專利名稱：基于碳沉積抑制技術(shù)的氟碳混合氣體絕緣開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體絕緣的開關(guān)裝置，特別涉及使用氟碳混合氣體作為絕緣介質(zhì)的開關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
SF6氣體具有良好的絕緣能力、滅弧能力、化學(xué)穩(wěn)定性及無毒性，因而被廣泛的應(yīng)用于氣體絕緣設(shè)備中，如氣體絕緣變壓器、氣體絕緣斷路器、氣體絕緣輸電管道等。但是，純SF6氣體對電場不均勻性非常敏感，對設(shè)備加工要求高；而且SF6氣體的放電分解物，如SO2F2, SOF2, SF4, SF2, H2S, SOF4等，均為劇毒物質(zhì)，對人員健康威脅很大；另外，SF6氣體的溫室效應(yīng)非常大，它的全球溫暖化潛能值(GWP)大約是CO2氣體的23900倍，且在大氣中壽命約3200年，因此聯(lián)合國氣候變化公約締約方在1997年簽訂的《京都議定書》中，將SF6氣體列為六種限制性使用的溫室氣體之一。因此科研人員進(jìn)行了大量的研究，希望尋找到能夠替代SF6氣體用于電氣設(shè)備的新介質(zhì)。目前來看，用單一氣體來代替SF6氣體是十分困難的。所以，人們嘗試使用混合氣體來代替純SF6氣體。目前已有使用SF6/N2混合氣體或SF6/C02混合氣體替代純SF6氣體的報道，使用含SF6的混合氣體有以下優(yōu)點:降低對電極表面缺陷敏感度，降低氣體液化溫度，降低成本，因此具有較好的應(yīng)用前景，特別是SF6含量在20°/Γ40%的SF6/N2混合氣體。但是，使用含SF6的混合氣體不能從根本上解決SF6氣體的溫室效應(yīng)及其分解產(chǎn)物中含有的劇毒物質(zhì)對人身的威脅。因此，有必要尋找不含SF6的混合氣體用于高壓電力設(shè)備。在專利JP4119441B2中提到使用N2或O2或干燥空氣或CO2等氣體作為主要絕緣氣體成分，并且混合有20%以下的SF6氣體、C-C4F8 (八氟環(huán)丁烷)、CF3SF5、C3F8或CF3OSF3等氣體作為氣體絕緣裝置的氣體絕緣介質(zhì)；

專利JP2004236459A，JP2006014411A 等也提到使用 C-C4F8 (八氟環(huán)丁烷)、C3F8 與N2, CO2等的混合氣體作為電氣設(shè)備絕緣和滅弧介質(zhì)。以上幾個專利提到使用所述的這類混和氣體可以加大的降低絕緣氣體的全球溫暖化系數(shù)，同時可以完全避免SF6氣體的使用，從根本上解決SF6氣體分解產(chǎn)物中含有劇毒物質(zhì)對人身的危害。然而也存在以下問題:由于上述氣體中C-C4F8(八氟環(huán)丁烷)、C3F8等含有碳元素，所以在開斷電流時產(chǎn)生的電弧下，氣體發(fā)生離解和復(fù)合的過程中，存在產(chǎn)生游離碳的問題，產(chǎn)生的碳如果附著到絕緣隔離件等固體絕緣物的表面上的情況下，可能會導(dǎo)致該部分的電絕緣性能顯著降低。專利日本特開2007-258137號公報提出在將含有上述那樣的含碳元素的氣體應(yīng)用于開關(guān)裝置的情況下，通過在絕緣氣體中適量混入02，H2等的方法，可以抑制電流開斷時產(chǎn)生的游離碳的生成量，防止游離碳的生產(chǎn)造成的電氣性能下降，然而，O2是促進(jìn)有機材料或金屬劣化的代表性物質(zhì)，按照所述方法密封容器內(nèi)將長期存在O2氣，這會使得設(shè)備壽命變短，設(shè)備的維護次數(shù)增加。而使用H2作為混合氣體，由于H2其的絕緣性能弱，會降低設(shè)備性能，同時H2的分子小，為了確保氣密性，需要采取更加嚴(yán)密的密封措施，極大的增加了設(shè)備的體積和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種氣體絕緣開關(guān)裝置。