介绍GIS装置及其绝缘技术第五讲
GIS装置及其绝缘技术介绍(西安交通大学)
影响沿面闪络电压的其它因素
绝缘子材料对表面闪络电压的影响
•绝缘子的相对介电常数对绝缘子的电场分布和闪络电压有重要的影响，随着介电 常数的增加，会引发下列后果而使得沿面闪络电压降低： (1)在绝缘子表面的杂质处局部电场增加 (2)出现微观放电的外施电压降低 (3)微观放电的能量增加 •绝缘子的表面电阻率的降低有助于使绝缘子所带的表面电荷泄漏掉，从而降低了 表面电荷增强局部电场的作用，其结果是提高了闪络电压
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影响沿面闪络电压的其它因素
导电微粒对闪络电压的影响
绝缘子表面上存在的导电微粒会使绝缘子的闪络电压下降 导电微粒引发的局部放电有可能使得绝缘子表面带电，从而降低其闪络电压
采用第三章中讲述的方法控制导电微粒的影响
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当 =70°时，沿面电场分布是比较均匀的
Xi’an Jiaotong University -1缘子的闪络通常是在金属电极-环氧树脂-SF6气体的三重结合点开始的 •另外，当绝缘子和导体电极接触不良时，绝缘子和导体之间的小气体间隙会 出现高场强，使得绝缘子的闪络电压降低。针对这一问题，可以考虑采用内 装屏蔽电极。
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变介电常数材料绝缘子
沿绝缘子表面电场分布
沿面闪络电压
采用变介电常数的材料可改善绝缘子表面电位分布，提高其闪络电压
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小结
气体绝缘系统中支撑绝缘子的类别与材料
电场分布及其对沿面闪络电压的影响 屏蔽电极的好处
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gis组合电气的原理及应用
GIS组合电气的原理及应用1. 简介GIS（Gas Insulated Switchgear）组合电气是一种使用气体绝缘的开关装置，广泛应用于输电和配电系统中。
本文将介绍GIS组合电气的原理和应用。
2. GIS组合电气的原理GIS组合电气采用气体绝缘技术，即以硫化气体（通常是SF6）作为绝缘介质。
其中SF6具有很高的电气强度和热导率，使得设备可以更小、更紧凑。
2.1 构成GIS组合电气主要由下列部分组成：•断路器：用于开关电路的设备。
•接地开关：用于接地故障电流的设备。
•变压器：用于变换电压的设备。
•PT（Potential Transformer）：用于测量电压的设备。
•CT（Current Transformer）：用于测量电流的设备。
•绝缘引线：用于连接GIS组合电气各部件的绝缘电缆。
2.2 工作原理当GIS组合电气处于正常工作状态时，使用高压SF6气体作为绝缘介质和灭弧介质。
当发生故障时，断路器自动打开，迅速切断电路，并将故障电流引导到接地开关。
同时，PT和CT测量电压和电流，并将信号传递给监控系统，以监测电网状态。
3. GIS组合电气的应用GIS组合电气广泛应用于输电和配电系统，具有以下几个显著的优点：3.1 占地面积小相比传统的空气绝缘开关设备，GIS组合电气可以大大减小设备的占地面积。
这对于城市等地方有限面积的场所尤为重要。
3.2 绝缘性能优异SF6气体具有很高的绝缘性能，能够有效隔离高电压下的设备，提高电网的可靠性。
3.3 抗短路能力强GIS组合电气能够承受较高的电流短路，有效保护电网设备，避免因短路故障导致系统的瘫痪。
3.4 抗污染性能好由于GIS组合电气采用气体绝缘，设备对污染物的影响较小。
这使得GIS组合电气适用于恶劣的环境条件，如高海拔地区或高湿地区。
3.5 维护方便GIS组合电气的维护相对简单，仅需定期检查和维护SF6气体的密封性能即可。
