[发明专利]绝缘元件和具有这种绝缘元件的气体绝缘高压装置

说明书

本发明涉及气体绝缘高压装置的绝缘元件，并涉及那些装有绝缘元件的装置，特别是具有充以SF₆之类的绝缘气体的容器以及施加有直流电压的电导体的装置;绝缘元件与导体连接，例如作为它的支持物。

表面放电或表面飞弧（闪络）特性是气体绝缘装置中绝缘子的特性之一，它在交流和直流电压下有很大不同。气体中的直流表面放电特性在日文文件“气体绝缘开关的直流绝缘”（见日本电气工程师协会出版的No.397技术报告（第Ⅱ部分）（1991年12月）17-23页）中有详细说明。这个文件说明在直流电压下绝缘元件表面上产生的电荷是怎样影响绝缘子的绝缘特性的以及绝缘元件的表面击穿电压是如何随累积电荷量变化的。该说明书的附图4显示了这种现象，并示出当累积电荷量增加时，击穿电压趋于下降。如文件所述，解决这个问题的尝试一般是选择绝缘元件的形状以使其不易产生电荷，例如在绝缘元件表面上做成肋状。

本发明人确信绝缘元件表面上的累积电荷可能是由于若干原因中的任何一种而引起的，特别是由于绝缘子本体的导电性、绝缘子表面的导电性、来自装置的其它元件的微小灰尘和颗粒与绝缘子表面接触、装置中气体分子产生的离子，以及由宇宙线或x射线产生的游离。特别是真空开关中，有从阴极发射的电子轰击绝缘子表面的问题，这引起从绝缘子表面的二次电子发射。在充气的装置中这不是重要问题，在那里被发射电子的能量因气体分子的游离而大大减小，所以不产生二次电子。

如上所述，解决问题的一种尝试是塑造绝缘子表面的形状，以增加表面路径长度。提出的另一种解决方法是把绝缘子制成凸状曲面，使这个曲面与电力线相吻合以减轻表面受电子或其它带电颗粒的轰击。提出的另一种方法是用喷水研磨处理绝缘子表面。

两名研究人员（Cross和Sudarshan）已提出在绝缘子表面采用氧化亚铜（Cu₂O）或三氧化二铬（Cr₂O₃）涂层来降低真空中绝缘子表面飞弧（IEEE Transactions on Electrical Insulation，Vol.EI-9，No.4，1974，12，146-150页，和Vol.EI-11，No.1，1976，3，32-35页）。Cross和Sudarshan发现氧化铝上的氧化亚铜涂层消除了没有涂层的绝缘子在直流和交流电压下观察到的适应效应。该适应效应是随着所加的飞弧次数的增加，绝缘子飞弧电压递增的一种现象。在这种情况下，Cu₂O涂层在适应后不引起飞弧电压增加。在三氧化二铬涂层的情况下，飞弧电压有相当大的增加，且适应 效应也减小了，因为采用了三氧化二铬层。作者把这些效果归结为表面正电荷的消除，因为涂层大大减少了绝缘子表面的二次电子发射。看来这些作者关心的是绝缘子表面上因二次电子发射而快速累积的电荷。他们也关心避免绝缘子电阻热效应，所以提出了高电阻与低二次电子系数相结合的涂层。对于氧化亚铜，用真空喷镀法把铜涂覆在绝缘子上，然后在密封管中加热，生成20到200nm厚的涂层。至于三氧化二铬，从水溶液中沉积产生涂层。

如前所述，二次电子发射在气体绝缘系统中不是问题。本发明人确信在气体绝缘系统中绝缘子表面上建立电荷（以小时计）远比在真空系统中（几分之一秒）慢得多，而且来自阴极的电子轰击也不是问题，因为由于诸如SF₆的绝缘气体的存在，电子能量很小。所以，Cross和Sudarshan的建议显然不适用于气体绝缘系统。Cuoss和Sudarshan提出用导电方式象电荷形成那样快地把电荷排除是不可能的，因为所需的电流会引起真空中表面严重发热。

本发明的一个目的是为气体绝缘高压装置提供一个绝缘元件，它减轻或消除因绝缘元件表面上累积电荷而使表面飞弧电压降低的问题。本发明的另一个目标是提供具有这种绝缘元件的气体绝缘高压装置。

本发明人惊奇地发现，具有比气体绝缘高压装置中绝缘元件本体的材料低的电阻率的涂层能成功地消耗趋向于在绝缘子表面上累积的电荷，而无需无法接受地增加电阻性电流。虽然在可用于本发明的涂层中，被Cross和Sudarshan用过的那些是适用的，但在本发明中它们是用在不同的装置，即充以绝缘气体的装置中而不是真空中，而且它们具有明显的不同功能，即用于电荷的传导而不是防止二次电子发射。

因此这项发明可提高飞弧电压20至40%，另一方面这项发明允许使用较小的绝缘子，其飞弧电压与从前工艺的绝缘子相同。这项发明或实施例的其它优点见以下的说明。