CN103151724A

CN103151724A - 一种基于体内吸附的氟碳混合气体绝缘开关设备

Info

Publication number: CN103151724A
Application number: CN2013100413298A
Authority: CN
Inventors: 张国强; 李康
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: YANGZHOU DEYUN ELECTRICAL EQUIPMENT GROUP CO., LTD.
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: CN103151724B

Abstract

一种基于体内吸附的氟碳混合气体绝缘开关设备，所述绝缘开关装置为一封装有封入绝缘气体的密封容器（1）。所述的密封容器（1）内装有至少一对电接触电极，还装有微粒吸附电极（8、14）、微粒收集装置（6）及吸附装置（15）。所述的绝缘气体是含有碳元素的氟碳气体；所述的微粒吸附电极（8、14）为一对除尘电极，分别固定在密封容器（1）内壁的两侧；除尘电极的中心线与电接触电极中心线互相垂直。微粒收集装置（6）安装在除尘电极中的正极性电极的下方，收集正极性电极脱落的微粒。所述的气体绝缘设备还安装有吸附装置；吸附装置安装在密封容器内表面的顶部，用于吸附由于所述氟碳混合气体的分解或密封容器内反应而产生的低分子量气体。

Description

一种基于体内吸附的氟碳混合气体绝缘开关设备

技术领域

本发明涉及一种使用含碳元素气体作为绝缘介质的开关设备，特别涉及一种氟碳混合气体作为介质的开关设备。

背景技术

SF₆气体具有良好的绝缘能力、灭弧能力、化学稳定性及无毒性，因而被广泛的应用于气体绝缘设备中，如气体绝缘变压器、气体绝缘断路器、气体绝缘输电管道等。但是，纯SF₆气体对电场不均匀性非常敏感，对设备加工精度要求高；而且SF₆气体的放电分解物，如SO₂F₂、SOF₂、SF₄、SF₂、H₂S、SOF₄等，均为剧毒物质，对人员健康威胁很大；另外，SF₆气体的温室效应非常大，它的全球温暖化潜能值（GWP）大约是CO₂气体的23900倍，且在大气中寿命约3200年，因此***气候变化公约缔约方在1997年签订的《京都议定书》中，将SF₆气体列为六种限制性使用的温室气体之一。因此科研人员进行了大量的研究，希望寻找到能够替代SF₆气体用于电气设备的新介质。

目前来看，用单一气体来代替SF₆气体是十分困难的。所以，人们尝试使用混合气体来代替纯SF₆气体。目前已有使用SF₆/N₂混合气体或SF₆/CO₂混合气体替代纯SF₆气体的报道，使用含SF₆的混合气体有以下优点：降低对电极表面缺陷敏感度，降低气体液化温度，降低成本，因此具有较好的应用前景，特别是SF₆含量在20%～40%的SF₆/N₂混合气体。但是，使用含SF₆的混合气体不能从根本上解决SF₆气体的温室效应及其分解产物中含有的剧毒物质对人身的威胁。因此，有必要寻找不含SF₆的混合气体用于高压电力设备。

在专利JP4119441B2中提到使用N₂或O₂或干燥空气或CO₂等气体作为主要绝缘气体成分，并且混合有20%以下的SF₆气体、c-C₄F₈（八氟环丁烷）、CF₃SF₅、C₃F₈或CF₃OSF₃等气体作为气体绝缘装置的气体绝缘介质；

专利JP2004236459A，JP2006014411A等也提到使用c-C₄F₈（八氟环丁烷）、C₃F₈与N₂，CO₂等的混合气体作为电气设备绝缘和灭弧介质。

以上几个专利提到使用所述的这类混和气体可以极大的降低绝缘气体的全球温暖化系数，同时可以完全避免SF₆气体的使用，从根本上解决SF₆气体分解产物中含有剧毒物质对人身的危害。然而也存在以下问题：由于上述气体中c-C₄F₈（八氟环丁烷）、C₃F₈等含有碳元素，所以在开断电流时产生的电弧下，气体发生离解和复合的过程中，存在产生游离碳的问题，产生的碳如果附着到绝缘隔离件等固体绝缘物的表面上时，可能会导致该部分的电绝缘性能显著降低。