4. 总结GIS组合电气是一种基于气体绝缘技术，广泛应用于输电和配电系统的开关装置。
GIS知识培训课件
2 SF6气体的特性
2.1 SF6气体的物理特性
➢常温下SF6气体密度为6.61kg/m3，密度为空气的5.1倍；
➢SF6气体的热传导性较差，导热系数仅为空气的2/3，但其对流散热能力却 优于空气。整体上，SF6气体的散热性优于空气；
➢SF6是负电性气体（负电性即分子易吸收自由电子形成负离子的特性）， SF6气体中的负离子与电弧中的正离子结合，造成电弧空间中带点离子的迅 速减少，提高了电弧的击穿电压，使电弧间隙能够很快恢复。这是SF6气体 成为优良灭弧介质的重要原因之一。
接地合感应电流的能力。
开关
3.4 母线
126kV、252kV母线采用三相共箱式 结构。母线导体连接采用表带触指， 梅花触头。壳体材料采用钢筒及铸铝 壳体低能耗材料，三相共箱式结构可 避免磁滞和涡流循环引起的发热。并 采用主母线落地布置结构，降低了开 关设备高度，缩小了开关设备占地面 积。在适当位置布置金属波纹管。
额定电流： 在规定的正常使用和性能条件下， 断路器主回路能够连续承载的点流有效值；
额定短时耐受电流：又称额定热稳定电流。 指在规定的使用和性能条件下，在确定的时 间内，断路器合闸位置所能承载的电流有效 值；
额定峰值耐受电流：又称额定动稳定电流， 指在规定的使用和性能条件下，断路器在合 闸位置所能耐受的额定短时耐受电流第一个 大半波的峰值电流。
成 4. BUS—母线 5. CT—电流互感器
元 6. VT—电压互感器 7. LA—避雷器
件 8. LCP —就地控制柜 9. 终端元件 – SF6 \air Bsg ;
SF6 \oil Bsg CSE电缆终端
3.1 六氟化硫断路器
126灭弧室内部结构图
252单断口断路器本体 示意图
GIS现场绝缘试验技术
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交流谐振耐压原理 串联谐振装置的工作原理见图 ,!由图 , 可知 # $ !" ! # $% @
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现场耐压试验故障判断
=>? 现场交流耐压试验的第 , 阶段是 ) 老练净 化 *! 其目的是清除 =>? 内部可能存在的导电微粒以
及电极上毛刺等 " ) 老练净化 *使可能存在的导电微 粒移动到低电场区域或微粒陷阱中 + 烧蚀电极表面 的毛刺 ! 使其不再对绝缘起危害作用 " 在进行 ) 老练 净化 * 过程中 ! 试验电压值低于耐压值 ! 时间一般为 数分钟或数十分钟 " 第 ! 阶段是耐压试验 " 如果 =>? 的每一部件均 已按选定的完整试验程序耐受规定的试验电压而无 击穿放电 !则认为整个 =>? 通过试验 " 在试验过程中 ! 如果发现击穿放电 ! 则应根据放 电能量和放电引起的各种声 ( 光 ( 电 ( 化学等各种效 应 ! 以及耐压试验过程中进行的其它故障诊断技术 所提供的资料进行综合诊断 " 若 =>? 分段后进行耐压试验的进出线和间隔较 多 ! 而试验过程中发生非自恢复放电或击穿 ! 仅靠人 耳的监听以判断故障发生的确切部位将比较困难 !容 易发生误判 !而且浪费人力 (物力 !对设备造成不必要 的危害" 目前 !国内外一般采用基于监测耐压试验过 程中放电产生的冲击波而引起外壳振动的振动波的 原理研制的故障定位仪 !以确定放电间隔 " 对有故障 的间隔!将设备解体 !打开放电间隔 !在采取必要的恢 复措施后!再进行规定的耐压试验 !检验 =>? 绝缘"
! >$I 绝缘气体检测
GIS装置的基本知识
