend vertikal angeordneten Innenelektrode bekannt geworden, bei der Abstandshalter für mindestens eine Innenelektrode eine trichterartige Form aufweisen, außerdem die Grenzfläche zwischen Abstandshalter und Isoliergas an der Innenelektrode höher liegt als an der inneren Mantelfläche der Außenelektrode und gleichzeitig die Kantenlinie im Querschnitt des Abstandshalters von der Innenelektroda zur Außenelektrode hin einen definierten Abfall aufweist und die Außenelektrode im Bereich dieses trichterartig geformten Abstandshalters an der Außenfläche desselben eine mit einer geneigten !Fläche versehene, als Ring ausgebildete Feststoffbarriere aus einem Dielektrikum trägt, wobei die Grenzfläche zwischen Feststoffbarriere und Isoliergas an der Außenelektrode höher liegt als die Ansatzlinie dieser Feststoffbarriere auf der Außenfläche des Abstandshalters.the outer electrode can settle «Only a constant charge of the particles due to the galvanic separation is prevented. According to DD-PS 130 295 a compressed gas insulation for metal-clad high-voltage equipment with at least one predominantly vertically arranged inner electrode has become known, in which spacers for at least one inner electrode have a funnel-like shape, also the interface between spacer and insulating gas at the inner electrode is higher than at the inner peripheral surface of the outer electrode and at the same time the edge line in the cross section of the spacer from the Innenelektroda to the outer electrode towards a defined waste and the outer electrode in the region of this funnel-shaped spacer on the outer surface of the same provided with a sloped! formed as a ring solid barrier of a dielectric carries, wherein the interface between the solids barrier and insulating gas at the outer electrode is higher than the line of attachment of this solid barrier on the outer surface of the spacer.

Diese Anordnung ist bauaufwendig und dadurch störanfällig, weil sich die Partikeln nicht in der Zone des feldschwächsten Bereiches der Isolieranordnung absetzen. Diese vorgenannten Maßnahmen gestatten es jedoch nur, Partikeln, die sich vor der Spannungsbeanspruchung bereits in einem relativ feldschwachen Gebiet befinden, an einer Bewegung in Gebiete hoher Feldstärke zu hindern. Besonders kritisch ist jedoch der Fall, daß Partikeln während Fertigung, Montage oder im Betrieb an dielektrische Grenzflächen gelangen und dort haften.This arrangement is complex construction and thus prone to failure, because the particles do not settle in the zone of the field weakest region of the insulating arrangement. However, these abovementioned measures only allow particles which are already in a relatively field-weak area to be prevented from moving into areas of high field strength before the voltage stress. Particularly critical, however, is the case that particles get into and adhere to dielectric interfaces during manufacture, assembly or operation.

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Solche Partikeln lassen sich bei Hochspannungsprüfungen nur mit hohem Aufwand feststellen und evtl. Ъеі der Prüfung auftretende Überschläge führen zu irreversiblen Veränderungen der Isolierstoffoberfläche. Andererseits vermindern solche Partikeln das Isoliervermögen sehr stark, da bereits Teilentladungen zu einer irreversiblen Schädigung der Isolierstoff oberfläche führen können, die schließlich den Überschlag einleiten kann.Such particles can only be detected with high effort during high-voltage tests and any arcing occurring during the test lead to irreversible changes in the insulating material surface. On the other hand, such particles greatly reduce the insulating capacity, since even partial discharges can lead to irreversible damage to the insulating surface, which can finally initiate the rollover.

Außer den oben bereits erwähnten aufwendigen Sauberkeitsforderungen und der gründlichen Reinigung (insbesondere Entfettung) aller Bauteile sind gegen solche haftenden Partikeln keine geeigneten Maßnahmen bekannt, Es wird zwar versucht, durch geeignete konstruktive Gestaltung der Grenzfläche und der Elektroden die Feldstärke an der Grenzfläche so niedrig wie möglich zu halten und damit auch die Gefährlichkeit der Partikeln zu verringern, jedoch kann diese konstruktiv festgelegte Feldstärkeverteilung entlang der Grenzfläche durch die Anwesenheit von Partikeln unwirksam gemacht werden. Außerdem kann durch Anwendung der oben angeführten Maßnahmen gegen freibewegliche Partikeln erreicht werden, daß nicht noch weitere Partikeln infolge ihrer Bewegungen auf die Isolierstoffbauteile gelangen.Apart from the above-mentioned costly cleanliness requirements and the thorough cleaning (especially degreasing) of all components, no suitable measures are known against such adhering particles. It is attempted, by appropriate design of the interface and the electrodes, the field strength at the interface as low as possible To keep and thus reduce the danger of particles, however, this constructive field strength distribution along the interface can be made ineffective by the presence of particles. In addition, it can be achieved by applying the above-mentioned measures against free-moving particles that not get any more particles due to their movements on the Isolierstoffbauteile.

Object of the invention;

Die Erfindung zielt darauf ab, die Ablagerung von Partikeln an einer Oberfläche von Abstandshaltern, und die damit mögliche irreversible Veränderung derselben in-The invention aims at preventing the deposition of particles on a surface of spacers, and the irreversible alteration of the same which is possible therewith.