目前，对于设备内部的金属微粒等导电微粒，有专利（日本实用新型实开昭62-57511号公报）披露了一种在箱体底面设置波形的异物捕获装置、金属导体落在低电场处，实现无害化。另有专利（日本实用新型实公平3-47323号公报）披露一种使管道部件的端部的曲率增大、使电场缓解以实现增强绝缘的方法，由于管道部件的端部是电场易于集中的形状，因此增大端部的曲率目的在于抑制从该部位产生放电。但是该方法只对少量导电微粒起作用，对于使用含碳元素混合气体作为绝缘及灭弧介质的气体绝缘设备并不适用。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种气体绝缘电气设备，本发明能够降低电气设备所用气体绝缘介质的全球温暖化系数，而且不会因为气体绝缘介质的分解而使绝缘性能下降。

本发明气体绝缘电气设备为一封装有封入绝缘气体的密封容器。所述的密封容器内装有至少一对电接触电极，还装有微粒吸附电极、微粒收集装置及吸附装置。所述的绝缘气体是含有碳元素的氟碳气体。所述电接触电极包括静触头和动触头；所述的微粒吸附电极为一对除尘电极，分别固定在密封容器内壁的两侧。除尘电极的中心线与电接触电极中心线互相垂直；微粒收集装置安装在除尘电极中正极性电极的下方，收集正极性电极脱落的微粒；所述的气体绝缘设备还安装有吸附装置。吸附装置安装在密封容器内表面的顶部，用于吸附由于所述氟碳混合气体的分解或密封容器内反应而产生的低分子量气体。

本发明气体绝缘电气设备通过所述电接触电极保持接触状态来导电，在电流断开时，使得上述电极分离而在上述绝缘气体中发生电弧，通过熄灭电弧来开断电流。所述的绝缘气体是含有碳元素的氟碳气体，如八氟环丁烷（c-C₄F₈）、八氟丙烷（C₃F₈）等与氮气或CO₂或空气等的混合气体。

所述的气体绝缘设备的特征在于安装了微粒吸附电极及微粒收集装置。

所述的微粒吸附电极为一对除尘电极，除尘电极的中心线与电接触电极中心线互相的垂直。一对除尘电极中的负极性电极为棒电极，正极性电极为一半圆筒电极；所述负极性电极安装在密封容器内壁的一侧上，所述半圆筒状的正极性电极安装在密封容器内壁一侧，由安装在所述正极性电极与密封容器内壁之间的电磁铁控制而产生振动。所述正极性电极的下方安装有微粒收集装置，在除尘电极断电后，吸附在正极性电极上的微粒落入微粒收集装置中。同时为了保证对微粒的收集，电接触电极开断时，动触头向微粒吸附电极正极性一侧运动，使得电弧在正极性电极一侧产生，保证微粒能被吸附到正极性电极上；同时出线套管安装在电弧产生的另一侧，避免产生的碳微粒落在出线套管的表面。另外在密封容器内还安装有吸附装置，吸附上述氟碳混合气体的分解或密封容器内反应而产生的低分子量气体。所述吸附装置由放置盒，网状袋及吸附剂构成。放置盒通过螺杆或焊接的方法固定在密封容器内表面的顶部。

所述的微粒收集装置设计为微粒陷阱结构，微粒一旦进入，由于微粒陷阱局部场强低，使得微粒惰化，同时在微粒陷阱表面还涂有粘性物质，以加强对微粒的惰化作用，使得其不能再危害绝缘。另外微粒收集装置设置了微粒隔离板，所述微粒隔离板为一长方形绝缘板，所述微粒隔离板的一边与静触头支座相连，所述微粒隔离板另一边与密封容器内隔板相连，微粒隔离板的作用是避免固体微粒吸附在下出线套管的表面。所述的下出线套管安装在密封容器内的隔板上。

