第六节 应用SF₆气体绝缘设备的发展

SF₆气体具有不燃烧的特性，并具有优异的绝缘性能和灭弧性能，在20世纪60年代首先被应用于断路器中，接着扩大应用于变压器、电缆等各种电器。

以SF₆气体绝缘的电力设备主要是SF₆断路器、全封闭式组合电器和输电管道，所用的绝缘结构可分为三种基本类型：①纯SF₆气体间隙绝缘；②支持绝缘，即支柱绝缘子；③引线绝缘。

（1）SF₆气体间隙绝缘。这是设备中主要的绝缘结构，要求电场分布尽量均匀。一般都采用同轴圆柱结构，直径较小或具有棱角的部件如触头等均需加上尺寸较大的屏蔽罩。

（2）支柱绝缘子。支柱绝缘子大量用于组合电器作为固定高压导体的绝缘支持物。常用的有下述三种基本类型，一般均用环氧树脂浇铸而成。

1）盆形（或碗形）绝缘子。其典型结构以单相的为多，它用于组合电器时还起隔离两侧气体之用。为使导电杆附近电场均匀和消除气隙，需加上预嵌件均压环或屏蔽罩。

2）捧形绝缘子。可将它用于组合电器的母线筒作为母线的支持绝缘，它的两端还要嵌入球形结构的金属件以均匀端部电场。安装时在绝缘子根部应装设屏蔽罩以均匀接地部分的电场。

3）夹形绝缘子。主要用于母线筒。在支撑母线处和绝缘子的根部均带有屏蔽罩。

（3）引线绝缘。作为从SF₆电力设备高压引出线绝缘用。

一、SF₆气体绝缘断路器

（一）SF₆断路器的发展

SF₆断路器是采用SF₆气体作为绝缘介质和灭弧介质。由于SF₆具有优异的绝缘特性和灭弧特性，使得高压断路器在尺寸小、重量轻、容量大、成套速装、不维修或少维修等方面，使传统的油和压缩空气断路器无法与之相比。但发展之初，SF₆气体断路器的设计还是沿袭了油断路器和压缩空气断路器的灭弧方式，世界上第一台SF₆断路器由美国西屋公司在1955年造成的，设计上采用了自吹的灭弧方式，利用电弧高温使SF₆气体压力上升，利用气吹熄灭电弧。当时认为这种方式开断容量不易提高，就转而采用压缩空气断路器的灭弧方式。1958年西屋公司造出了第一台SF₆断路器，以2个表压的SF₆气体代替压缩空气充于内腔作为主绝缘。开断时，以14个表压的SF₆气体通过主气阀在喷口中形成音速气流使电弧在电流过零时熄灭。但通过喷口的SF₆气体不是向大气排放，而是排向2个表压的低压区，另以压缩机将SF₆气体从2个表压的低压区补充到14个表压的高压区的储气桶内，以备下次开断时再用，SF₆气体在断路器内一直保持着密封循环。这种气体断路器内部具有两种气体压力，称为双压式SF₆断路器，断流容量显著增加，这就是通常所称的第一代SF₆断路器。

由于双压式结构复杂，另需配置一台密封循环中运转的压缩机，价格昂贵。同时，SF₆气体在14个表压时容易液化，温度必须经常保持在8℃上，在运行中十分麻烦，不受用户欢迎。因而促使制造厂另找路径，以达到结构简单断流容量较大的目的，从而产生了单压式SF₆断路器，通常称之为第二代SF₆断路器，经过试验亦能达到双压式相接近的开断能力。这种断路器的额定压为5～6个表压，开断时，利用压气缸（又称压气罩）与活塞的相对运动，把SF₆气体压缩，产生气流，在喷口达到音速，使电弧熄灭。这就大大简化了产品结构，不但摒弃了双压式断路器复杂的控制阀、排气阀、时间限制阀等，而且气体压缩机，气罐和其它附属设备均不需要，深受用户欢迎。单压式断路器经过不断改进，日趋完善，双压式断路器逐渐被淘汰。