本發(fā)明能夠降低電氣設(shè)備所用氣體絕緣介質(zhì)的全球溫暖化系數(shù)，而且具有優(yōu)良的性能。為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明的氟碳?xì)怏w絕緣開關(guān)裝置包括密封容器、電極和噴氣控制單兀。本發(fā)明在充滿滅弧性氣體的密封容器中設(shè)置至少一對電極。通電時，通過所述電極保持接觸狀態(tài)來導(dǎo)電；電流斷開時，使得所述電極分離，而在所述滅弧氣體中發(fā)生電弧，通過熄滅電弧來開斷電流。所述的氣體絕緣裝置還包括安裝在密封箱體外部的噴氣控制單元，噴氣控制單元與密封箱體絕緣。所述的噴氣控制單元控制向所述氣體絕緣裝置的電弧位置噴入緩沖氣體。所述的滅弧氣體是含有碳元素的氟碳?xì)怏w，如八氟環(huán)丁烷(c-C4F8)、八氟丙烷(C3F8)等與氮氣或CO2等的混合氣體。同時，所述的密封容器內(nèi)設(shè)置至少一個緩沖氣噴口，在電流開斷電極分離時，根據(jù)分?jǐn)嚯娏鞯拇笮∠蛩龅拿芊馊萜鲀?nèi)的電弧位置噴入一定量的02、SF6, H2或干燥空氣中的一種，作為緩沖氣體，通過02、SF6, H2或干燥空氣抑制碳元素的產(chǎn)生。本發(fā)明采用適宜的控制方式在電弧開斷的瞬間噴入所述的02、H2、SF6、H2或干燥空氣，即可以抑制開斷電弧時生成碳，又因為噴入的氣體在電弧開斷時基本消耗掉，可以使得設(shè)備中長期存在的02，H2氣量很少，不影響設(shè)備的長期使用。所述的緩沖氣噴口可以設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置動弧觸頭的中心位置，也可設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置的噴氣式斷路器的噴口上。所述噴入的氣體O2在高溫中，一方面由于O2的存在,使得化學(xué)反應(yīng)向抑制碳的產(chǎn)生的方向發(fā)生，另一方面O2會與產(chǎn)生的碳發(fā)生反應(yīng)，生成如CO2, CO等物質(zhì)，抑制固體碳微粒的產(chǎn)生。所述噴入的氣體H2在高溫中，一方面由于H2的存在,使得化學(xué)反應(yīng)向抑制碳的產(chǎn)生的方向發(fā)生，另一方面H2會與產(chǎn)生的碳發(fā)生反應(yīng)，生成如CH4等物質(zhì)，抑制固體碳微粒的產(chǎn)生。所述噴入的氣體SF6在高溫中，一方面由于SF6電離產(chǎn)生的氟離子的存在，使得化學(xué)反應(yīng)向抑制碳的產(chǎn)生的方向發(fā)生，另一方面SF6電離產(chǎn)生的氟離子會與產(chǎn)生的碳發(fā)生反應(yīng)，生成如CF4等物質(zhì)，抑制固體碳微粒的產(chǎn)生。所述噴入的氣體干燥空氣在高溫中，反應(yīng)機理與O2類似。本發(fā)明具有以下效果，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種低溫室效應(yīng)絕緣氣體的氣體絕緣開關(guān)裝置，同時具有優(yōu)良的性能和質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明實施例的主要部分的剖視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明氟碳混合氣體絕緣開關(guān)裝置實施例的主要部分剖視圖。如圖1所示，該氟碳混合氣體絕緣開關(guān)裝置處于斷開狀態(tài)。所述的氟碳混合氣體絕緣開關(guān)裝置，例如是72kV以上的高壓輸電系統(tǒng)的保護用開關(guān)裝置，是噴口式氣體斷路器。