具有低環(huán)境影響和混合絕緣的中壓或高壓電氣設備的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及中壓或高壓設備中、尤其是高壓設備中的電絕緣和消電弧的領域。
[0002] 更特別地，本發(fā)明涉及對中壓或高壓設備中具有低環(huán)境影響的混合絕緣的使用， 中壓或高壓設備基于氣體介質(zhì)的組合，該氣體介質(zhì)包括與氮、氧、二氧化碳或空氣等中性 氣體或者上述氣體的混合物相混合的七氟異丁腈（heptafluoroisobutyronitriIe)，該 組合被用作用于電絕緣和/或用于消電弧的氣體以及用于低介電常數(shù)（permittivit6 di6lectrique)的固體絕緣，該固體絕緣被用在承受電場的導電部分上的小厚度或大厚度 的層，該電場大于沒有固體絕緣的系統(tǒng)的擊穿電場。因為絕緣層的厚度是電場的利用因數(shù) η的函數(shù)，該利用因數(shù)被定義為平均電場（U/d)與最大電場Emax之比（n = U/(Emax*d))， 所以該層對于接近〇. 3的利用因數(shù)是厚的，而對于接近0. 9的利用因數(shù)是薄的。
[0003] 本發(fā)明還涉及中壓或高壓設備，其中，由氣體介質(zhì)完成電消弧，該氣體介質(zhì)包括與 氮、氧、二氧化碳或空氣等中性氣體或者上述氣體的混合物相混合的七氟異丁腈，并且電絕 緣由相同氣體與低介電常數(shù)的固體絕緣相組合來提供，該固體絕緣被用在承受電場的導電 部件上的小厚度或大厚度的層，該電場大于沒有固體絕緣的系統(tǒng)的擊穿電場。尤其是，該設 備可以是諸如功率變壓器或測量變壓器之類的變壓器、用于輸送或分配電力的氣體絕緣傳 輸線（GIL)、一組母線、甚至是電連接器/切斷器（也被稱為開關裝置），諸如斷路器、開關、 將開關與熔絲組合的單元、切斷器、接地開關或者接觸器。
【背景技術(shù)】
[0004] 在中壓或高壓變電站設備中，電絕緣以及必要時的消電弧通常由限制在所述設備 內(nèi)部的氣體來實現(xiàn)。
[0005] 當前，在該類型設備中使用最廣泛的氣體為六氟化硫（SF6)。實際上，該氣體具有 相對較高的介電強度、良好的熱傳導性、以及低介電損失。該氣體是化學惰性的、對人類和 動物無毒、并且在被電弧分離之后快速且近乎完全再結(jié)合。另外，該氣體是非易燃的，并且 氣體的價格依然適度。
[0006] 然而，SF6中的主要不足是具有22200的全球變暖潛勢（Potentiel de R6chauffement Global，PRG 或者 Global Warming potential，GWP)(相對于(1)2的超過 100 年），并且在大氣中存留超過3200年的時長，并且這將SF6置于具有強全球變暖能力的氣體 中。3? 6因而包括在京都議定書（1997)的需要限制排放的氣體列表中。
[0007] 限制SF6排放的最佳方式在于限制所述氣體的使用，這促使制造商找尋SF 6的替代 品。
[0008] 諸如空氣或氮氣之類對環(huán)境不具有負面影響的"簡單"氣體具有遠低于SF6的介電 強度。因此，例如，空氣和氮氣的交變電流（AC) (50赫茲（Hz))介電強度基本上為SF6的三 分之一。
[0009] 因此，將這些"簡單"氣體用于中壓或高壓設備中的電絕緣和/或消電弧可能要求 大幅增加所述設備的容積和/或填充壓強，這與過去數(shù)十年開發(fā)緊湊、對工作人員安全、并 且越來越小的設備的努力相背。
[0010] SF6和氮氣的混合物被用來限制SF 6對環(huán)境的影響。添加10%至20%體積的SF 6 使得可以顯著提高氮氣的介電強度。
[0011] 然而，作為SF6的高PRG的結(jié)果，這些混合物的PRG依舊非常高。因此，例如，體積 比為10/90的SF6和氮氣的混合物具有等于SF 6的59 %的AC (50Hz)介電強度，但是其PRG 為 8650。
[0012] 這樣的混合物因而不應當被當作具有低環(huán)境影響的氣體。
