用于电能传输装置的绝缘介质的制作方法

用于电能传输装置的绝缘介质
1.本发明涉及一种用于电能传输装置、例如用于高压开关或者流体绝缘的管状导体的绝缘介质，其中，所述绝缘介质在室温和大气压中是流体。此外，本发明涉及一种具有这种绝缘介质的电能传输装置。
2.电能传输装置、例如气体绝缘的管状导体或者高压开关或者断路器在本领域中充分已知。电能传输装置用于导引或者断开高电流。在高压开关中，通常设置有接触元件，所述接触元件能够被接触，以便实现电连接，并且接触元件能够被断开，以便能够断开电连接或者电流。管状导体通常包括处于绝缘气氛中的导体。
3.在断开(或者说分离)接触元件时或者在聚拢接触元件时可能出现电弧。电弧可能使接触元件的材料受到负荷并且由此导致接触元件损坏。
4.为了防止这点，已知的是，将接触元件布置在绝缘介质中。所述绝缘介质例如可以设计为气态并且填充布置有接触元件的绝缘空间。此外，为了防止电弧，已知真空断路器。
5.de 10 2017 220 570 al涉及一种用于电能传输装置的绝缘介质，其中，所述绝缘介质在室温和大气压中是流体，并且其中，绝缘介质至少具有以下组成部分：
[0006]-含量为≥50体积百分数至≤99体积百分数的合成空气；和
[0007]-含量为≥1体积百分数至≤50体积百分数的有机氟化合物。
[0008]
这种由现有技术已知的解决方案尤其是在接触元件和绝缘介质的可能的长时间稳定性和长时间功能性方面还可以提供其它的改善潜力。
[0009]
本发明所要解决的技术问题在于，至少部分地克服由现有技术已知的缺点。本发明所要解决的技术问题尤其在于，提供一种解决方案，通过所述解决方案可以改善电能传输装置的长时间稳定性或者长时间功能性和绝缘质量。
[0010]
该技术问题按本发明通过具有权利要求1的特征的用于电能传输装置的绝缘介质解决。此外，该技术问题按本发明通过按照权利要求6所述的绝缘介质作为流体绝缘的电能传输装置中的电绝缘气氛的应用解决。该技术问题按本发明还通过具有权利要求7的特征的流体绝缘的电能传输装置解决。本发明的优选的设计方案在从属权利要求、说明书或者附图中描述，其中，如果由上下文关系没有明确地相反地阐述，则在从属权利要求或者在说明书或者在附图中描述或者示出的其它特征可以单独地或者在任意的组合中呈现本发明的技术方案。
[0011]
建议一种用于电能传输装置的绝缘介质，其中，所述绝缘介质在室温和大气压中是流体，并且其中，所述绝缘介质至少具有以下组成部分：
[0012]-含量为≥75体积百分数至≤99体积百分数的氮气；和
[0013]-含量为≥1体积百分数至≤15体积百分数的至少一种有机氟化合物，其中，
[0014]-所述绝缘介质中的氧气以＜0.5体积百分数的含量存在。
[0015]
所规定的绝缘介质允许安全地减少或者熄灭高压开关中的电弧并且在此允许高压开关的长时间稳定或者长时间具有功能性的运行并且还特别有利地适合作为流体绝缘的管状导体中的绝缘气氛。
[0016]
在此描述的绝缘介质尤其用于使用在电能传输装置中。作为这种电能传输装置例
如可以使用高压开关或者也可以使用流体绝缘的管状导体。在此，高压开关按照本发明尤其可以理解为开关设备，所述开关设备具有电导体，所述电导体可以通过相应的接触元件断开或者闭合并且因此允许或者中断电流的流动。在此，高压开关可以适用于导引高电流或者适用于施加高电压，其中，在触头分离或者断开时可能出现电弧。
[0017]
能够通过高压开关的断路器断开的示例性的电流可以处于不超过80000a的范围内。此外，可以在开关设备上施加不超过800000v的范围内的电压。
[0018]
此外，流体绝缘的管状导体尤其可以理解为这样的导体，在所述导体中可以存在例如高达500kv的常见运行电压和每个导体高达约5ka的额定电流。在此，导体可以处于外管中，其中，在外管中并且包围导体地存在绝缘气氛，并且其中，为了在机械上支撑导体可以存在支座绝缘子。