如圖1所示，在密封箱體I內(nèi)充滿氟碳混合氣體，氟碳混合氣體作為滅弧性氣體11使用。具體而言，以體積比20%的C-C4F8和80%隊的混合氣體為例說明。所述混合氣體由氣體混合裝置混合而成。在密封箱體I內(nèi)，靜觸頭4和動觸頭5對稱布置，在靜觸頭4和動觸頭5上分別設(shè)置有靜弧觸頭3和動弧觸頭6。所述靜弧觸頭3和動弧觸頭6在正常運行時處于導(dǎo)通狀態(tài)，在斷開動作時，通過軸向相對運動而分開，并在靜弧觸頭3和動弧觸頭6之間的空間產(chǎn)生電弧10。在動觸頭5和動弧觸頭6 —側(cè)設(shè)置有壓氣缸8和活塞9。開斷過程中活塞9與壓氣缸8產(chǎn)生相對運動，使得壓氣缸8內(nèi)的滅弧氣體11通過噴口 7吹拂電弧10，從而使得電弧10在電流過零時熄滅。同時，在觸頭斷開時，噴氣控制單元13通過控制閥門16及流量計17控制向緩沖氣噴口 14流入的緩沖氣體的流量及噴氣時間。所述的噴氣控制單元13安裝在密封箱體I外部，并與密封箱體I絕緣，所述的噴氣控制單元13通過信號線驅(qū)動控制閥門16及流量計17。所述控制閥門16及流量計17安裝在緩沖氣管路19上且位于密封箱體I外部，所述的緩沖氣管路19為絕緣材料，一端通入密封箱體，另一端通入緩沖氣體。在此對噴氣方法做進(jìn)一步說明，正常運行時控制閥門16處于關(guān)閉狀態(tài)，在斷開電流時，開斷電流的電流信號同時輸入噴氣控制單元13，噴氣控制單元13根據(jù)開斷電流的大小，得到所需噴氣量。而后在動弧觸頭6與靜弧觸頭3斷開時打開控制閥門16向電弧位置噴入緩沖氣體，圖1中所示為O2氣，也可以使H2等，直至電弧10熄滅，關(guān)斷控制閥門16。流量計17與控制閥門16配合使用，以保證噴氣速度均勻。所述噴氣量可按下述公式計算:Q = K* I2，式中Q為噴氣量，I為開斷電流值,K為流量系數(shù)，對于不同觸頭結(jié)構(gòu)及不同混合氣體比例有所不同，K可由實驗測得。所述噴氣流速可按下述方式得到:按上述算式計算得到噴氣量Q之后，根據(jù)斷路器開斷時間得到噴氣流速。所述緩沖氣噴口 14可以為一個或多個，緩沖氣噴口 14的安裝位置可以是圖1中所示的位置，即安裝在動弧觸頭6的中心位置，也可安裝在噴口 7上。所述緩沖氣噴口 14的制作材料為能耐高溫的聚四氟乙烯。在密封箱體I內(nèi)設(shè)置能夠吸附水分和小分子氣體的吸附劑2，所述吸附劑2為硅膠或氧化鋁等。另外，由于氟碳混合氣體在電弧下總會有一定的分解，為了確保設(shè)備長期正常運行，本發(fā)明設(shè)置了氣體組分檢測設(shè)備12，檢測噴入的緩沖氣體和氟碳?xì)怏w在密封箱體I內(nèi)的含量，如C-C4F8,02等的含量，保證每次噴入的緩沖氣是適量的。同時氣體組分檢測設(shè)備12在氟碳?xì)怏w組分含量較低時向外發(fā)出警報。維護人員可通過閥門18對密封箱體I進(jìn)行充換氣，充入需要的氣體組分或者更換密封箱體I內(nèi)的氟碳?xì)怏w。所述閥門18安裝在與密封箱體I相連的管路上。在檢測組分時，通過氣體組分檢測設(shè)備12打開檢測閥門15，使得氣體流過氣體組分檢測設(shè)備12，而后通過管道返回密封容器1，開關(guān)裝置在非動作運行時檢測閥門15關(guān)閉。所述氣體組分檢測設(shè)備12安裝在密封箱體I外部。所述的緩沖氣噴口的安裝位置也可以根據(jù)需要設(shè)置在密封容器的不同位置。本發(fā)明也可以應(yīng)用于其他氣體絕緣開關(guān)裝置中。
權(quán)利要求