GIS装置的基本知识目录一、GIS概述 (2)1.1 GIS的定义 (3)1.2 GIS的功能 (3)1.3 GIS的发展历程 (4)二、GIS装置的组成 (6)2.1 GPS接收器 (7)2.2 数据存储设备 (8)2.3 计算机系统 (10)2.4 显示设备 (12)三、GIS数据来源与处理 (13)3.1 数据来源 (14)3.2 数据采集方法 (15)3.3 数据处理过程 (16)四、GIS空间分析 (17)4.1 空间查询 (19)4.2 空间插值 (20)4.3 空间统计 (22)4.4 网络分析 (22)五、GIS应用领域 (24)5.1 地理信息系统工程 (25)5.2 环境监测与保护 (26)5.3 城市规划与设计 (28)5.4 交通运输 (29)六、GIS操作与维护 (30)6.1 GIS软件操作 (31)6.2 数据备份与恢复 (33)6.3 GIS设备维护 (34)七、GIS发展趋势与挑战 (35)7.1 GIS技术发展 (37)7.2 GIS应用领域拓展 (38)7.3 GIS面临的挑战与对策 (39)一、GIS概述地理信息系统（GIS，Geographic Information System）是一种集计算机科学、地理学、信息科学、空间科学等多学科于一体的综合性技术系统。
其核心技术在于结合计算机硬件和软件，用于采集、存储、检索、分析、模拟和展示地理空间数据。
这些数据的类型多样，包括地理信息中的空间数据及其属性信息。
GIS是一个能够实现空间数据采集、管理、分析和应用的工具，广泛应用于城市规划、环境监测、交通管理、资源调查等领域。
GIS装置是GIS技术的重要组成部分，包括硬件设备（如服务器、工作站、存储设备、网络设备等）和软件系统（如GIS软件平台和应用软件）。
这些装置能够实现地理空间数据的输入、处理、存储、查询、分析等功能，为用户提供可视化、交互式的地理空间信息服务。
介绍GIS装置及其绝缘技术
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SF6气体绝缘设备
SF6气体绝缘断路器（GCB）
按总体布置：支持瓷套式及落地罐式 按电流开断原理：双压式和压气式
SF6气体绝缘变电站（GIS） SF6气体绝缘电缆（GIC） SF6气体绝缘变压器（GIT）
1 . 热传导性
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2. 临界常数
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3.负电性
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六氟化硫气体的基本性质与其他气体的比较
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三、六氟化硫气体的电气性能
1.六氟化硫气体具有优异的电气性能
在均匀电场下六氟化硫气体的电气强度为同 一气压下空气的2.5～3倍。
在0.3MPa气压下六氟化硫气体的电气强度与 绝缘油相同。
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SF6气体绝缘设备
SF6气体绝缘断路器（GCB）
按总体布置：支持瓷套式及落地罐式 按电流开断原理：双压式和压气式
SF6气体绝缘变电站（GIS） SF6气体绝缘电缆（GIC） SF6气体绝缘变压器（GIT）
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内容提要：
SF6的基本特性 SF6气体中的放电 SF6气体绝缘电气设备 SF6气体电气设备的监督管理 SF6气体中支撑绝缘子的沿面放电特性 现场耐压试验和绝缘故障诊断 混合气体绝缘和绝缘故障诊断
2
三种电介质性能比较
r
绝缘强度 其他优点
缺点
空气
绝缘油
1.0005 2.2
3kV/mm 30kV/mm
流动性好， 较高的比 易于输送 热容，较 和使用 好的灭弧
性能
结构复杂 可燃性
SF6 1.0021 7.5kV/mm 很好的灭 弧性能
GIS(气体绝缘全封闭组合电器)
盆式绝缘子
棒式绝缘子
四、GIS设备的安装简介
安装的重要性 安装的环境要求 安装的准备工作 安装人员（4～6人为宜）
五、GIS设备的运行和检修
日常巡视项目
各种仪表指示、漏油、漏气、发热等
临时性检查项目
