[发明专利]封装式开关设备

说明书

本申请是以下申请的分案申请：申请日：2009年9月29日；申请号：2009801599506 (PCT/EP2009/062640)；发明名称：“封装式开关设备”。

本发明涉及根据权利要求1的封装式开关设备、根据权利要求15的用于提供封装式开关设备的方法和根据权利要求18的具有高于-25℃的沸点的介电化合物在用于封装式开关设备、特别是中压封装式开关设备的绝缘介质中的用途。

在中压或高压封装式开关设备中，电气有源元件布置在限定绝缘空间的气密外壳中，所述绝缘空间通常包含绝缘气体且将外壳与电气有源元件间隔开而不让电流穿过。因此，与仅由周围空气绝缘的开关设备相比，金属封装式开关设备构造更加节省空间。

对于常规封装开关设备，使用包含具有低于-25℃的沸点的介电化合物的绝缘气体以防止在完整操作温度范围冷凝。绝缘气体的所需压力和/或在所述绝缘气体中所包含的介电化合物的量由气体压力测量(有或没有温度补偿)或直接密度测量决定。

用于气体压力测量的设备通常相对复杂且昂贵。

另外，通常需要绝缘气体具有略微过压，在中压开关设备中，该过压常为约100毫巴-约500毫巴，以允许在开关设备的绝缘空间中的精确压力测量。由于该过压，开关设备的外壳可经受机械应力，且因此如果不采用适当技术措施，其易于泄漏气体。

然而，对于当前使用的开关设备的气密性的要求非常严格，因为具有高绝缘和消弧性能的常规绝缘气体在释放到大气中时具有一些环境影响，且特别是具有相对较高的全球变暖潜能(GWP)。

为此，开关设备的外壳即使在以上提到的过压情况下也必须非常坚固。

同样，为了允许在外壳内部进行修理工作，需要在打开外壳之前将其抽空且然后在可重新起动开关设备的操作之前再次引入绝缘气体的设备。

开关设备外壳的构造因此相对复杂，除了昂贵的气体压力测量设备之外，其还归于常规开关设备的相对较高的成本。

关于开关设备对环境的潜在影响和对于外壳的相应构造需要，过去已经尝试用合适的代替物来替代常规绝缘气体。

例如，WO 2008/073790公开了一种介电气态化合物，除了其他特性以外，其还具有在约-20℃至约-273℃范围内的沸点，其具有低臭氧消耗、优选无臭氧消耗且其具有小于约22,200的GWP。具体地讲，WO 2008/073790公开了不落入一般化学定义的许多不同化合物。

此外，EP-A-0670294公开了全氟丙烷作为介电气体的用途且EP-A-1933432涉及三氟碘甲烷(CF₃I)及其在气体绝缘的开关设备中用作绝缘气体的用途。

与标准绝缘介质相比，为了改善击穿场强，US-A-4175048提出包含选自全氟环己烯和六氟偶氮甲烷的化合物的气态绝缘体。

然而，在封装式开关设备中使用根据以上给出文献的化合物需要如上指出的复杂的气体压力测量措施。并且，如果大量绝缘气体从外壳中泄漏，用于建立足够绝缘性质的反应时间常相对较久。在这种情况下，必须理解拆开面板以防止损坏开关设备。

本发明的目标因此在于提供可以环境友好的方式操作且同时通过满足最高安全性要求允许非常简单且成本有效的设计的封装式开关设备。

该目标由权利要求1的主题实现。本发明的优选实施方案在从属权利要求中限定。

根据本发明的术语“封装式开关设备”包括空气绝缘或气体绝缘的金属(或其他)封装式开关设备。

在本发明的上下文中使用的术语“电气有源元件”被解释为广泛包括导体、导线布置、开关、导电部件等。

由于在绝缘介质中所包含的介电化合物包括具有高于-25℃的沸点的化合物的特征，本发明允许建立两相体系。所述体系包含在操作条件下包含所述介电化合物的气态部分的绝缘气体。该气态部分与所述介电化合物的液态部分平衡。由此，液态部分充当介电化合物的贮库，其在极低气体分压下进入气相。

本发明基于以下发现：通过适当选择介电化合物可实现介电化合物在这种两相体系的绝缘气体中的一定浓度，其对于封装开关设备的大部分应用且特别是对于中压封装开关设备来说足够。

鉴于此，特别优选具有相对较高蒸气压的介电化合物。这类介电化合物的实例将在下文详细描述。

如果绝缘气体从外壳中泄漏，则气相与液相之间的平衡(且因此介电化合物在绝缘气体中的所需要浓度)得以维持或容易地重新建立。因此，即使外壳泄漏，也维持所需要的绝缘性能。因此，不需要立即中断操作，这使得开关设备非常安全。