[0019]
因此，绝缘介质尤其应该用于使出现在电能传输装置、尤其是高压开关或者隔离开关或者接地开关中的体积绝缘并且必要时熄灭尤其可能在接触元件分离或者也可能在接触元件闭合时出现的电弧或者能够确保管状导体中的充分绝缘。
[0020]
为了实现这点，关于绝缘介质规定，所述绝缘介质在室温和大气压中、例如在高达10bar(绝对)的大气压范围内是流体，例如呈气态。此外，室温按照本发明理解为22℃的温度，而大气压理解为1bar的压力并且原则上所述的压力可以理解为绝对值。优选地可以规定，绝缘介质在运行条件下、也就是例如在提高的压力和/或提高或者降低的温度中也是流体、例如呈气态，如以下描述的那样。
[0021]
通过设置流体绝缘介质，可以特别简单地实现将绝缘介质置入高压开关或者管状导体的绝缘空间中并且保留在该处。绝缘介质由此可以完全包围接触元件或者管状导体中的导体，在断开或者闭合时可能在接触元件之间形成电弧。因此，原则上可以防止电弧的形成或者有效地辅助电弧的熄灭或者可以促成导体的有效绝缘。
[0022]
原则上可以通过设置气态的绝缘介质例如在置入绝缘空间中时、在停留在绝缘空间中时并且必要时在更换时实现简单的可操作性。
[0023]
最后，尤其可以在气态的绝缘介质的情况下，通过在绝缘空间中形成适当的过压，以简单的方式调整存在于绝缘空间中的绝缘介质的量并且由此为期望的应用领域量身定制绝缘能力。
[0024]
此外，对于在此描述的绝缘介质规定，所述绝缘介质至少具有以下组成部分：
[0025]-含量为≥75体积百分数至≤99体积百分数的氮气；和
[0026]-含量为≥1体积百分数至≤15体积百分数的至少一种有机氟化合物，其中，
[0027]-所述绝缘介质中的氧气以＜0.5体积百分数的含量存在。
[0028]
绝缘介质例如可以由氮气和至少一种有机氟化合物以前述的比例或者说份额组成，其中，需要注意物质的可能存在的杂质或者污物或者原则上需要注意其它的物质并且例如它们能够以＜0.1体积百分数的含量、例如以＜0.01体积百分数的含量存在。
[0029]
因此对于这种绝缘介质具有表征性的尤其是它的成分，所述成分尤其可以基本上由氮气和有机氟化合物组成。因此，尤其是与现有技术中的解决方案相比，除了有机氟化合物之外不使用或者只在非常有限的程度上使用合成空气或者二氧化碳，而是使用尽可能纯的氮气。与之相关可以特别优选的是，氧气和水共同以≤0.1体积百分数，例如≤0.01体积百分数，例如≤1百万分之体积，例如≤0.5百万分之体积的含量存在于绝缘介质中，或者绝
缘介质也完全不含氧气和水地存在。
[0030]
原则上，为了实现特别有效的优点，可以如下描述地规定，绝缘介质具有：
[0031]-含量为≥94体积百分数至≤97体积百分数、例如95体积百分数的氮气；和
[0032]-含量为≥3体积百分数至≤7体积百分数、例如5体积百分数的至少一种有机氟化合物，其中，
[0033]
所述绝缘介质中的氧气和可能的其它组分能够以≤0.1体积百分数、例如≤0.01体积百分数的含量存在。
[0034]
与由现有技术已知的解决方案相比，在此描述的绝缘介质的设计方案具有明显的优点。
[0035]
尤其相对于在绝缘介质中具有合成空气的解决方案，按照本发明可以实现改善的长时间稳定性或者改善的长时间功能性。因为已经发现，与含氧和尤其是含水的、尤其是具有氟腈份额的气体混合物相比，尤其是可以明显降低可能限制开关设备的使用寿命的腐蚀机制的风险。此外，在具有高能量输入的开关情况下(例如干扰电弧、短路接通)，按照本发明尤其是在氟腈份额大于或者等于5％的情况下明显降低了可燃性风险。
[0036]
关于可以按照本发明地防止或者至少明显减少的上述腐蚀机制，应该提及以下内容。
[0037]