新投入运行3～6个月内进行，含水量、开断次数等
小修项目
投入运行3～5年进行，补气、干燥、过滤、仪表校验、吸附剂、 不良紧固件更换等
分类：
两对接点：200kPa－ 400kPa
三对接点：350kPa－ 800kPa
互感器和避雷器
电压互感器 电流互感器 避雷器
连接套管
与架空线连接 与变压器连接 与电缆连接
绝缘子及其密封系统
绝缘子的作用：支撑、定距、隔离 绝缘子的分类：盆式绝缘子、棒式绝缘子 密封系统：静止件密封、运动件密封
二、SF6全封闭组合电器的设计
三、GIS设备的结构
断路器 隔离开关 母线膨胀补偿器 密度计 互感器和避雷器 连接套管 绝缘子及其密封系统
隔离开关
结构：互相插入式的圆柱体结构
型式
只切断母线 接地隔离开关 快速接地隔离开关
母线膨胀F6气体是否泄漏
SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS ）
主要内容
1. SF6气体的性质 2. SF6全封闭组合电器的设计 3. GIS设备的结构 4. GIS设备的安装简介 5. GIS设备的运行和检修
一、SF6气体的性质
SF6气体的基本特性
无色、无味、无毒、不燃烧 分子量大是空气的5倍 500度以下稳定 电负性
SF4、S2F2、SF2、SOF2、SO2F2
产生位置主要在灭弧室
GIS设备中的水分
水分的来源 水分对GIS设备的危害性 GIS中水分的控制
GIS培训下PPT课件
2、断路器 CB
直动 密封
动侧
弧触头 及喷口
静侧
断路器动侧
断路器静侧和绝缘支撑
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液压操作机构
液压机构总体结 构参见右图。主要 采用了ABB公司生产 的HMB-4的扩展型动 力部件作为机芯。 这个机芯包括的模 块有：充能模块、 贮能模块、工作模 块、控制模块、监 测模块
1.低压箱 2.油位观察窗 3.活塞杆 4.泄压阀操作手柄 5.泄压阀 6.HMB-4碟簧装配 7.HMB-8碟簧装配 8.合闸控制阀 9.分闸控制阀Ⅰ 10.分闸控制阀Ⅱ 11.换向阀 12.带电机的充能模块13. 碳刷 14．贮能模块 15.弹簧行程开关
各GIS生产厂家设计的伸缩节型式各不相同，应要求制造厂提供详细的伸缩节 允许变化量和调节方法，并在安装调试阶段严格按照工艺要求进行安装和调整。
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➢ 机组并网断路器宜在并网断路器与主变侧刀闸间装设带电显示装置，在 并网操作时先合入母线侧刀闸，确认带电显示装置显示无电合入主变侧刀 闸，杜绝带负荷合刀闸。 ➢ 出线侧刀闸设置带电显示装置，确认带电显示装置显示无电时合入出线 侧接地刀闸，杜绝带电合地刀。
9、汇控柜LCP
汇控柜的主要作用是起监视和控制作用。监控的主要内容包括：气体压力 监视、气体密度监视、状态监视、故障监视、控制等。在汇控柜的正面设 置模拟母线、控。制开关、状态指示器、故障指示器等。
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➢ 新订货断路器应优先选用弹簧机构、液压机构（包括弹簧储能液压机构）。 目前高压断路器基本上为三种机构形式，弹簧机构、液压机构、气动机构，由于
合闸动作过程
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3、隔离开关 DS与接地开关ES、FES
隔离开关与接地开关组合成一个元件，接地开关的静触头装在隔离开关 上，而动触杆则安装在与接地外壳等电位的壳体内。 a.隔离开关按结构分：直角型、直线型、三工位（防止误操作） b.接地开关按功能分：
介绍GIS装置及其绝缘技术第六讲
光电式电压互感器
断路器分布式温度检测
GIS事故部位、原因及发展次数的统计
GIS监测方法
测气体泄漏 测局部放电
密度继电器 振动传感器 超声传感器 电磁波传感器
密度继电器原理
振动传感器测局放
电磁波传感器的不同位置
