中压C─GIS的原理

中压C─GIS的基本原理是利用低压力的气体绝缘介质、固体绝缘材料以及特定的绝缘结构将高压导体或高压元件密封或金属封闭，达到耐受额定绝缘水平的要求；利用连接导体、开关元件、电缆承载电流；利用真空开断技术对线路的负荷电流、过载电流、短路电流进行控制、开断和对线路、设备进行保护；使用现代的传感技术、数字技术及通讯技术进行控制、保护、监视、显示、记录等智能化管理。
　　2.1 低压力SF6气体或混合气体的绝缘技术
　　2.1.1 SF6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。理想的SF6气体临界击穿场强为88.5kV/mm.MPa，而空气临界击穿场强为29.4kV/mm.MPa。由此推论在均匀电场下SF6气体的击穿场强大约是空气的三倍。但生产实际中SF6绝缘结构主要使用的是稍不均匀场，击穿场强总是低于这一数值，当间隙内最大场强达到某一击穿场强Eb时，间隙即被击穿。
　　影响击穿电压的因素较多，如气体压力、电压形式和极性、间隙长度、电场不均匀程度、电极表面粗糙度、电极材料和电极面积等，与间隙中的最大场强密切有关，要精确计算只能借助机算软件来完成。
　　电场不均匀程度对SF6气体击穿电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大多采用稍不均匀电场的结构。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，但会受到箱形密封壳体的强度、刚度、密封性的制约。
　　⑶稍不均匀电场中存在有极性效应，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。
　　研究者门通过大量试验总结出一系列经验公式。
　　对于同轴圆柱电场，当P＝0.1~0.4MPa（绝对值）、内电极直径d=38~200mm、电极表面粗糙不超过30μm时，击穿场强有如下经验公式：
　　Eb＝A×P＋B
　　P─SF6气体压力，MPa，绝对值。
　　A、B─与施加电压极性有关的系数，见表2.1。
　　



　　2.1.2 SF6气体绝缘性能与浓度的关系
　　在空气、SF6混合气体中，球对板间隙（均匀电场）和棒对板间隙（不均匀电场）上施加正极性雷电冲击，闪络电压随空气、SF6混合比而变化，见图2.1。
　　
　　



　　SF6与N2、CO2、空气等的混合气体中SF6与空气的混合气体绝缘特性为最佳。SF6、空气混合气体比起同一气压下的纯SF6来说有着对杂质的影响不敏感的优点。40：60的SF6、空气混合气体达到同样的绝缘水平，要运行于稍高的气压（10%）。
　　2.1.3 SF6气体绝缘性能与压力的关系
　　SF6气体压力在0.10~0.15MPa（绝对值）范围内变化时，球对板间隙（均匀电场）和棒对板间隙（不均匀电场）上施加雷电冲击，闪络电压与SF6气体压力的关系见图2.2。由图可知，按均匀电场考虑的球对板间隙随着气体压力的升高，闪络电压同时也成比例地上升；而按不均匀电场考虑的棒对板间隙随着气体压力的升高，闪络电压几乎没有变化，也就是说提高气体压力对不均匀电场耐受电压的提高没有太大作用。由此表明设计中压C—GIS时，充分利用该特性效果会很显著。耐受电压并不仅仅取决于充气压力，按接近大气压的充气压力设计C-GIS时,解决密封壳体的强度、刚度、密封性等问题时就要经济得多。
　　2.1.4 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，容易出现碰撞电离并发展成沿面闪络，是绝缘上的薄弱环节。
　　电极与固体绝缘子接触时会形成楔形的微小间隙，使得电场升高。
　　实际结构中一方面应修改电极形状和绝缘件表面形状，改善电场分布；另一方面应设置屏蔽以防止绝缘子与电极接触处电场集中。
　　2.1.5 支柱绝缘子的设计
　　由固体——气体绝缘组成的复合绝缘比单独气体绝缘，其绝缘强度随气压之增加得较少。在较高气压下的绝缘强度受绝缘子的影响比受气体的影响要大得多，而在低气压下绝缘强度没有明显下降。设计中应以冲击击穿判据作为设计依据。
　　对支柱绝缘子和绝缘拉杆的基本