CN107851977A - 使用绝缘气体或流体的气体绝缘开关柜及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于中压或高压用途的气体绝缘开关柜，在开关柜隔室的封闭壳中使用绝缘气体或流体，其中开关柜使用六氟化硫(SF6)作为绝缘气体。为了考虑基于经验和经验证的用途的先前绝缘气体的使用并且利用相同的气体绝缘开关柜装置来预先实现使用新一代气体的可能性，本发明在于，开关柜的结构特征被设计为，这些结构特征在使用六氟化硫(SF6)时具有过性能，但是这些结构特征在使用生态高效的绝缘气体时已经具有足够性能，所述生态高效的绝缘气体具有至多20％的含氟酮C5F10O与空气或氧气以及二氧化碳的混合物，其中开关柜稍后改装或适配成填充有生态高效的绝缘气体、例如使用含氟酮和空气的混合物时，仅需要更换前述气体，而不需要更换开关柜的结构部件。

Description

使用绝缘气体或流体的气体绝缘开关柜及其生产方法
技术领域
根据权利要求1、11、12和13的前序部分，本发明涉及一种用于中压或高压用途的气体绝缘开关柜，在开关柜隔室的封闭壳中使用绝缘气体或流体，其中开关柜使用六氟化硫(SF6)作为绝缘气体，并且本发明涉及该气体绝缘开关柜的生产方法。
背景技术
自从大约50年前以来，气体绝缘开关柜一直用于中压和高压应用。在大多数应用中广泛使用的绝缘气体是SF6，其被称为六氟化硫。由于SF6具有高的全球变暖潜能(globalwarming potential，GWP)，因此其具有缺点。据此，正在讨论使用其他气体混合物，并且带有可接受的介电参数的首批备选气体混合物已经面世。这种气体例如是含氟酮和诸如干燥空气的载气的混合物。
由于这些新气体的介电性能和热性能不等于SF6并且必须选择与新气体兼容的材料，所以在已安装的气体绝缘开关柜中由新气体混合物替换SF6在现有技术中被认为是不可能的。客户需要在订购期间作出决定是购买SF6气体绝缘开关柜还是购买使用备选气体混合物的新的生态高效的气体绝缘开关柜，只要这两种解决方案并行存在。
当备选气体绝缘可用时，购买SF6装置的决定并不容易。一方面，环保的气体解决方案对于客户而言具有吸引力，但是另一方面，SF6是一种带有长期经验的成熟技术。因为只有短期经验而没有长期经验，所以新技术可能包括技术风险，这些技术风险并不是完全已知的。
一些客户甚至坚持在使用新技术之前，该新技术在一些参考项目中有两年以上的经验。由于气体绝缘开关柜是30年或40年的长期投资，所以这将客户约束在旧技术上，即使存在触手可及的新的有吸引力的技术。
发明内容
因此，本发明的目的是基于经验和经验证的用途来考虑先前绝缘气体的使用，并且通过在稍后的时间对绝缘气体进行更换而利用相同的气体绝缘开关柜装置来预先实现使用新一代气体的可能性。
所以，在涉及一种开关柜的权利要求1的特征中给出了解决方案。
在权利要求2至10中给出了根据权利要求1的本发明的另外的实施例。
根据生产所述开关柜的方法，本发明表现在权利要求11的特征中。
在稍后的气体更换的情况下，生产气体绝缘开关柜的所述方法的另外的实施例由权利要求12给出。
权利要求13给出了用于前述发明的若干生态高效气体的使用。
所以，除了SF6气体绝缘开关装置和生态高效气体绝缘开关柜之外，本发明还涉及了第三种类型的气体绝缘开关柜及其生产方法。“准备用于生态高效的气体绝缘开关柜”原则上是考虑到生态高效设计但是在交付时不使用新的绝缘气体混合物而是SF6的一种气体绝缘开关柜。为此，必须应用以下内容：
-所有材料与新的绝缘气体混合物和SF6的材料兼容性。
-根据带有较低性能的绝缘气体(即新的气体)的技术参数。
-对于稍后使用的所有被认可的气体和气体混合物进行的型式试验的有效性。
-基于IEC等国际标准，针对新的气体混合物所需的更改的实现。覆盖全部的最坏情况必须被识别和实现。