外天线法
环形传感器 及超高频前 置放大器
用埋入电极测量GIS局放的框图
检测实例 一 -- 絕緣套
SF6气体检漏
GIS自配密度继电器、压力表等在线检测 使用手持式检漏仪检漏 使用激光漏点成像仪查找漏点 利用声波在SF6气体中传播的速度比在大
气中传播的速度慢的特点 利用SF6气体的高度绝缘特性，采用高压
电晕放电技术原理
紫外线电离法
超声测试法
Unusual level
Unusual level
prediction
Original predictionCompensation
Time
Time
TBM及CBM的概念
●持续的监督可以延长设备寿命
GIS, GCB检测、监测方法（日本）
气体压力监测
分解气体监测
混合气体监测
传感器
局部放电监测
UHF方法
➢ 非接触式、远距离检测（15-30m);设备 带电时可实时监测气体泄漏,快速、准确找 出泄漏位置。 ➢ 可探测到0.002毫升/秒的泄漏率。 ➢ 激光照相机产生传统的实时电视图像， 视频输出，可以在任何标准的显示器上显示 或记录在录像带上。
SF6气体泄漏激光成像系统组成
SF6气体泄漏激光成像系统 –应用
3.在1997年的京都协定达至共识，2012年之前减少大 气中 SF6 含量 14%。
4.以往的SF6电力设备捡漏手段，难以快速、简单、 准确的查找泄漏位置。SF6气体泄漏激 Nhomakorabea成像系统
华北电力北京考研GIS装置及其绝缘技术教学大纲
《GIS装置及其绝缘技术》教学大纲
课程编号：课程名称：00200010
GIS装置及其绝缘技术
英文名称：GIS Equipme nt and In sulati on Tech no logy
总学时：24
总学分: 适用对象：1.5
电气工程及其自动化专业
先修课程：《咼电压技术》
一、课程性质、目的和任务
本课程是电气工程及其自动化专业的专业选修课。
本课程的目的是使学生了解六氟化硫气体的基本理化性能；六氟化硫气体中的放电；电极表面粗糙度和导电微粒对放电的影响；六氟化硫气体中支撑绝缘子的沿面放电特性等有关知识。
为学生毕业后从事本专业工作打下必要的理论基础。
二、教学要求和内容
要求学生了解六氟化硫气体的基本理化性能；掌握六氟化硫气体中的放电过程和击穿规律；掌握电极表面粗糙度和导电微粒对放电的影响；掌握六氟化硫气体中支撑绝缘子的沿面放电特性；了解气体绝缘电气设备及混合气体绝缘；了解现场耐压试验和绝缘故障诊断；
教学内容包括：六氟化硫气体的基本理化性能；六氟化硫气体中的放电基本理论；电极表面粗糙度和导电微粒对放电的影响；六氟化硫气体中支撑绝缘子的沿面放电特性；六氟化硫气体绝缘的电缆、变压器、组合电器、开关柜等电气设备简介；现场耐压试验和绝缘故障诊断简介以及混合气体绝缘简介。
三、教学安排及方式
以课堂讲授为主，辅助于课堂讨论。
教材：《GIS装置与绝缘技术》，邱毓昌编著，水利电力出版社，1998年版。
参考书：《高电压绝缘技术》，严璋、朱德恒编著，中国电力出版社，2002年版。
六、补充说明
大纲执笔者：王伟（小）
大纲校对者：丁立健
大纲审核者：屠幼萍
制定日期：2006年10月26日。
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双母线结构
接线图
GCB/GIS总体设计的核心
整体电气可靠性
GCB灭弧室的开断与关合性能 GCB/GIS主导电回路电接触可靠性 二次电气元件的可靠性
机械可靠性
GCB/DS/ES操动机构及传动机构操作可靠性 结构操作寿命的长短 运输震动和地震破坏力的适应性
GCB/GIS总体结构设计要求
ＧＣＢ灭弧室及操动机构的选择 罐式与瓷柱式ＧＣＢ的合理分工 高低档参数有机搭配 结构整体化设计 环境因素的影响
GCB/GIS可靠性的验证试验
电寿命试验 机械强度试验 高低温环境下的操作试验 耐风沙、暴雨、冰雪及污秽试验
机械强度测试
运输
快速暂态过电压问题（VFT或VFTO）
波前时间很陡（5~20ns） 有频率很高的高频电压分量 幅值并不高，很少到达2p.u.