在根据现有技术的、包括氟腈和氧化性载气、例如氧气和可能的水的绝缘介质中，已经发现在导流部件的表面上在所述部件(通常是铜或者银)的材料与氧化性载气(通常是氧气)之间形成连接。在此其通常是导电部件表面上的金属络合物、尤其是氧化物，它们又与有机氟化合物、尤其是氟腈反应。
[0038]
这导致有机氟化合物、例如氟腈的组成部分从绝缘介质中分解并且绝缘介质中的具有绝缘作用的有机氟化合物逐渐耗尽。因此，绝缘介质的电绝缘效果和熄灭效果由于所描述的老化过程而不断变差。
[0039]
业已证明，在此描述的绝缘气体的使用防止了在表面上形成金属络合物或者形成氧化物或者以这样的程度将其减少，使得在部件的表面上与氟化合物、尤其是与氟腈的腈基团的反应持续地减少表面活性物质并且因此绝缘介质的老化特性得到明显改善。
[0040]
导流的部件理解为开关设备中的用于导引电流的部件，这些部件尤其是触头和供电线。
[0041]
然而，与含有co2的气体混合物相比，按照本发明也可以实现改善的特性。例如可以实现改善的长时间密封性。这是因为对于在此描述的绝缘介质，例如在弹性体密封材料上的渗透机制被明显降低，如在以下更详细描述的那样。此外，按照本发明的绝缘介质在断路和接地开关中形成烟灰的倾向并不明显，这与真空断路器结合地也可以改善长时间功能性或者长时间稳定性。
[0042]
因此，通过在此描述的绝缘介质、尤其是与真空断路器相结合地，可以在断路和接地开关中实现有效的灭弧并且此外也在高压开关的多次开关操作中实现长时间稳定的运行，或者实现管状导体的外壁中的导体的有效绝缘。
[0043]
此外，绝缘介质以上述的量具有氮气和一种或多种有机氟组分并且其中基本上取消了氧气和尤其是水，通过所述绝缘介质可以实现开关设备或者管状导体中的改善的长时间密封性，如之前已经说明的那样。这可能尤其是由于绝缘介质相对于通常用作密封材料
的普通聚合物具有相对较低的渗透率。由于普通聚合物，氮气尤其具有特别低的渗透率。作为密封材料的示例性聚合物例如包括epdm(三元乙丙橡胶)、nbr(丁腈橡胶)、cr(氯丁橡胶)、iir(异丁烯异戊二烯橡胶)、sbr(苯乙烯丁二烯橡胶)或者fkm(氟聚合物橡胶)。由此可能有利的是，即使在过压的情况下，绝缘介质也可以安全和长时间稳定地保留在绝缘空间中，而无需使用复杂的密封材料或者密封装置。
[0044]
此外这样有效地可行的是，即使在绝缘空间的结构简单的情况下，也可以用过压运行所述绝缘空间。由此能够在结构简单的情况下使得绝缘强度特别有效。
[0045]
通过设置至少一种有机氟化合物、即一种或者多种有机氟化合物，也可以改善绝缘介质的介电强度。绝缘的有效性由此可以特别高，尤其是与纯合成空气相比或者也与纯氮气相比特别高。
[0046]
在此可能已经足够的是，绝缘介质中的有机氟化合物处于≥1体积百分数至≤15体积百分数的范围内。在此，这些量可以与绝缘空间的填充压力有关，所述填充压力可以处于≥4bar至≤10bar，例如≥6bar至≤8bar，其中，以上压力值应该理解为绝对值。
[0047]
关于氮气例如可以规定，例如直接从电能传输装置的环境中获得或者从瓶中取出氮气。
[0048]
此外可能优选的是，至少一种有机氟化合物选自由氟腈例如全氟腈、氟醚例如氢氟单醚、氟烯烃例如氢氟烯烃、和氟酮例如全氟酮构成的组。
[0049]
优选的有机氟化合物可以具有带有至少三个碳原子的氢氟单醚、带有数量为四个至十二个碳原子、例如五个或者六个碳原子的氟酮。
[0050]
更优选地，有机氟化合物可以是全氟烷基腈，例如是选自全氟乙腈、全氟丙腈(c2f5cn)、全氟丁腈(c3f7cn)、全氟异丁腈(cf3)2cfcn)、全氟-2-甲氧基丙腈(cf3cf(ocf3)cn))的化合物或者由它们组成的混合物，例如在wo2015/071303a1中描述的那样。这些化合物通常被描述为氟腈。