1984年以来，SF₆断路器的模拟技术和计算技术得到了长足的发展，人们通过对断路器动态特性的模拟，对电弧的模型化，对气流场和电场的综合计算，使之对断路器的开断现象有了进一步的认识。利用电弧本身的能量加热SF₆气体，建立高压力，形成压差，通过高压力SF₆膨胀，而达到熄灭电弧的目的。这样做有两个好处：一是不用操动机构提供压缩功，故大大减轻了机构负担，可不用大容量液压机构而采用低操作功的弹簧机构。二是简化了灭弧室的结构，缩小了尺寸。新的自能灭弧室大多采用混合灭弧原理，即利用膨胀加助吹的原理，有效地解决了开断大电流和小电流的矛盾。

LTB型（72.5～170kV）SF₆断路器是在ABB集团内第一个合作生产的自能灭弧式断路器。它吸收了HPL和EDF系列断路器的优点，配用简单可靠的弹簧储能机构，无论是机械操作型BLK还是液压操作型AHMA，均为三相或单相操作提供了最优设计。

CEC Alsthom公司开发的新一代FXT型热膨胀断路器，于1988年11月在巴黎“Elec88””展览会上首次与用户见面。其热膨胀式断路器有两种：第一种为热膨胀加助吹，即在开断大电流时，利用电弧的热效应；对于小电流，则通过压气助吹熄弧，这种技术特别适用于245kV以下电压等级的产品。第二种为热膨胀加助吹加助推，这种技术能加速电弧的开断过程。已开发出FXT12～12型（145～245kV）SF₆断路器。

AEG公司于1992年和1993年汉诺威展览会上展出了SI型170kV、3150A、31.5kA和245kV、3150A、40kA自能灭弧式SF₆断路器的一相，该断路器配弹簧操动机构，大大降低了操作功。开断时所需能量储存在弹簧内，能量无损耗，不需监视和补充能量。

（二）瓷柱式SF₆断路器

国外从20世纪50年代开始研究高压SF₆断路器，SF₆断路器的发展经历了双压式—单压式—自能灭弧式三个阶段。

单压式SF₆断路器结构有定开距和变开距两种，分别具有开断电流大及断口电压高的特点。国外单压式产品以52～800kV成系列，额定电流至4000A，开断电流可达63kA，其中245kV级为单断口，550kV级为双断口，800kV级为3～4断口，开断时间做到两个周波。近年来，在灭弧方式上取得新突破，自能灭弧式SF₆断路器大多采用混合灭弧原理，这一方面简化了灭弧室的结构，缩小了尺寸；另一方面，配用了低操作功的弹簧机构。

瓷柱式SF₆断路器的性能、结构都有了很大的发展，产品的技术参数如开断电流、单断口工作电压都已超过了传统产品，开断电流为40～50kA，单断口电压220kV，各项技术指标达到电网的要求。

10～35kV级SF₆断路器占的比重相当大，技术参数范围宽阔，指标高，多数系列的额定电流为600～3150A，额定短路开断电流在20～25kA，有的高达40kA。在操作机构方面，使用简单可靠的弹簧储能机构，大大降低了操作功。

我国在20世纪70年代末，某高压开关厂与南斯拉夫动力投资公司联合设计了220kV单断口和550kV双断口，开断电流为40、50kA的SF₆断路器。某高压开关厂20世纪70年代末又引进法国MG公司的FA系列瓷柱式SF₆断路器技术，20世纪80年代中期全部实现国产化，其中，LW系列产品已成为我国电网中应用量最大、使用面最广的重要设备。

某高压开关厂与日本三菱公司于1985年合作生产SFM系列SF₆断路器，有110～550kV等级。220kV单断口灭弧室在不带电容器的情况下开断电流达到50kA，是目前国产GCB开断性能最好的灭弧室。另外，与西高所共同研制出采用SF₆加N₂适用于－40℃以下低温的220kV的SF₆断路器。

某高压开关厂于1985年从日本日立制作所引进72.5～550kV OFPI系列GCB产品制造技术。其中，72.5～220kV级每相一个断口，330kV和550kV级每相两个断口。该系列产品与SFM系列产品一样，都是目前我国单断口电压水平最高的瓷柱式SF₆断路器。