1.一種基于碳沉積抑制技術(shù)的氟碳混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于，所述的氣體絕緣裝置包括密封容器(1)，所述的密封容器(I)內(nèi)充滿所述的滅弧性氣體；所述的密封容器(I)內(nèi)至少配置一對電極；通電時通過該電極導(dǎo)電，電流斷開時，滅弧性氣體熄滅電極間產(chǎn)生的電??；所述的氣體絕緣裝置還包括安裝在密封箱體(I)外部的噴氣控制單元(13)，噴氣控制單元(13)與密封箱體(I)絕緣；所述的噴氣控制單元(13)控制向所述氣體絕緣裝置的電弧位置噴入緩沖氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于:所述的滅弧性氣體是含有碳元素的氟碳?xì)怏w。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于:所述的緩沖氣體為02、SF6, H2或干燥空氣中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于:所述的氣體絕緣開關(guān)裝置的動弧觸頭中心位置設(shè)置緩沖氣噴口(14)，所述的緩沖氣噴口(14)或者設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)裝置的噴口(7)上；所述緩沖氣噴口(14)的制作材料為聚四氟乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于:所述的密封箱體(I)一端連接有緩沖氣管路(19)，所述的緩沖氣管路(19)的另一端通緩沖氣體；所述的緩沖氣管路(19)上安裝有控制閥門(16)及流量計(17);所述的噴氣控制單元13通過信號線驅(qū)動控制閥門(16)及流量計(17)，控制向緩沖氣噴口(14)流入的緩沖氣體的流量及噴氣時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于:所述的氣體絕緣開關(guān)裝置設(shè)置了安裝在密封箱體(I)外部的氣體組分檢測設(shè)備(12);氣體組分檢測設(shè)備(12)通過檢測閥門(15)檢測密封容器內(nèi)滅弧性氣體的組分；檢測密封箱體(I)內(nèi)的氣體組分時，檢測閥門(15)開啟，滅弧性氣體流過氣體組分檢測設(shè)備(12)，而后通過管道返回密封容器(I)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于:所述的氣體絕緣開關(guān)裝置配置了換充氣系統(tǒng)，當(dāng)氣體組分檢測設(shè)備(12)檢測到密封箱體(I)內(nèi)的氟碳?xì)怏w含量低于要求時，控制閥門(18)充入需要的氣體組分或者更換密封箱體(I)內(nèi)的氟碳?xì)怏w。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合氣體絕緣開關(guān)裝置，其特征在于:所述的密封箱體(I)內(nèi)設(shè)置有能夠吸附水分和小分子氣體的吸附劑(2)，所述吸附劑(2)為硅膠或氧化鋁。
全文摘要
一種基于碳沉積抑制技術(shù)的氟碳混合氣體絕緣開關(guān)裝置，所述的氣體絕緣裝置包括密封容器(1)，所述的密封容器(1)內(nèi)充滿所述的滅弧性氣體含有碳元素的氟碳?xì)怏w。所述的密封容器(1)內(nèi)至少配置一對電極；通電時通過該電極導(dǎo)電，電流斷開時，滅弧性氣體熄滅電極間產(chǎn)生的電弧。所述的氣體絕緣裝置還包括安裝在密封箱體(1)外部的噴氣控制單元(13)，噴氣控制單元(13)與密封箱體(1)絕緣；所述的噴氣控制單元(13)控制向所述氣體絕緣裝置的電弧位置噴入緩沖氣體O2、SF6、H2或干燥空氣中的一種。
文檔編號H02B13/035GK103094860SQ201310041278
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李康, 張國強 申請人:中國科學(xué)院電工研究所