[0051]
业已证明，即使在使用这种有机氟化合物时，介电强度或者绝缘质量也可以特别高。由此，熄灭电弧的作用可以特别有效或者即使在高电流的情况下也可以实现接触元件或者导体的有效电绝缘。
[0052]
此外可以规定，绝缘介质基本上不含有水、二氧化碳和惰性气体中的至少一种、例如全部。例如，绝缘介质可以完全不含有水、二氧化碳和惰性气体。在本发明的意义上，基本上不含有在此应该尤其表示前述物质以≤0.1体积百分数、例如≤1百万分之体积、约≤0.5百万分之体积的份额包含在绝缘介质中，或者完全不含有所述物质。
[0053]
在这种设计方案中，可以特别有效地防止前述腐蚀机制，从而可以尤其在这种设计方案中、尤其在没有水的情况下改善长时间稳定性。此外，在这个设计方案中的纯度特别高，因此存在绝缘介质的定义的并且能够预测的特性。
[0054]
此外，基于按照本发明的绝缘介质的高压开关设备尤其是与真空断路器结合地具有尤其是与sf6技术相比改善的使用寿命，例如由于气体通过开关操作和通过材料烧损而分解。
[0055]
为了特别有效地实现这些优点，可能特别优选的是，绝缘介质由氮气和至少一种有机氟化合物组成。因此，除了氮气和至少一种有机氟化合物之外，在绝缘介质中基本上不存在其它物质。在此按照本发明，“基本上”又应该尤其表示，除了上述物质之外，在绝缘介
质中应该只以≤0.1体积百分数、例如≤1百万分之体积、约≤0.5百万分之体积的份额含有其它物质，或者完全不含有所述其它物质。
[0056]
然而，在本发明的范围内也不排除绝缘介质具有其它组成部分，例如氮氧化物或者二氧化碳。然而，这优选处于最大1体积百分数、例如最大0.5体积百分数的范围内。
[0057]
关于绝缘介质的其它技术特征和优点，参考关于应用和电能传输装置的说明以及附图和附图说明并且反之亦然。
[0058]
本发明还涉及如上详细描述的绝缘介质作为流体绝缘的电能传输装置、例如高压开关中的电绝缘气氛或者作为流体绝缘的管状导体中的电绝缘气氛的应用。
[0059]
通过使用之前详细定义的绝缘介质，尤其可以将较高的绝缘质量与电能传输装置的长时间稳定的运行相结合。此外，可以实现管状导体中的绝缘气氛的特别好的绝缘质量和长时间稳定性。
[0060]
关于应用的其它技术特征和优点，参考关于绝缘介质和电能传输装置的说明以及附图和附图说明并且反之亦然。
[0061]
本发明还涉及一种流体绝缘的电能传输装置，所述电能传输装置具有流体密封地封闭的绝缘空间，其中，在所述绝缘空间中或者在能够与所述绝缘空间连接的储存器中布置有绝缘介质，其中，绝缘介质如以上详细描述的那样设计。
[0062]
原则上，电能传输装置在此可以理解为能够在其中传输能量、尤其是电流形式的能量的任何装置。
[0063]
在本发明的范围内特别优选的是，所述电能传输装置具有高压开关和流体绝缘的管状导体中的至少一个。
[0064]
在此，高压开关或者流体绝缘的管状导体尤其是如以上和以下详细描述的那样设计。
[0065]
相应地可能有利的是，对于通常具有布置在外壁中的并且被绝缘气氛包围的导体的管状导体实现较高的导体绝缘质量。因此，所述管状导体的包围导体的并且被外壁包围的空间是绝缘空间，在管状导体的情况下，绝缘介质优选永久地包含在该绝缘空间中。
[0066]
关于高压开关可能尤其有利的是，可以通过防止腐蚀机制来实现改善的使用寿命。
[0067]
以本身已知的方式，高压开关包括也称为流体接容纳空间的绝缘空间。在所述绝缘空间中布置有第一开关单元，所述第一开关单元尤其可以设计为接地开关或者隔离开关或者接地开关和隔离开关。在第一开关单元的接触元件分离时，可能会形成电弧，因此所述电弧是由第一开关单元引起的并且也应该被熄灭。
[0068]