我国10～35kV SF₆断路器的研制始于20世纪80年代初期，多以自行设计为主，工艺材料立足国产化，LM、LW两大系列产品。10多年来的运行经验表明两大系列产品取得较大成果，产品进入广泛应用阶段，使用量逐年增加。随着改革开放，一些厂家引进国外中压SF₆断路的技术性能、参数都有很大提高，具备了参加国际市场竞争条件。

我国10～35kV SF₆断路器多采用旋弧、自能、压气等灭弧式结构，但由于旋弧式开断容量较小，满足不了电力系统发展的需要，近年来相继开发出压气式大容量SF₆断路器。目前10～35kV级压气式SF₆断路器，其额定电流可达3150A，开断电流31.5～40kA。柱上自能式SF₆断路器也在迅速发展之中。

（三）罐式SF₆断路器

罐式SF₆断路器的特点是重心低，结构稳固，抗震性能好，可以加装电流互感器，尤其是与隔离开关、接地开关、避雷器等组合成复合式开关设备，更加节省占地面积。该类产品特别适用于多地震、严重污秽地区和山区变电所、城网供电所。但罐体耗用金属材料多，制造难度也较大。

罐式SF₆断路器在灭弧室结构上也有定开距和变开距之分，混合压气式（压气与利用电弧自身能量相结合的灭弧方式）的研制成功，为减小操作功、开发低振动型断路器、提高开断性能创造条件。

国外550kV63kA单断口SF₆断路器已通过各种验证试验，在60Hz系统中开断63kA，开断近区故障可不使用并联电容器。

国内自行设计的220kV单断罐式SF₆断路器，开断电流50kA（断口间并联电容器）；从国外引进技术制造的产品，额定电压63～500kV，在300kV电压下，单断开断50kA近区故障不用并联电容器。

1972年，某高压开关厂研制成功我国第一台110kV GIS用双断口罐式SF₆断路器，在20世纪80年代初期研制成功220kV 40kA（单断口）罐式SF₆断路器之后，于20世纪80年代中期，又与日本三菱电机株式社合作生产，引进110～500kV SFMT系列罐式SF₆断路器制造技术。该系列产品的灭弧室为压气式、变开距、双吹结构；单断口工作电压达到300kV，在此电压下，开断50kA近区故障不并电容器；配用气动操作机构，结构简单，动作稳定可靠。

某高压开关厂从日本日立引进了63～500kV OFPT（B）系列罐式SF₆断路器制造技术，该系列产品灭弧室采用单压、轴向同期双吹结构，利用喷口堵塞和电弧的热效应，提高吹弧气压。配用的操动机构有气动机构和液压机构两种，分别适用于63～330kV和220～500kV断路器。

某高压开关厂自行设计的LM—220型单断口罐式断路器，耐振性能好，安装简便，它的研制成功填补了我国该类产品自行设计的空白。产品开断电流达50kA（断口不并电容时开断电流为40kA）。

某开关厂自行设计的220kV罐式SF₆断路器产品，每相有两个灭弧断口，每个断口上并联有均压电容器，灭弧室采用压气式、定开、双喷结构，具有较大的开断能力和较长的电寿命。

罐式SF₆断路器和瓷柱式SF₆断路器一样，要进一步提高单断口工作电压水平，如达到330～550kV单断口；提高额定电流到8000A和开断电流到63～80kA。这就需要开发新型灭弧室，如研制性能优越、熄弧能力强的混合压气式灭弧室。为此，需要采用各种新技术、新材料，如在聚四氟乙烯中添加微量无机填充剂的新喷嘴材料，以减少短路开断时喷嘴的损伤；为适应500kV单断口灭弧室开断近区故障的需要，还需研制耐电性能更高的陶瓷并联电容器。

另一方面，还需要开发双向运动的分闸机构，特点是其驱动能量仅为单动型的0.53倍，由于可动部的绝对速度与以往其它型相同，在滑动部和密封部的长期可靠性方面不会发生新的问题。此外，还可减轻操作功，有效地减小机构振动。