这种“准备用于生态高效的GIS”与SF6 GIS相比将具有更高的成本水平，并与生态高效的GIS的成本水平相同。但是在这种情况下，客户可以决定稍后从SF6绝缘气体转换到生态高效的绝缘气体。
因此，本发明在于，开关柜的结构特征被设计为，这些结构特征在使用六氟化硫(SF6)时具有过性能，但是这些结构特征在使用生态高效的绝缘气体时已经具有足够性能，所述生态高效的绝缘气体具有至多20％的含氟酮C5F10O与空气或氧气以及二氧化碳的混合物，其中开关柜稍后改装或适配成填充有生态高效的绝缘气体、例如使用含氟酮和空气的混合物时，仅需要更换前述气体，而不需要更换开关柜的结构部件。
在所描述的另一个有利的实施例中，对于使用生态高效气体而不是六氟化硫(SF6)作为绝缘气体，开关柜被设计成，使得生态高效的绝缘气体的更低的介电性能被经改进的介电设计补偿，所述经改进的介电设计包括圆形边缘、栅格或增加的导体与接地电位之间的距离。
这意味着在功能上，为允许绝缘气体被生态高效的绝缘气体更换，特别是如果打算在客户的现场完成这种更换的话，那么封装的设计准备好有效的抽空，以使得：变形必须是有限和可逆的，并且即使对于完全抽空的封装也必须提供气密性，并且在由焊接钢板制成的气体隔室中，在使用O形环或其他密封元件密封的元件或盖处设置有加强型材或夹层板以及窄的紧固元件。
在又一个有利的实施例中，开关柜以这种方式被设计，使得生态高效的绝缘气体的更低的热学性能被经改进的热学设计补偿，如集成的散热器、导体的涂漆表面或增加的横截面、以及开关柜主电流路径上的所有接触区域的镀银。
在又一个有利的实施例中描述到，为允许绝缘气体被生态高效的绝缘气体更换，填充气体的隔室的变形是有限和可逆的，并且即使对于完全抽空的封装也提供气密性，以这种方式，对用于从外部到内部的压力梯度的机械承受件，填充气体的隔室的焊接钢板在使用O形环或其他密封元件密封的元件或盖处设置有加强型材或夹层板以及窄的紧固元件。
还提出，加强元件被布置在填充气体并被暂时抽空的隔室的内壁上。
在有利的实施例中，封装或者至少填充气体的隔室为阀或者配备有阀，该阀被设计成，使得其可以用于移除当前的绝缘气体并且用新的生态高效的绝缘气体来填充封装或隔室。
在又一个有利的实施例中，封装配备有阀，该阀被设计成流体的双向流量阀，使得其可以用于移除当前的绝缘气体并且用新的生态高效的绝缘气体来填充装置。
由此，阀打开的横截面的尺寸被设计成，使得填充气体的隔室的抽空和填充可以在最短时间内完成，并且使得如果填充气体的隔室的内压力高于环境压力并且当隔室被抽空时，该阀设置有在低于环境压力约1巴的操作压力下自关闭的装置。
此外，开关柜配备有填充阀，其在高达10巴的绝对压力或高于环境压力9巴的操作状态下以及在2至5毫巴的绝对压力或低于环境压力约1巴下的抽空状态中自动关闭。
在又一个有利的实施例中，在气体隔室内部使用的材料本身或至少涂层被选择为与两种气体类型都兼容，即初始绝缘气体和生态高效的绝缘气体。
由此，材料在生态高效的绝缘气体中老化。如果材料对生态高效的气体影响小、分解速率低、在可接受的范围内不改变其机械或电气性能，那么通过试验来选择这类材料。
开关柜被设计成，使得其已经通过了针对两种绝缘气体的相关型式试验。这要求该设计基于具有较低性能的气体，该气体需要更好介电性能的装置，如场分级，并且需要扩大半径和热性能的装置，如散热器、镀银触点或气体冷却器。封装或减压管道的压力承受件通过更坚固的设计得到改善，如更大的加强件、附加的固定点或更厚的材料。
根据一种生产这种开关柜的方法，本发明在于，在生产气密隔室的制造步骤中，壁和壁金属板的焊接以及密封件被装饰用于从外部到内部的压力梯度的机械承受件，以便从头能执行绝缘气体被生态高效的绝缘气体的稍后更换，本发明还在于，气体到气体隔室中的填充由抽空泵和阀实现，通过该抽空泵和该阀，在气体隔室被抽空之后，绝缘气体将经由绝缘气体源被填充到气体隔室中。
在又一个有利的实施例中或者在描述改装气体更换的情况下，填充气体的隔室将被单独的外部泵经由开关柜执行阀进行抽空，并且将通过前述阀与用于生态高效气体或生态高效气体混合物的气体源进行互连并通过由监控前述隔室内部的压力来操纵填充过程，而将真空容积填充生态高效气体或气体混合物。