为此规定，在绝缘空间本身中、即优选永久地且与正在进行的开关操作无关地设置绝缘介质，或者也在储存器中设置绝缘介质，所述储存器例如在即将开始开关操作时能够与绝缘空间连接。所述绝缘介质用于将绝缘空间绝缘并且还可以用于熄灭电弧。
[0069]
通过使用如上所述的绝缘介质，可以实现明显改善的长时间稳定性，例如方式为渗透率可以特别低并且此外可以防止基于绝缘气体的腐蚀机制。
[0070]
特别优选地关于高压开关可以规定，在绝缘空间中除了所述第一开关单元之外布置有第二开关单元并且必要时布置有第三开关单元，其中，所述第一开关单元和所述第三开关单元分别具有隔离开关和接地开关中的至少一个，并且其中，所述第二开关单元具有
断路器、例如尤其是真空开关。因此，在该设计方案中设置有接地开关、隔离开关和断路器、尤其是真空开关，其中，接地开关和隔离开关可以彼此分隔开或者可以设计为统一的开关单元。真空开关尤其可以是有利的。
[0071]
在此，例如在电网中出现诸如短路之类的故障并且必须中断较高的短路电流时，断路器、尤其是真空开关可以独立于隔离开关和接地开关地被触发。
[0072]
隔离开关和接地开关尤其是与安全相关的开关设备并且相对较少地被触发，例如在需要进行维护工作或者在母线之间进行切换时被触发。断路器的通断通常先于隔离开关和接地开关的通断。
[0073]
换而言之，在这种设计方案中，在绝缘空间中存在隔离开关和接地开关，这两者优选地被绝缘介质包围。此外，在绝缘空间中设置有真空开关，其中，真空开关的接触元件不与绝缘介质接触，而是存在于真空气氛中。由此可以看出，绝缘介质的主要任务不是防止烟灰的形成或者熄灭电弧。
[0074]
在此可以规定，绝缘空间例如通过流体密封的例如气密的、或者流体可透过的例如透气的分隔件被分隔成多个区域，其中，绝缘空间的各个单独区域全部或者只部分地、但尤其是包围第一开关单元的绝缘空间区域和必要时包围第三开关单元的绝缘空间区域填充有绝缘介质。
[0075]
在此，断路器尤其可以是真空断路器并且可以用于中断较高的电流、尤其是短路电流，而隔离开关和接地开关可以用于中断较小的电流、尤其是换向电流、充电电流和感应电流，其中，绝缘介质用作用于隔离开关和接地开关的灭弧介质。
[0076]
断路器、例如真空开关可以断开25000a至80000a范围内的电流，或者可以在所述断路器上施加72500v至800000v范围内的电压。
[0077]
此外，隔离开关可以断开0.1a至8000a范围内的电流，或者可以在所述隔离开关上施加10v至1000v范围内的电压。
[0078]
此外，接地开关可以断开0.4a至500a范围内的电流或者可以在所述接地开关上施加500v至70000v范围内的电压。
[0079]
在此，前述的值不理解为绝对限制性的。
[0080]
通过使用真空断路器在此可以特别有效地提高开关设备的使用寿命，其中，尤其可以使用低燃耗的材料，例如钨-铜或者铜-铬合金。此外，由于真空，不存在或者只存在较少的、可能用于烧损接触元件并且自身分解的分子。换而言之，由于气体分子的“不存在”而不会发生气体老化。由此可以进一步改善长时间稳定性。
[0081]
因此，尤其是前述绝缘介质与作为优选断路器的真空开关结合的使用可以是针对具有较长使用寿命的开关设备的最佳解决方案，这尤其适用于高压技术中的应用。
[0082]
对于真空开关可能有利的是，在真空开关或者第二开关单元的开关空间中存在10-10
bar至10-6
bar(绝对)的范围内的压力。
[0083]
此外，关于绝缘空间特别优选的是，绝热空间中的绝热介质以大于或者等于4bar(绝对)至小于或者等于10bar(绝对)的范围内的压力存在。
[0084]
关于电能传输装置的其它技术特征和优点，参考关于绝缘介质和应用的说明以及附图和附图说明并且反之亦然。
[0085]
本发明的技术方案的其它细节、特征和优点由从属权利要求以及对附图和相关示