对于GIS用罐式断路器，还需要开展三相共筒化的研究，包括对三相电场、磁场、热场等的分布和干扰的分析。

罐式断路器与罐式隔离开关、接地开关等元件组合而形成的SF₆复合电器，由于使用性能具有GIS的主要优点，与敞开式电容相比能大量节省开关站面积，与GIS相比能显著节省设备投资，因而很适合我国某些投资较紧张、地皮不宽裕的330～500kV电站使用。复合电器将是罐式断路器今后发展的一个方向。

二、SF₆气体绝缘全封闭组合电器（GIS）

SF₆全封闭组合电器就是把整个变电所的电器设备，除变压器外，全部封闭在一个接地的金属外壳内，壳内充以2.5～3.0大气压（表压）的SF₆气体。

SF₆全封闭组合电器的优点是：

（1）大大缩小了电器设备的占地面积与空间体积。由于SF₆气体有很好的绝缘性能，因此绝缘距离大为缩小。随着电压等级的提高，缩小的倍数越来越大。

根据国外数据，不同电压等级采用SF₆全封闭组合电器与常规的敞开式电器的占地面积与空间体积的比较，见表1-11。

（2）全封闭组合电器运行安全可靠，维修也很方便，由于全部电器设备封闭于接地外壳之中，减少了自然环境条件对设备的影响，特别适宜用在严重污秽、盐雾地区以及高海拔地区，而且对运行人员的人身安全也大有好处。

（3）SF₆断路器的开断性能好，触头烧伤轻微，加上SF₆全气体绝缘性能稳定，又无氧化问题，因此断路器的检修周期可以大为延长。

（4）安装方便。SF₆全封闭组合电器一般是以整体形式或者把它分成若干部分运往现场。因此可大大缩减现场安装的工作量，缩短工程建设周期。

（一）SF₆封闭式组合电器结构类型

SF₆封闭式组合电器（气体绝缘金属封闭开关设备）是将断路器、隔离开关、快速接地开关、电流互感器、避雷器、母线、套管和/或电缆终端等电气元件封闭组合在接地的金属外壳中，以SF₆气体作为绝缘介质，简称GIS，其作用相当于一个开关站。GIS结构式有以下几种：

（1）分相式。主回路分别装在独立的圆孔外壳内，不会发生相间故障；电场较均匀，但外壳消耗材料多，密封面多，体积较大；外壳中感应电流大。

（2）主母线三相共筒式。仅三相主母线共用一个圆筒外壳，结构简化，尺寸减小，总体布置较方便；分支母线及分支回路中电器设备仍为分相式。

（3）全三相共筒式。每个元件的三个集中安装于一个圆筒外壳中，环氧浇注件支撑与隔离，外壳数量少，尺寸小，省材料，减少密封环节；外壳电流小；相间电场分布互相有影响，可能导致相间及三相短路故障，电场较复杂。

（4）复合式。在三相共筒的基础上使元件复合化，在同一个外壳中，同时装几个元件，结构进一步简化，尺寸更小。

（5）箱式。每个功能单元的所有部件集中于一个矩形金属箱中，充气空间利用率高，体积小，无外装部件，安装与使用方便。

（二）GIS电器发展概况

1968年国内研究机构与开关制造厂会同用户单位一道开始研制110kV GOS，并于1976年首次投运成功。1980年研制成功我国第一套220kV单断口GIS。接着国内开关厂相继研制出110kV和220kV GIS产品。从1985年开始，我国三家高压开关厂相继从MG公司、日本三菱公司和日立公司引进了GIS的制造技术。现在110kV和220kV GIS大量投入电网运行，全部实现国产化。

1.盆式绝缘子

某高压开关厂按MG公司要求，采用真空混料和浇注、压力凝胶和冷却浇注口工艺，生产出110kV和220kV GIS用的盆式绝缘子。相继几个高压开关厂经过几年的试验研究，筛选了国产化材料，在引进设备上浇注成功110kV、220kV和550kV GIS用的盆式绝缘子，其结构尺寸、机电性能符合引进技术要求。110kV三相共筒式GIS用盆式绝缘子已达到三菱公司技术要求。