所述的气体绝缘设备所述的气体绝缘设备还安装有吸附装置。吸附装置安装在密封容器内表面的顶部，用于附由于所述氟碳混合气体的分解或密封容器内反应而产生的低分子量气体。

本发明为一种低温室效应绝缘气体的气体绝缘开关设备，可以防止气体绝缘性能的恶化。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的气体绝缘开关装置的局部剖视图；

图2为本发明开关装置处于隔离和接地状态的局部示意图，图2a为开关装置处于隔离状态的局部示意图，图2b为开关装置处于接地状态的局部示意图；

图3为本发明所用微粒吸附电极俯视图；

图4为本发明所用吸附装置剖视及俯视图，图4a为剖视图，图4b为俯视图；

图5为本发明所用网状微粒收集装置俯视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明气体绝缘开关装置为一封装有封入绝缘气体的密封容器。所述的密封容器内装有至少一对电接触电极，还装有微粒吸附电极、吸附装置及微粒收集装置。

图1为本发明的一种实施方式的气体绝缘开关装置的局部剖视图。图1所示为一负荷开关处于导通状态。密封容器1内封装有含碳元素的氟碳混合气体，密封容器1内有上出线套管2，下出线套管3，动触头座4，接地触头5，动触头12，动触头操作转轴13，静触头及灭弧栅片10，微粒隔离板7，网状的微粒收集装置6，以及吸附装置15；此外还包括由负极性电极14和正极性电极8构成的微粒吸附电极。

所述的微粒吸附电极中的负极性电极14为棒电极，正极性电极8为一半圆筒电极；所述负极性电极14安装在密封容器1内壁的一侧上，所述正极性电极安装在密封容器1内部另一侧，正极性电极8通过固定弹簧11固定在密封容器1内壁的一侧，正极性电极8与密封容器1之间还装有电磁铁9，电磁铁9位于正极性电极8的中心位置，电磁铁9断电时，电磁铁9的动作杆顶在正极性电极8上，固定弹簧11处于拉伸状态；电磁铁9通电时，电磁铁9的动作杆动作回缩，受固定弹簧11的拉伸作用，正极性电极8回缩，即通过对电磁铁9通电/断电并配合固定弹簧11可以使正极性电极8发生振动。本发明开关设备动作时，动触头操作转轴13操作动触头12逆时针旋转，灭弧栅片熄灭电弧。电弧熄灭后，外接直流电源给微粒吸附电极14和8供电，由电弧产生的微粒由于静电的作用被吸附到正极性电极8上。经过几次开断吸附后，给电磁铁9供电使正极性电极8产生振动，使得吸附在正极性电极8上面的固体微粒落入装在正极性电极8下方的微粒收集装置6中。

所述下出线套管3安装在动触头12运行方向的另一侧；微粒隔离板7安装在静触头支座17与密封容器1的隔板16之间，其作用是避免固体微粒吸附在下出线套管3的表面。吸附装置15吸附上述氟碳混合气体的分解或密封容器内反应而产生的低分子量气体。上出线套管2位于密封容器1上表面，下出线套管3位于密封容器1内部的隔板16上。所述上、下出线套管用于带电体与密封容器1的绝缘及将密封容器1内外的导体连接起来。

图2为本发明开关装置处于隔离和接地状态的局部示意图，图2a为开关处于隔离状态示意图，图2b为开关处于接地状态示意图；开关开断过程中在静触头及灭弧栅片10和动触头12之间产生电弧；开关断开时，动触头12向右上方向运动。

