具有改進(jìn)的電絕緣和電弧的熄滅的電氣設(shè)備以及相關(guān)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在電氣設(shè)備中，特別是在所謂的"中壓"電氣設(shè)備中，電絕緣和電弧熄 滅的領(lǐng)域。
[0002] 更精確地，本發(fā)明涉及配置有密封的外殼的電氣設(shè)備，所述外殼含有氣體介質(zhì)作 為用于電絕緣和使可能在其中形成的電弧熄滅的介質(zhì)。
[0003] 該電氣設(shè)備可特別是變壓器，例如供電變壓器或儀器變壓器、用于輸送或分配電 的氣體絕緣管線、母線或甚至連接/切斷電氣設(shè)備(也稱(chēng)為開(kāi)關(guān)裝置），例如電流斷路器、ON-OFF開(kāi)關(guān)、ON-OFF開(kāi)關(guān)-保險(xiǎn)絲組合、分離開(kāi)關(guān)、接地分離開(kāi)關(guān)或接觸器。
[0004] 本發(fā)明還涉及用于改進(jìn)電氣設(shè)備的電絕緣的方法。
【背景技術(shù)】
[0005] 在電氣設(shè)備中，且特別是在中壓電氣設(shè)備中，電絕緣和使可能形成的電弧熄滅通 常通過(guò)限制在這些電氣設(shè)備中的氣體介質(zhì)提供。該氣體介質(zhì)更特別是限制在密封的外殼 中，在該密封的外殼中還坐落至少一個(gè)電絕緣部件和電氣部件。
[0006]在前述和以下，短語(yǔ)"中壓"以其通常的含義使用，即短語(yǔ)"中壓"指的是在交流電 源中高于或等于I，000V和在直流電源中達(dá)I，500V但是在交流電源中不超過(guò)52，000V和在直 流電源中不超過(guò)75,000V的電壓。
[0007] 目前，最常用于這種類(lèi)型的電氣設(shè)備的氣體介質(zhì)為六氟化硫SF6,由于該氣體異常 的物理性質(zhì)，由此因分子的電負(fù)性以及適當(dāng)?shù)膶?dǎo)熱性，具有相對(duì)高的介電強(qiáng)度。另一方面， 該氣體具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，此外，無(wú)毒。
[0008] 然而，SF6主要的缺點(diǎn)是其為非常強(qiáng)的溫室效應(yīng)氣體。實(shí)際上，SF6的全球變暖潛能 值(GWP)為22800:通過(guò)比較，Ikg的SF 6與22.8噸C〇2對(duì)溫室效應(yīng)具有相同的影響。
[0009] 因此，雖然在緊湊性、可靠性、壽命安全或甚至使用期限方面SF6電氣設(shè)備當(dāng)今總 體上滿足行業(yè)要求，但是出于明顯的環(huán)境原因，必須限制這樣的氣體在電氣設(shè)備中的施 行，在中短期明確規(guī)定禁止其施行將是可能的。
[0010] 為了限制施行SF6并預(yù)見(jiàn)準(zhǔn)備其可能的禁用，已提議用不同的氣體代替SF6,這些氣 體具有良好的電絕緣和電弧熄滅的性質(zhì)，對(duì)環(huán)境具有低或零影響，并且在另一方面無(wú)毒。 [0011] 在SF6的備選中，文獻(xiàn)US 2014/0190726(在本說(shuō)明書(shū)下文中稱(chēng)為[1])提議使用包 含氟酮和稀釋氣體的混合物作為氣體介質(zhì)，其中氟酮以預(yù)定的摩爾比存在于混合物中。
[0012] 更特別是，在文獻(xiàn)[1]中，施行的氟酮為十氟-2-甲基丁-3-酮，其具有分子式 C5F1Q0,并且通常以縮寫(xiě)"C5K"命名。稀釋氣體可進(jìn)而選自空氣、氮?dú)狻⒁谎趸?、二氧?碳、體積比在90/10-97/3范圍的二氧化碳和氧氣混合物，和這些不同氣體的混合物。
[0013] 施行在文獻(xiàn)[1 ]中描述的混合物，特別是C5K-空氣混合物，能夠使介電強(qiáng)度值達(dá)到 與SF6提供的相當(dāng)，因此構(gòu)成用于電絕緣和使可能形成的電弧熄滅的氣體介質(zhì)，這是相當(dāng)令 人滿意的。
[0014] 然而，相對(duì)于施行SF6所得到的，觀察到施行諸如在文獻(xiàn)[1]中教導(dǎo)的氣體介質(zhì)，弓丨 起在密封的外殼中布置的電絕緣部件的表面介電耐受性降低。該表面介電耐受性的降低導(dǎo) 致電弧以比施行SF6時(shí)所得到的低的電位差值沿所述電絕緣部件的表面順著電弧徑跡 (tracking path)傳播。
[0015] 為了克服電絕緣部件的表面介電耐受性的這種降低，并因此達(dá)到相應(yīng)電氣設(shè)備的 電絕緣值(與SF6提供的那些相當(dāng)），一種解決方案是提高這些電氣設(shè)備的不同的組成零件 的尺寸。
[0016] 然而，這樣的尺寸提高將很快導(dǎo)致設(shè)計(jì)大體積電氣設(shè)備，其成本將會(huì)高昂得令人 難以承受的。此外，這樣的方案將與近幾十年來(lái)發(fā)展體積日益降低的小型電氣設(shè)備的努力 背道而馳。