2.壳体焊接和壳体翻边

壳体焊接是制造GIS的关键工艺之一，它对整个产品的密封性能及电气性能影响较大。GIS生产中，铝合金壳所占比例很大，其结构复杂，体积小，数量多，环缝长，母材较厚，进行焊接时，采用熔化极半自动氩弧焊（MIG）可以满足生产需要。国内在进行熔化极半自动氩弧焊时，解决了焊缝中气孔产生率高、等离子弧焊接铝合金工艺、铝合金用焊丝以及环境对焊接质量的影响和壳体焊前清理等问题，达到了三菱公司技术要求。

壳体翻边是GIS壳体制造的又一项关键工艺。冷翻边比热翻边更简便更经济，实施冷翻边工艺是壳体加工的一项先进技术。国内通过引进、消化、改造，自1988年6月采用冷翻边工艺以来，壳体加工质量符合设计要求，基本达到技术标准。

3.配套元件

GIS集一次和二次元件为一体，包括多种机械零部件和电气元器件。通常GIS生产厂都需要外购大量的配套件。因此，配套件的质量和水平对GIS的性能至关重要。

（1）氧化锌避雷器。氧化锌避雷器的使用，降低了对GIS绝缘水平的要求，减小了占地面积，对GIS起着重要作用。国内的避雷器制造厂通过技术引进，使国产避雷器性能大大提高。

（2）电压互感器。国产GIS用的电压互感器主要是电磁式的。由某互感器厂生产的产品在许多GIS工程中被应用，质量较好。

（3）控制元件。GIS生产厂家与有关专业厂共同对电气控制元件进行研制，现已初步解决了国产电气控制元件一些问题，基本满足了GIS要求。除此之外，其它控制元件如防爆装置、空气阀门、SF₆气体阀门等，GIS生产厂家会同专业厂家联合研制了专用元件，其性能好，体积小，可靠性高。

随着GIS的不断完善和电力系统发展需要，超高压开关设备选用GIS已成为整个世界的发展趋势。GIS在小型化、提高可靠性及对环境的适应性等方面也在不断地发展着。

三、SF₆气体绝缘变压器

用聚酯薄膜和SF₆气体作为绝缘介质，采用铝箔绕制线圈，采用氟碳化合物作为冷却剂，不仅具有不燃烧不爆炸的特性，并且还有重量轻、尺寸小、损耗低、噪音小等优点。在电力变压器中SF₆气体压力一般选取2个大气压，压力太高必须增强壳体的强度，还将增加壳体的重量和制造成本。由于SF₆气体的导热性不如变压器油，在大容量的变压器中可加入氟碳化合物作为冷却剂，形成单独密闭的冷却系统。小容量配电变压器为简化结构，仍采用SF₆气体作为冷却介质。

气体变压器的线圈可采用扁铜线，也可改用铝箔绕制，铝箔的宽度等于线圈整体轴向高度，这种线圈结构中的匝间电压仅是一匝电压，0.5mm厚度的聚酯薄膜的绝缘强度已经足够，因而能使绝缘结构大为简化，结构尺寸与油纸绝缘变压器比较可大为减小。

压缩了SF₆气体隔音性能比绝缘油好，故传导到外壳上的铁芯噪音水平要比油变压器低。

SF₆气体变压器在世界各国都已应用，我国某厂已经生产了10kV 500kVA的SF₆变压器，更高电压等级、更大容量的SF₆变压器也有应用。

SF₆变压器与常规的油浸变压器相比有以下优点：

（1）SF₆变压器无燃烧爆炸的危险，特别适宜用在高层建筑、地下商业中心、人口稠密地区。

（2）SF₆变压器采用密封结构，防潮防尘性能良好，不会受到周围气候环境的影响，可靠性高。

（3）SF₆气体又是良好的隔音物质（与变压器油相比），因而变压器铁芯的噪音经由SF₆气体传到变压器外壳上的水平比干式变压器低得多。

（4）SF₆由于气体比变压器油轻很多，因此SF₆变压器的总重量要比油浸变压器轻。

（5）SF₆变压器损耗低，效率高，总损耗通常只有变压器容量的1%～1.5%。

（6）SF₆变压器的安装空间小，如果取SF₆变压器的安装空间为100，则油浸变压器为110，干式变压器为140。

SF₆变压器与其它变压器在使用性能方面比较见表1-12。

四、SF₆气体绝缘电力电缆

目前以SF₆气体为绝缘的新型电缆，从145～750kV，已分别在各国投入运行。

世界上第一条实用的SF₆气体绝缘的电缆是1969年由美国研制成功的，电压为345kV，长度为183m，于1971年投入运行，称为G1C，四年后制造技术即推进到800kV。