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folge von Teilentladungen und/oder Überschlägen, zu vermeiden und damit die betriebs- und Funktionssicherheit Tfon gasisolierten Hochspannungsgeräten zu erhöhen und gleichzeitig den Aufwand bei der Herstellung von gasisolierten Hochspannungsgeräten hinsichtlich der Gewährleistung ihrer in'neren Sauberkeit durch eine weitestgehende Vermeidung der Ablagerung von Partikeln auf Abstandshaltern zu reduzieren.Follow partial discharges and / or rollovers to avoid and thus increase the operational and functional safety Tfon gas-insulated high voltage equipment and at the same time the effort in the production of gas-insulated high voltage equipment with regard to ensuring their in'neren cleanliness by largely avoiding the deposition of particles on spacers to reduce.

Explanation of the essence of the invention:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungs-Druckgasisolierung, wobei der Raum zwischen einer axial definiert gehalterten Innenelektrode und einer diese koaxial umhüllenden, auf Gegenpotential zur Innenelektrode liegenden Außenelektrode ein Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid (SFg) enthält, für eine Wechselspannung führende Hochspannungsgeräte, insbesondere netallgekapselte Hochspannungsgeräte zu entwickeln, bei der die im Raum vorhandenen und/oder entstehenden, insbesondere elektrisch leitenden Partikeln, sich an Oberflächen von aus einem Feststoffdielektrikum bestehenden Abstandshaltern für die Innenelektrode nicht ablagern und/oder haften bleiben, und beim Anlegen einer Wechselspannung das elektrische Feld nicht unzulässig stören.The invention is based on the object, a high-pressure compressed gas insulation, wherein the space between an axially defined content Erten inner electrode and a coaxially enveloping, lying on counter potential to the inner electrode outer electrode an insulating gas, in particular sulfur hexafluoride (SFg), leading for an AC voltage high voltage equipment, in particular To develop netallgekapselte high voltage equipment, in which the existing and / or resulting in space, in particular electrically conductive particles, do not deposit and / or adhere to surfaces made of a solid dielectric spacers for the inner electrode, and when applying an AC voltage, the electric field not inadmissible disturbing.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß eine Druckgas-Isolierung mit einer in einem Abstandshalter geführten Innenslektrode und einer diese umhüllenden, koaxial zu dieser angeordneten Außenelektrode entwickelt wurde, bei der die Oberfläche des Abstandshalters aus einem Feststoffdielektrikum, die als Grenzfläche zum GasThis object has been achieved in that a compressed gas insulation has been developed with an inner electrode guided in a spacer and an outer electrode arranged coaxially therewith and in which the surface of the spacer is made of a solid dielectric which acts as an interface to the gas

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wirkt, eine definierte Rauhtiefe von 50 bis 500 /Um aufweist· Diese Rauhigkeit wird durch eine aufgerauhte, geriffelte oder anderweitig uneben gestaltete Grenzfläche hervorgerufen»has a defined surface roughness of 50 to 500 / μm · This roughness is caused by a roughened, rippled or otherwise uneven interface »

Embodiment:

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In der zugehörigen Zeichnung ist eine Druckgasisolierung dargestellt.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing, a compressed gas insulation is shown.

Durch einen Abstandshalter 1, der aus einem Feststoffdielektrikum besteht, wird innerhalb einer als Rohr ausgebildeten Außenelektrode 2 zentrisch eine Innenelektrode 3 gehaltert. Der Abstandshalter 1 ist mit einer aufgerauhten, geriffelten oder anderweitig uneben gestalteten isolierenden Grenzfläche 4- versehen, wobei diese eine definierte Rauhtiefe aufweist* Letztere bewirkt, daß die Berührungsfläche zwischen einem abgelagerten Partikel (nicht dargestellt) und dem Feststoffdielektrikum des Abstandshalters so klein wie möglich ist. Hierdurch wird erreicht, daß die elektrostatischen Kräfte zwischen der auf einem Partikel befindlichen Ladung und einer auf der Grenzfläche 4- befindlichen Oberflächenladung stark reduziert sind und ein Haften der Partikeln nahezu infolge des Fehlens der erforderlichen elektrostatischen Kräfte, die die Hauptursache für das Haften darstellen, unterbleibt.Through a spacer 1, which consists of a solid dielectric, an inner electrode 3 is held centrally within an outer electrode 2 formed as a tube. The spacer 1 is provided with a roughened, corrugated, or otherwise unevenly shaped insulating interface 4 having a defined roughness depth. The latter causes the contact area between a deposited particle (not shown) and the solid dielectric of the spacer to be as small as possible , This achieves that the electrostatic forces between the charge on a particle and a surface charge located on the interface 4 are greatly reduced and there is no sticking of the particles due to the lack of the necessary electrostatic forces, which are the main cause of sticking ,

Claims

-S- 222 037 claim for invention

1. compressed gas insulation for metal-enclosed high-voltage equipment, such as high-voltage switchgear, test systems or lines with at least one inner electrode and a surrounding, coaxial therewith arranged, lying on counter potential to the inner electrode outer electrode, in which the inner electrode is defined by spacers defined by solid dielectric, wherein the Space of insulation between inner electrode and outer electrode an insulating gas, in particular sulfur hexafluoride (SFg) contains, characterized in that the existing of a solid dielectric spacer (1) of the inner electrode (3) with a roughened insulating interface (4) is provided.

2 · compressed gas insulation according to item 1, characterized in that the insulating interface (4-) has a Fauhtiefe of 50 to 500 / um.

j See 1 drawing drawing!