例的以下描述得出。在附图中：
[0086]
图1示意性地示出了作为按照本发明的电能传输装置的高压开关的设计方案。
[0087]
在图1中示出了按照本发明的形式为高压开关10的电能传输装置的设计方案的示意性示例。
[0088]
高压开关10包括气密地封闭的绝缘空间12，在所述绝缘空间中布置有绝缘介质13，如以下详细描述的那样。
[0089]
此外示出了，在绝缘空间12中布置有由第一开关单元16组成的第一布置结构14。此外，在绝缘空间12中布置有由第一开关单元16组成的第二布置结构18。第一开关单元16在此设计为组合的接地开关和隔离开关。因此，第一布置结构14和第二布置结构18分别承载具有接地开关和断开开关的开关单元16。
[0090]
同样地在绝缘空间12中布置有第二开关单元20。第二开关单元20包括断路器并且优选地设计为真空开关。真空开关具有带有可分离触头的开关空间，其中，在开关空间中存在小于或者等于10-6
bar的示例性的压力。在此示出，绝缘空间12通过气密地或者透气地设计的分隔件11分隔成多个区域15，其中，在这个设计方案中，绝缘空间12的所有区域15都填充有绝缘介质13。
[0091]
作为该设计方案的备选方案也可以规定，第一开关单元16只代表接地开关并且相应地设置有第三开关单元，所述第三开关单元包括隔离开关。第三开关单元则可以是第一布置结构14和第二布置结构18的组成部分，或者可以是未示出的其它布置结构的组成部分。
[0092]
此外示出了控制柜22，通过所述控制柜22可以控制高压开关10并且所述控制柜支承安装在架子24上。
[0093]
为了将真空开关作为第二开关单元20运行，还设置有具有断路器控制驱动器的弹簧储能驱动器26。此外示出了电压转换器28和快速接地装置30。最后，图1还示出了输出模块(abgangsbaustein)32，其具有其它的断路和接地开关以及电缆终端34。
[0094]
考虑到绝缘空间12或者布置在其中的绝缘介质13，优选地规定所述绝缘介质处于过压下，其中，过压可以在例如大于或者等于4bar至小于或者等于10bar的范围内存在。因此，整个绝缘空间12即使在相应的过压中也是气密的。
[0095]
此外，绝缘介质13设计为具有以下组成部分：
[0096]-含量为≥75体积百分数至≤99体积百分数的氮气；和
[0097]-含量为≥1体积百分数至≤15体积百分数的至少一种有机氟化合物，其中，
[0098]-所述绝缘介质中的氧气以＜0.5体积百分数的含量存在，其中，
[0099]
该氟化合物例如可以具有氟腈例如全氟腈、氟醚例如氢氟单醚、氟烯烃例如氢氟烯烃、和氟酮例如全氟酮。
[0100]
此外，氧和其它的化合物例如原则上以《0.5体积百分数的含量存在于绝缘介质中。
[0101]
例如，绝缘介质13可以由氮气和至少一种有机氟化合物组成，因此绝缘介质13基本上不含有水、二氧化碳和六氟化硫中的至少一种。
[0102]
此外，在此例如可以规定，绝缘介质13具有：
[0103]-含量为≥94体积百分数至≤97体积百分数的氮气；和
[0104]-含量为≥3体积百分数至≤7体积百分数的至少一种有机氟化合物。
[0105]
已经提到的实施方式的组成部分和特征的各个单独组合是示例性的；通过引用的专利文献，也明确地考虑用包含在这个专利文献中的其它教导更换和替代这些教导。本领域技术人员将认识到，在不背离发明思想和本发明范围的情况下，同样可能出现在此描述的变型、修改和其它实施方式。
[0106]
相应地，以上描述应该被视为示例性的而不是限制性的。在权利要求中使用的词语不排除其它的组成部分或者步骤。不定冠词“一个”不排除复数的含义。特定的比例在相互不同的权利要求中重复引用的事实并不表明这些比例的组合不能被有利地使用。本发明的范围在以下的权利要求和与之配属的等同替代方案中定义。