[0017] 因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且提供電氣設(shè)備，特別是中壓電氣 設(shè)備，其具有電絕緣和使可能形成的電弧熄滅的性質(zhì)，與SF6電氣設(shè)備提供的那些性質(zhì)相 當(dāng)，而沒(méi)有施行該SF 6時(shí)對(duì)于環(huán)境要求的缺點(diǎn)。
[0018] 在不存在所述電氣設(shè)備尺寸的任何顯著提高下，或者甚至通過(guò)迄今為止可用于制 造這些電氣設(shè)備的零件制造時(shí)，本發(fā)明的電氣設(shè)備應(yīng)更特別地具有電絕緣部件與SF 6電氣 設(shè)備的表面介電耐受性相當(dāng)?shù)谋砻娼殡娔褪苄浴?br>[0019] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電氣設(shè)備，其不局限于施行能夠使得電絕緣值 與SF6能達(dá)到的那些相當(dāng)?shù)臍怏w介質(zhì)。這樣的電氣設(shè)備應(yīng)具有改進(jìn)的電絕緣部件的表面介 電耐受性，同時(shí)施行迄今為止用作電絕緣和使可能形成的電弧熄滅的介質(zhì)的其它已知的氣 體介質(zhì)。如前所述，這樣的電氣設(shè)備性能的這種改進(jìn)應(yīng)在不存在所述電氣設(shè)備尺寸的任何 顯著提高下得到，該電氣設(shè)備有利地通過(guò)迄今為止可用于制造這些電氣設(shè)備的零件制造。
[0020] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電氣設(shè)備，其不僅局限于以上定義的中壓領(lǐng)域， 而是還可在該中壓領(lǐng)域以外施行，特別是在低壓領(lǐng)域施行，短語(yǔ)"低壓"指的是在交流電源 中低于I，000V和在直流電源中低于I，500V的電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 首先，這些目的以及其它目的通過(guò)前述類(lèi)型的電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也就是包含密封的 外殼的電氣設(shè)備，其中安置至少一個(gè)電絕緣部件、電氣部件，以及提供電絕緣和使可能在該 密封的外殼內(nèi)形成的電弧熄滅的氣體介質(zhì)。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，所述至少一個(gè)電絕緣部件的表面涂布有由氟原子組成的連續(xù)層。
[0023] 實(shí)際上，本發(fā)明人出乎意料和驚訝地注意到，相對(duì)于其表面沒(méi)有由氟原子組成的 連續(xù)層的參比電絕緣部件，當(dāng)相同的表面涂布有由氟原子組成的連續(xù)層時(shí)，電絕緣部件的 表面介電耐受性得到改進(jìn)，其中相應(yīng)的電氣設(shè)備的所有組成部分具有相同的尺寸。表面介 電耐受性的這種改進(jìn)是顯著的，并且相對(duì)于對(duì)參比電氣設(shè)備所測(cè)得的表面介電耐受性，估 計(jì)可改進(jìn)至少10%，有利地改進(jìn)至少15%，優(yōu)選，改進(jìn)至少20%。
[0024] 除了該電絕緣部件的表面介電耐受性的這種改進(jìn)(其能夠使電弧徑跡局限在所述 表面)之外，也增加了在實(shí)際的電弧切斷方面的顯著改進(jìn)。實(shí)際上，當(dāng)在其涂布有由氟原子 組成的連續(xù)層的表面接觸電弧后，電絕緣部件將釋放氟原子。這些氟原子隨后吸收該電弧 的部分能量，因此，有助于所述電弧的熄滅。
[0025] 如上所示，本發(fā)明的電氣設(shè)備包含至少一個(gè)電絕緣部件，其表面涂布有由氟原子 組成的連續(xù)層。
[0026] 由于電氣設(shè)備通常包含若干電絕緣部件，可預(yù)期這些電絕緣部件中僅一個(gè)的表面 涂布有該由氟原子組成的連續(xù)層。有利地，此單一電絕緣部件為最可能沿其表面順著電弧 徑跡傳播電弧的電絕緣部件，特別是由于其接近可能形成所述電弧的區(qū)域。
[0027] 但是，還可預(yù)期電氣設(shè)備的兩個(gè)、三個(gè)或甚至更多個(gè)電絕緣部件或甚至電氣設(shè)備 的所有電絕緣部件的相應(yīng)的表面涂布有由氟原子組成的連續(xù)層。
[0028] 眾多材料可預(yù)期用于制備電絕緣部件。該(這些）電絕緣部件可特別地由包含至少 一種選自熱固性聚合物、熱塑性聚合物和彈性體的聚合物的材料制成，該聚合物可為單獨(dú) 的或在作為混雜物的混合物中。
[0029] 在本發(fā)明的第一可選方案中，當(dāng)電絕緣部件的材料的聚合物為熱固性聚合物時(shí)， 該聚合物可選自聚環(huán)氧化物、不飽和聚酯和聚氨酯。
[0030] 在本發(fā)明的第二可選方案中，當(dāng)電絕緣部件的材料的聚合物為熱塑性聚合物時(shí)， 該聚合物可選自線性聚酯、聚酰胺(PA)