G1C分为刚性外壳和挠性外壳两类。

刚性外壳的G1C又分单芯和三芯两种结构，单芯外壳材料一般采用非磁性铝合金，三芯G1C外壳采用钢管，工厂制造长度一般为12～18m，再到现场安装连接。外壳用焊接，导体通常用铝管，相互联接采用插入式结构，这种方式的优点是连接方便，又可补偿外壳与导体之间热膨胀的差异，导体的支撑绝缘采用环氧树脂绝缘子，绝缘子间距一般取3～6m，SF₆气体压力取2.5～4.5个大气压，终端用出线套管引出后与其它电器设备相连。

挠性G1C的外壳采用波纹状铝合金管，导体亦使用波纹状铝管，绝缘支撑采用盘形环氧浇制绝缘件，间距仅0.6m，但工厂制造长度可达80m左右，减少了现场安装工程量，因其接头数量较刚性外壳G1C少，污染机会亦减少，使安装费用和工程造价大为降低。

与油纸电力电缆相比，G1C有下列优点：

（1）SF₆气体的介电常数为1，因此电容量只有充油电缆的几分之一，充电电流小。

（2）介质损失小，几乎可忽略不计，因此允许工作温度高，比充油电缆具有更大的传输容量。

（3）终端套管结构简单，价格相对便宜。

（4）水电站场地狭窄，落差大，使用G1C不存在油压电缆终端头的油压电缆终端头的高低压差问题。

将单相导体或三相导体封在充有SF₆气体的金属圆筒中，带电部分与接地的金属圆筒间的绝缘由SF₆气体来承担，这就是SF₆气体绝缘电缆。

SF₆气体绝缘电缆可分为单芯和三芯两种结构，三芯结构又可分为三芯均置和三芯偏置两种如图1-18所示。三芯均置结构用于输电管路，外壳尺寸可以缩小，三

芯偏置结构用于全封闭组合电器的母线筒中，出线比较方便。

单芯结构设计成同轴形，每隔一定距离（4～10m）有绝缘支撑件，绝缘支撑件可分为盘形、锤形和盆形等如图1-19所示。绝缘支撑件由环氧树脂浇注而成。

三芯结构中导体支撑方式较为复杂如图1-20所示。

SF₆气体绝缘电缆在工厂中通常制成每段长10～18m（取决于运输条件），然后运输到现场后再将各段连接起来。各段间可采用焊接或螺栓固定方式。

大约有20%SF₆气体绝缘电缆是直接埋藏在地下，其它80%则安装在地面上、隧道或槽沟中。对于埋藏在地下的SF₆气体绝缘电缆，为了防止腐蚀可以外壳的表面上涂上聚乙烯或乙烯树脂，还可采用阴极保护系统。对于安装在地面上的SF₆气体绝缘电缆大部分在表面涂有环氧树脂，主要是为了美观。

所有的SF₆气体绝缘电缆的外壳都在电缆的两端（有可能还应在中间部分）使之接地。对于单芯结构的气体绝缘电缆，每隔一定长度还应把三相的三个外壳连接在一起。

表1-13中给出了几种SF₆气体绝缘电缆的主要技术参数及结构尺寸。

与常规的油纸绝缘电缆相比，SF₆气体绝缘电缆具有很多优点，主要有：

（1）SF₆气体的介电系数ε＝1，而油纸绝缘电缆ε＝3.6，因此SF₆气体绝缘电缆的电容值大致为油纸电缆的53%，电容电流小，适宜于远距离输送。

（2）SF₆气体绝缘电缆的介质损耗可忽略不计。考虑SF₆气体的对流散热效果后，散热性能也比油纸绝缘电缆为好，因此SF₆气体绝缘电缆的额定电流大。

（3）增高气体压力可以提高SF₆气体绝缘的性能。因此可以在不改动原有结构尺寸的情况下采用提高气体压力的办法来提高气体绝缘电缆的额定电压，常用的气体压力为2.9～5.1个大气压（绝对值）。