为了在开关柜的初始生产时或者在改装而更换绝缘气体时，使用生态高效的绝缘气体来填充开关柜的中压隔室或高压隔室，提出了含氟酮和/或含氟腈的一组气体。
具体实施方式
图1示出了带有外壳和带有填充绝缘气体隔室的内壳的开关柜装置，该填充绝缘气体隔室中布置有开关元件。通常，在所谓的气体绝缘开关柜中的填充气体隔室包含至少母线，以及可以位于单独的气体隔室中的开关。
六氟化硫(SF6)是一种常用的绝缘气体。
根据前述的SF6的高全球变暖潜能(GWP)，使用带有明显更低的全球变暖潜能的其他绝缘气体。
所述绝缘气体是可用的。
所以，本发明的目的是，在稍后时间在现场用新的绝缘气体替代例如中压和高压开关柜的初始绝缘气体。
所述新的绝缘气体(像含氟酮或含氟腈)必须在开关柜装置中进行处理。
所以，对于开关柜的新的建造而言，至少填充气体隔室必须被配备和设计成，使得填充有SF6通常是可能的，但是该开关柜必须准备好使用新的生态高效气体。
图2示出了加强元件的使用中的若干备选。
重要的是，加强元件必须被这样布置或固定，使得这导致从内部高压力到外部更低压力的机械承受件，以及在相反方向上的的机械承受件。
在气体更换的情况下，在填充新的绝缘气体之前，必须将有关的隔室抽空。
为此，隔室必须承受从外部环境压力(例如大约1巴左右)到内部真空的压力梯度。
所以，隔室必须以考虑到该压力梯度的方式被设计，并且该隔室还必须在该处理时和该处理之后保持绝对气密。
图2中示出了不同的壁结构。每种壁结构具有来自左侧的环境压力，隔室的内空间在右侧。
所以，所有的加强元件被固定在隔室内部的壁板上。
第一备选例使用具有封闭横截面的矩形空心型材。第二备选例具有矩形的Ω横截面。在两个备选例中，加强元件被焊接在填充气体隔室的壁板上并且平行地对齐。
此外，第三备选例使用焊接在一起的两个型材，该型材由使用一个共同板焊接在一起的两个平行矩形空心型材组成。在第四备选例中，共同板在边缘处延伸，使得边缘以其可以被焊接到壁板的方式进行矩形弯曲。
图3示出了例如母线的设计。对于通常填充SF6的开关柜，母线具有边缘略圆的矩形横截面。该实施例对于SF6的使用是成本有效的。这显示在图3的左侧。
在右侧示出了用于“准备用于生态高效的气体”用途的母线横截面几何形状。在该实施例中，母线横截面被设计为扁平椭圆横截面，以便改善用于生态高效的气体用途的介电性能。
就本发明而言，填充SF6的开关柜即使在没有前述加强元件并且带有矩形母线横截面的情况下也足以被配备。
但是，本发明遵循这样的意图，即如今随着填充SF6的开关柜已经可以用对于新的生态高效的绝缘气体的特殊用途的需要的所有特征来制造。
所以，开关柜将在其建造时被适配成，使得其即使在SF6将首先使用的情况下也已经达到生态高效的设计要求。
所以，改装可以仅通过气体的更换得到实现，并且开关柜的设计已经适于新的绝缘气体。

Claims (13)

1.一种用于中压或高压用途的气体绝缘开关柜，在开关柜隔室的封闭壳中使用绝缘气体或流体，其中所述开关柜使用六氟化硫(SF6)作为绝缘气体，
其特征在于，
所述开关柜的结构特征被设计为使得，所述结构特征在使用六氟化硫(SF6)时具有过性能，但是所述结构特征在使用生态高效的绝缘气体时已经具有足够性能，所述生态高效的绝缘气体具有至多20％的含氟酮C5F10O与空气或氧气以及二氧化碳的混合物，其中开关柜稍后改装或适配成填充有生态高效的绝缘气体、例如使用含氟酮和空气的混合物时，仅需要更换前述气体，而不需要更换所述开关柜的结构部件。
2.根据权利要求1所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
