[发明专利]用于中高压电气开关设备的电气绝缘系统

说明书

发明领域

本发明属于中高压电气开关设备中使用的电气绝缘系统的领域。更具体地，本发明涉及一种电气绝缘系统，该电气绝缘系统包括两种基本元素：a)气体介质，该气体介质由具有4至12个碳原子的一种或多种高氟化氟酮，除该氟酮以外的在0℃具有大于500毫巴且小于15000毫巴的蒸气压的至少另一种附加介电气体，以及一种或多种载体气体形成；b)分子筛，与存在于该系统的气体介质中的载体气体的分子相对，该分子筛能够优选地吸附水分子。本发明还涉及电气绝缘系统的用途以及包括完整外壳的中高压电气开关设备，在该外壳中设置有带电电气部件和根据本发明的电气绝缘系统。

背景技术

通常，通过利用引入密封的完整外壳中的介电气体来确保中高压设备中的电气绝缘，在该密封的完整外壳中设置有电气设备的带电部件。

近年来使用最广泛的介电气体是SF₆，因为它具有优良的介电性能，除了其他众多附加优点，它还对人体无毒。然而，由于这种气体具有高全球变暖潜势(GWP＝22800)，所以对环境会有巨大的影响。

因此，近年来一直在寻找能替代此类设备中的这种气体的替代方案。具有良好介电性能的各种气体一直被看作是SF₆的替代品，但是由于某种原因(不可接受的毒性，高全球变暖潜势等)，它们最终均未被利用。

同样，在此类设备中仅使用空气、N₂、O₂或CO₂等环境更为友好型气体作为介电介质，会使给定电压等级的此类设备的尺寸显著增加，因为相对于SF₆，这些气体的介电强度较低。这种情况下，另一选择是增加设备填充压力，使其值超过使用SF₆(约1300毫巴)时的值，但这将涉及调节设计，以满足针对压力超过1500毫巴的容器的各种实施中的国家规定，后续的设备成本就会增加。

氟酮是具有前景的替代品，不仅因为其具有良好的介电强度，而且因为有些氟酮对人体无毒，并且对环境的影响也远远低于SF₆气体。事实上，专利文件WO2010/146022或WO2010142346描述了中高压装置中的用于电气绝缘的氟酮的用途。WO2012160158和WO2012160155等其它专利文件描述了氟酮与CO₂、N₂、O₂、空气或其混合物等载体气体的混合物。

另一具有前景的替代品是氟化氰或氟氰，其同样具有良好的介电强度。专利文件WO2013/151741描述了电气设备中作为介电流体的两种氟氰的用途。

对气体绝缘系统的介电容量具有不利影响的另一个问题是用于制造开关设备本身的一些电气部件的材料中存在水分子。水可能出现在绝缘气体所在的开关设备的密封的完整外壳中，因为用于制造电气部件的聚酰胺等某些热塑性材料中可能含有水。例如，对于聚酰胺，其内部可以吸收的水的重量在4.5％至7.5％之间。

气体介质中水的存在会降低其介电性能，因此必须避免水的存在。

电气开关设备中已经使用干燥剂和分子筛来解决水存在的问题。分子筛是具有尺寸精确、均匀的微孔的材料，它被用作气体和液体的吸附剂。那些小到足以穿过孔的分子被吸附，而较大的分子则不被吸附。与过滤器不同，该过程在分子级别上起作用。例如，水分子足够小就可以通过分子筛，而其他较大的分子则不能通过。

在SF₆气体作为唯一绝缘气体的绝缘系统中，通过分子筛分离水相对简单，因为SF₆分子的尺寸明显大于水分子的尺寸，因此分子尺寸的选择并不是大问题。然而，在气体绝缘系统中，如果与绝缘剂氟酮或氟氰一起的分子具有与水分子相当的尺寸，例如N₂、CO₂、干空气等载体气体，这种问题则不容易解决。在这种介电绝缘剂中，作为载体(CO₂、N₂、空气、O₂等)的气体，其分子尺寸与水分子相近，因此分子筛可能会吸附这些气体中的一部分，代替吸附水分子。

因此，需要开发用于具有合适介电强度(与SF₆相似)的中高压开关设备的气体介电绝缘系统，其对人体无毒，对环境影响极小，其绝缘能力不会受到电气开关设备的完整外壳内的可能存在的水的影响，在该外壳中设置有与介电气体绝缘的电气部件。

发明目的