SF6套管 – 合成绝缘子
硅橡胶相比于瓷的特点: 更好的电介质性能 减少泄漏电流 重量降低 憎水性 避免分层
合成绝缘子
磁式绝缘子
电缆终端
变压器连接装置
密度检测装置
原理结构
压力释放装置
观测窗口
便携式内窥镜
气体回收装置
Technical Data
evacuating time suction time filling time weight size
现场安装
其他气体绝缘电气设备
气体绝缘开关柜 环网供电单元 中性点接地电阻器 中性点接地电抗器 移相电容器 标准电容器
Milestones GIS
First 800 kV GIS Alpha (ZA)
First 500 kV GIS in China, Jiangmen
2000
500 kV GIS Three Gorges (CN)
1500
First 170 kV GIS Sempersteig (CH)
Largest 500 kV GIS Itaipu (BR)
C O
O
mech. Auxiliary Contacts
Heating Pump Close command Open command SF6 supervision Position indication Energy storage indication Energy storage indication Open command SF6 supervision Position indication
单压式断路器的一个端口工作原理
合闸
分闸开始
灭弧触头分离
分闸
断路器动作机构
检测单元
具有旋转转轴的弹簧限位 开关
弹簧强度 压力释放
动作机构
6
7
54
1
1 Position indicator
2 Connector
3 Auxiliary switches
4 Close and trip coils
10 min / 1000 l 41 min / 1000 l 16 min / 1000 l 1130 kg 2420x1150x1770
系统控制
Station Level
Metering
Remote Bay Control
Bay oriented Protection Equipment
Station oriented Protection Systems
Early research
First 500 kV GIS Claireville (CA)
> 300 kV < 300 kV
1000 500
1956
1966
1976
1986
1996 2004 2006
ＧＩＳ基本元件的标准化
断路器（ＣＢ） 隔离开关（ＤＳ） 工作接地开关（ＥＳ） 快速接地开关（ＦＥＳ） 电流互感器（ＣＴ） 电压互感器（ＶＴ） 联ＤＳ的母线和不连ＤＳ的母线Ｍ 避雷器（ＡＲ） 出线瓷套（ＢＳＧ） 出线电缆头（ＣＳＥ）
SF6气体绝缘电气设备
GIS
Compared to a 550 kV airinsulated substation the ELK 3 GIS needs only 4 % of the volume
体积小 对环境的影响小 操作简单 维护工作量小 运行寿命长 . . .
发展历程
delivered bays
= Gas Density
隔离开关
a)
c)
b) d)
断路器接触器系统
接地转换开关
接地开关的维护
快速动作接地开关
快速动作接地开关
断路器及接地刀闸
快速动作接地开关
接地开关
断路器
电压互感器
电流互感器
避雷器
连接部件
VL
VW
VX
VT
VG/VI
连接母线
法兰连接
连接法兰
具有绝缘子的法兰
绝缘子
屏蔽绝缘子
支撑绝缘子
绝缘子与母线连接装置
合成绝缘子套管
主要特点:
自清洁硅橡胶伞裙 长爬电距离 SF6气体绝缘 免维护 运行可靠性高 重量轻
具有瓷绝缘子的套管
主要特点:
长爬电距离 纸浸树脂 电容屏 免维护 抗震
具有瓷绝缘子的套管
主要特点:
长爬电距离 SF6气体绝缘 免维护
SCADA
Fault
Event
RTU Recording Recording
Bay Level
Process Level
SA CO 1 6 D1
VORORT AUS
VORORT AUS
SA CO 1 6 D1
VORORT AUS
VORORT AUS
Local Control
GIS or AIS Switchgear with conventional Instrument Transformers and Drives
5 Anti-condensation heating
6 Disk spring column
7 Monitoring module
3
2
压差活塞动作原理
高压部分 低压部分
I
0 O 1I
O
断路器动作结构
断路器动作原理
Anti Condensing Unit
Hydraulic
Pump Motor
Coils
ＧＩＳ的派生产品Ｈ·ＧＩＳ
SF6复合电器(Ｈ·ＧＩＳ)
多工位的隔离开关
“PASS” SF6组合电器
光电技术和洛克夫斯基线圈CT 硅橡胶绝缘子
气体绝缘电缆（GIL）
20%SF6及80%N2组成绝缘 可应用于大功率、大电流设备（4000A） 最高电压等级（550kV） 低容量，不需功率补偿 损耗小 很好的电磁兼容特性