对于使用生态高效的气体替代六氟化硫(SF6)作为绝缘气体，所述开关柜被设计成使得所述生态高效的绝缘气体的更低的介电性能被经改进的介电设计补偿，所述经改进的介电设计包括圆形边缘、栅格或增加的导体与接地电位之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
所述开关柜被设计和制造成使得所述生态高效的绝缘气体的更低的热学性能被经改进的热学设计补偿，如集成的散热器、导体的涂漆表面或增加的横截面、以及开关的主电流路径上的所有接触区域的镀银。
4.特别是根据权利要求1或2或3所述的用于中压或高压用途的气体绝缘开关柜，在开关柜隔室的封闭壳中使用绝缘气体或流体，
其特征在于，
为允许所述绝缘气体被生态高效的绝缘气体更换，填充气体的隔室的变形是有限和可逆的，并且即使对于完全抽空的封装也提供气密性，使得对用于从外部到内部的压力梯度的机械承受件，填充气体的所述隔室的焊接钢板在使用O形环或其他密封元件密封的元件或盖处设置有加强型材或夹层板以及窄的紧固元件。
5.根据权利要求4所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
所述加强元件被布置在填充气体并被暂时抽空的隔室的内壁上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
所述封装或者至少填充气体的所述隔室为阀或者配备有阀，所述阀被设计成使得其能够用于移除当前的绝缘气体并且用新的生态高效的绝缘气体来填充所述封装或所述隔室。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
所述封装配备有阀，所述阀被设计成流体的双向流量阀，使得其能够用于移除当前的绝缘气体并且用新的生态高效的绝缘气体来填充装置。
8.根据权利要求7所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
所述阀打开的横截面的尺寸被设计成，使得填充气体的所述隔室的抽空和填充能够在最短填充时间内完成，并且使得如果填充气体的所述隔室的内压力高于环境压力并且当所述隔室被抽空时，所述阀设置有在低于环境压力约1巴的操作压力下自关闭的装置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
所述开关柜配备有填充阀，所述填充阀在高达10巴的绝对压力或高于环境压力9巴的操作状态下以及在50毫巴或50毫巴以下的绝对压力或低于环境压力约1巴下的抽空状态中自关闭。
10.根据前述权利要求中任一项所述的气体绝缘开关柜，
其特征在于，
在所述气体隔室内部使用的材料本身或至少涂层被选择为与两种气体类型都兼容，所述两种气体类型为初始绝缘气体和所述生态高效的绝缘气体。
11.一种用于生产气体绝缘开关柜的方法，所述气体绝缘开关柜在气密隔室中使用绝缘气体或流体，
其特征在于，
在生产所述气密隔室的制造步骤中，壁和壁金属板的焊接以及密封件被装饰用于从外部到内部的压力梯度的机械承受件，以便从头能执行所述绝缘气体被生态高效的绝缘气体的稍后更换，气体到所述气体隔室中的填充由抽空泵和阀实现，通过所述抽空泵和所述阀，在所述气体隔室被抽空之后，所述绝缘气体将经由绝缘气体源被填充到所述气体隔室中。
12.一种用于通过气体更换来填充气体绝缘开关柜的方法，所述开关柜在气密隔室中使用绝缘气体或流体，
其特征在于，
填充气体的隔室将通过单独的外部泵经由在所述开关柜的填充气体的所述隔室中执行的阀被抽空，并且将通过所述阀与用于生态高效气体或生态高效气体混合物的气体源进行互连并通过由监控所述隔室内部的压力来操纵填充过程，而将真空容积填充生态高效气体或气体混合物。
13.一种生态高效的绝缘气体填充开关柜的中压隔室或高压隔室的用途，其中所述生态高效的绝缘气体填充所述开关柜是在开关柜的初始生产时、或者改装而更换绝缘气体时，
其特征在于，
所述生态高效的绝缘气体在含氟酮和/或含氟腈的组中。
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