[0013] 這同樣適用于公開號0131922[1]的歐洲專利申請中所述的混合物，該混合物包 括摩爾百分比為大約60至99. 5的SF6W及摩爾百分比為大約0. 5至40的飽和碳氟化合 物，該碳氟化合物尤其從C2F5CN、CBrClFjP c-C 4F8中選擇。
[0014] 全氟碳化物（CnF2n+2和C-C4F 8)通常具有有利的介電強度特性，但是其PRG通常處 于 5000 至 10000 的范圍內(nèi)（CF4S 6500, C 3F8和 C J1。為 7000, C 4F8為 8700, C 2F6為 9200)。
[0015] 應當注意的是，美國專利申請?zhí)?547316[2]旨在提供一種用于電氣設備的絕緣 氣體混合物，該絕緣氣體混合物相比于C 2F5CN還具有可觀的絕緣特性以及對于人類和動物 的適度毒性。因此，所提出的氣體混合物包括C 2F5CN和亞硝酸烷基酯，亞硝酸烷基酯更特別 地選自亞硝酸甲酯、亞硝酸乙酯、亞硝酸丙酯、亞硝酸丁酯和亞硝酸戊酯。這樣的混合物進 一步可以包括SF 6。然而，關于該混合物的絕緣特性的信息幾乎未被提及。
[0016] 國際申請WO 2008/073790[3]說明了被用于中壓或高壓設備中的電絕緣和消電 弧領域的大量其他介電氣體。
[0017] 從PRG和介電特點的角度來看，存在其他有希望的替代品，諸如三氟碘甲烷 (CF3I)。CF 3I具有大于SF6的介電強度，并且其適用于均勻場和非均勻場，因為其具有 小于5的PRG以及在大氣中的逗留時長為0.005年。不幸的是，CF 3I除了昂貴之外，還 具有在3至4百萬分率（part per million，ppm)范圍內(nèi)的平均職業(yè)接觸限制（valeur moyenne d' exposition，VME)并且被分類在致癌、誘變和毒性（canc6rig6nes，mutag6nes et reprotoxiques，CMR)種類3中，因而無法用于工業(yè)規(guī)模中。
[0018] 國際申請WO 2012/080246[4]說明了將與空氣混合的一種（或更多）單氟酮用作 具有低環(huán)境影響的電絕緣和/或消電弧應用。因為所提出的流體具有高沸點，即單氟酮C6 為49°C且單氟酮C5為23°C，這些流體在中壓和高壓設備的常用最小壓強下液態(tài)以及使用 溫度下為液態(tài)，因此迫使發(fā)明人添加系統(tǒng)以用于蒸發(fā)流體相或用于加熱設備的外部，從而 將設備的溫度維持在單氟酮的液化溫度以上。該外部蒸發(fā)系統(tǒng)以及尤其是加熱系統(tǒng)使得設 備的設計變得復雜，降低了電源切斷情況下的可靠性，并且在設備的使用壽命期間產(chǎn)生可 以達到一百兆瓦時的額外電力消耗，并且這違背了降低設備的環(huán)境影響并尤其減少碳排放 的目的。從低溫下的可靠性的角度看，當電力供應在低溫下被切斷時，單氟酮的氣相發(fā)生液 化由此大幅降低了氣體混合物中單氟酮的濃度并因此降低了設備的絕緣能力，該設備因而 無法承受在存儲電力的情況下的電壓。
[0019] 還提出使用將氣體絕緣（例如，干燥空氣、氮氣、或CO2)和固體絕緣相關聯(lián)的混合 絕緣系統(tǒng)。如公開號為1724802[5]的歐洲專利申請中所述，例如，該固體絕緣在于使用環(huán) 氧樹脂的樹脂或類似類型的樹脂覆蓋具有強電場梯度的帶電部件，并且該樹脂使得可以降 低帶電部件所承受的電場。
[0020] 然而，所獲得的絕緣因此與SF6提供的絕緣不等價，并且這些混合系統(tǒng)的使用要求 相對于可能使用SF 6絕緣所需的體積增大設備的體積。
[0021] 關于在沒有SF6的情況下分斷（coupure)電弧存在不同的技術(shù)方案：油中的分斷、 環(huán)境空氣中的分斷、借助于真空斷路器的分斷。然而，具有油分斷的設備的主要不足在于在 未分斷或內(nèi)部故障的情況下爆炸。電弧在環(huán)境空氣中熄滅的設備通常具有大尺寸、高成本 并且對環(huán)境（濕度、污染）敏感，然而，具有真空斷路器的設備、尤其是開關切斷器類型的設 備非常昂貴，并且結(jié)果是，在大于72. 5kV的高壓領域市場上并不非常普遍。
[0022] 鑒于以上內(nèi)容，發(fā)明人因而通常設法找到替代