（4）SF₆气体绝缘电缆的波阻抗约60Ω，比油纸电缆的波阻抗大。当SF₆气体绝缘电缆与架空线连接时对行波的反射大为减少。

（5）SF₆气体绝缘电缆解决了高落差地区的电缆输电问题。

（6）无着火危险。

由于上述优点，SF₆气体绝缘电缆特别适宜用于下列场所：

（1）作为超高压大容量的功率传输，目前额定电压可达500kV，额定电流为3000～5000A。

（2）为避免架空线间的互相交叉和跨越河流，可采用SF₆气体绝缘电缆。

（3）用于大城市中大容量的供电。

（4）用于SF₆全封闭组合电器与架空线之间的连接。

（5）用于高落差地区油纸绝缘电缆无法使用的场所。

五、SF₆气体绝缘的电磁式电压与电流互感器

SF₆气体绝缘的电磁式电压与电流互感器早在GIS中得到应用，但是作为一个独立的电器产品还是后来的事。以前110kV及以上电压等级的互感器几乎全部采用油纸绝缘的结构。如果互感器设计不当或是由于加工工艺、绝缘处理中存在的问题，在互感器内部出现击穿引起弧光放电时，由于电弧温度高、能量大，会使油蒸发、分解产生很多的气体，使内部压力迅速升高。由于变压器油几乎是不可压缩，这种上升很陡、幅值很高的压力波，将作用在互感器的瓷柱上，有可能导致互感器的爆炸事故。为了避免这类事故，在设计中曾经设想采用防爆膜及其它压力释放装置，但由于压力陡度大，保护装置很难及时动作，因而收效不大。

采用SF₆气体绝缘的互感器有可能避免出现这类事故。由于气体的可压缩性，当SF₆气体绝缘的互感器内部出现击穿时，电弧的高温虽然能使气体加热、压力升高，但压力升高较为缓慢，采用防爆膜或安全阀等压力释放装置是有可能避免互感器外壳的瓷套受到损坏，除此以外，SF₆气体绝缘的互感器还具有下面一些优点：

（1）制造简单，生产周期短。

（2）运行维护简单，安全，无火灾危险。

（3）SF₆气体密度远低于变压器油，因而互感器的重量轻，易于运输。

SF₆气体绝缘电流互感器的结构为：互感器采用环形铁芯，二次线圈均匀缠绕在铁芯上。铁芯与二次线圈用能耐SF₆的树脂浇铸在一起，具有良好的机械性能。二次线圈经金属管向

下引出，一次线圈由铜或铝母线制成，贯穿在铁芯中。

一次与二次线圈（包括铁芯）之间的绝缘由SF₆气体来承担。绝缘距离要保证SF₆气体因泄漏降到零表压时仍能在额定电压下长期工作。互感器是密封的，气体密度由一个温度补偿的压力计检测，它可目测也可遥测。

外壳可采用瓷套或采用带有硅酯酯裙边的玻璃钢筒。

SF₆气体绝缘的电压互感器有两种结构：顶式（倒置式）结构和罐式结构。

顶式结构适用于123～245kV，245～765kV宜采用罐式结构。

罐式结构与GIS内使用的电压互感器相近。高压连接是通过一个专用的SF₆气体绝缘的套管实现的。为了便于接线，一次高压线圈绕在二次高压线圈外面，铁芯是接地的。

顶式结构的电压互感器的铁芯处在高电位、二次线圈放在一次线圈外。245kV以下的电压互感器由于电压低，不必在整个绝缘子长度上利用电容来控制电场，简单的电极就可以了，因而价格较低。

组合式电流、电压互感器的结构是电压互感器部分放在电流互感器部分的上面，电压互感器的铁芯位于高电位，二次线圈绕在一次高压线圈的外面与电流互感器的二次线圈一起通过顶部的金属管引向底座。铁芯采用壳式结构以便减小顶部的尺寸与重量。