图3为所述的微粒吸附电极俯视图。如图3所示，负极性电极14为一棒状电极，在较低电压下可以产生较高的场强，正极性电极8为半圆筒电极，可以吸附固体微粒，为保证电极均匀，所述半圆筒电极两端外形为圆角面18。

图4为所述的吸附装置剖视图。如图4所示，吸附装置15由放置盒151，网状袋153及吸附剂152构成。放置盒151通过螺杆或焊接的方法固定在密封容器1内表面的顶部；吸附剂152装入网状袋153中。吸附剂152的材料可以为活性氧化铝，分子筛，硅胶等；装有吸附剂的网状袋153放入放置盒151。放置盒151是由薄铁皮或钢板制成的多孔盒。

图5为所述的微粒收集装置俯视图。如图5所示，微粒收集装置6是一带有微粒陷阱61的薄钢板，固定在密封容器1的隔板16上；微粒收集装置6的左半边微粒陷阱较小，右半部分的微粒陷阱深度及宽度都较大。固体微粒落入微粒陷阱61后，由于陷阱内局部场强降低，使得陷入其中的固体微粒不易再运动，同时微粒陷阱61表面还涂有粘性物质，使得固***置被黏住不能运动，起到收集和固定微粒的作用。

Claims

1.一种基于体内吸附的氟碳混合气体绝缘开关设备，其特征在于：所述绝缘开关装置为一封入绝缘气体的密封容器（1）；所述的密封容器（1）内装有至少一对电接触电极，还装有微粒吸附电极（8、14）、微粒收集装置（6）及吸附装置（15）；所述的绝缘气体是含有碳元素的氟碳气体；所述的微粒吸附电极（8、14）为一对除尘电极，分别固定在密封容器（1）内壁的两侧；除尘电极的中心线与电接触电极中心线互相垂直；微粒收集装置（6）安装在除尘电极中的正极性电极的下方，收集正极性电极脱落的微粒；所述的气体绝缘设备还安装有吸附装置；吸附装置安装在密封容器内表面的顶部，用于吸附由于所述氟碳混合气体的分解或密封容器内反应而产生的低分子量气体。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于：所述微粒吸附电极中，负极性电极（14）为棒电极，正极性电极（8）为半圆筒状电极；所述负极性电极安装在密封容器内壁的一侧，所述半圆筒状的正极性电极安装在密封容器（1）内壁的另一侧，由安装在所述正极性电极与密封容器内壁之间的电磁铁控制而产生振动；所述微粒吸附电极由外接直流电源供电。

3.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于：所述的正极性电极（8）通过固定弹簧（11）固定在密封容器（1）上，正极性电极（8）与密封容器（1）之间还装有电磁铁（9），电磁铁（9）位于正极性电极（8）的中心位置；电磁铁（9）断电时，电磁铁（9）的动作杆顶在正极性电极（8）上，固定弹簧（11）处于拉伸状态；电磁铁（9）通电时，电磁铁（9）的动作杆动作回缩，受固定弹簧（11）的拉伸作用，正极性电极（8）回缩。

4.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的吸附装置（15）由放置盒（151），网状袋（153）及吸附剂（152）构成；放置盒（151）固定在密封容器（1）内表面的顶部；吸附剂（152）装入网状袋（153）中；网状袋（153）放入放置盒（151）内。放置盒（151）是由薄铁皮或钢板制成的多孔盒。

5.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的微粒收集装置（6）固定在隔板（16）上；微粒收集装置（6）是一块带有微粒陷阱（61）的薄钢板；微粒收集装置（6）的左半边微粒陷阱较小，右半边的微粒陷阱深度及宽度较大；所述的微粒陷阱（61）表面涂有粘性物质。

6.根据权利要求1所述的气体绝缘开关设备，其特征在于：所述的密封容器（1）中装有微粒隔离板（7），微粒隔离板（7）安装在静触头支座（17）与密封容器（1）的隔板（16）之间，防止固体微粒吸附在下出线套管（3）的表面。