具有低环境影响和混合绝缘的中压或高压电气设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及中压或高压设备中、尤其是高压设备中的电绝缘和消电弧的领域。
[0002] 更特别地，本发明涉及对中压或高压设备中具有低环境影响的混合绝缘的使用， 中压或高压设备基于气体介质的组合，该气体介质包括与氮、氧、二氧化碳或空气等中性 气体或者上述气体的混合物相混合的七氟异丁腈（heptafluoroisobutyronitriIe)，该 组合被用作用于电绝缘和/或用于消电弧的气体以及用于低介电常数（permittivit6 di6lectrique)的固体绝缘，该固体绝缘被用在承受电场的导电部分上的小厚度或大厚度 的层，该电场大于没有固体绝缘的系统的击穿电场。因为绝缘层的厚度是电场的利用因数 η的函数，该利用因数被定义为平均电场（U/d)与最大电场Emax之比（n = U/(Emax*d))， 所以该层对于接近〇. 3的利用因数是厚的，而对于接近0. 9的利用因数是薄的。
[0003] 本发明还涉及中压或高压设备，其中，由气体介质完成电消弧，该气体介质包括与 氮、氧、二氧化碳或空气等中性气体或者上述气体的混合物相混合的七氟异丁腈，并且电绝 缘由相同气体与低介电常数的固体绝缘相组合来提供，该固体绝缘被用在承受电场的导电 部件上的小厚度或大厚度的层，该电场大于没有固体绝缘的系统的击穿电场。尤其是，该设 备可以是诸如功率变压器或测量变压器之类的变压器、用于输送或分配电力的气体绝缘传 输线（GIL)、一组母线、甚至是电连接器/切断器（也被称为开关装置），诸如断路器、开关、 将开关与熔丝组合的单元、切断器、接地开关或者接触器。
【背景技术】
[0004] 在中压或高压变电站设备中，电绝缘以及必要时的消电弧通常由限制在所述设备 内部的气体来实现。
[0005] 当前，在该类型设备中使用最广泛的气体为六氟化硫（SF6)。实际上，该气体具有 相对较高的介电强度、良好的热传导性、以及低介电损失。该气体是化学惰性的、对人类和 动物无毒、并且在被电弧分离之后快速且近乎完全再结合。另外，该气体是非易燃的，并且 气体的价格依然适度。
[0006] 然而，SF6中的主要不足是具有22200的全球变暖潜势（Potentiel de R6chauffement Global，PRG 或者 Global Warming potential，GWP)(相对于(1)2的超过 100 年），并且在大气中存留超过3200年的时长，并且这将SF6置于具有强全球变暖能力的气体 中。3? 6因而包括在京都议定书（1997)的需要限制排放的气体列表中。
[0007] 限制SF6排放的最佳方式在于限制所述气体的使用，这促使制造商找寻SF 6的替代 品。
[0008] 诸如空气或氮气之类对环境不具有负面影响的"简单"气体具有远低于SF6的介电 强度。因此，例如，空气和氮气的交变电流（AC) (50赫兹（Hz))介电强度基本上为SF6的三 分之一。
[0009] 因此，将这些"简单"气体用于中压或高压设备中的电绝缘和/或消电弧可能要求 大幅增加所述设备的容积和/或填充压强，这与过去数十年开发紧凑、对工作人员安全、并 且越来越小的设备的努力相背。
[0010] SF6和氮气的混合物被用来限制SF 6对环境的影响。添加10%至20%体积的SF 6 使得可以显著提高氮气的介电强度。
[0011] 然而，作为SF6的高PRG的结果，这些混合物的PRG依旧非常高。因此，例如，体积 比为10/90的SF6和氮气的混合物具有等于SF 6的59 %的AC (50Hz)介电强度，但是其PRG 为 8650。
[0012] 这样的混合物因而不应当被当作具有低环境影响的气体。
[0013] 这同样适用于公开号0131922[1]的欧洲专利申请中所述的混合物，该混合物包 括摩尔百分比为大约60至99. 5的SF6W及摩尔百分比为大约0. 5至40的饱和碳氟化合 物，该碳氟化合物尤其从C2F5CN、CBrClFjP c-C 4F8中选择。
[0014] 全氟碳化物（CnF2n+2和C-C4F 8)通常具有有利的介电强度特性，但是其PRG通常处 于 5000 至 10000 的范围内（CF4S 6500, C 3F8和 C J1。为 7000, C 4F8为 8700, C 2F6为 9200)。
[0015] 应当注意的是，美国专利申请号4547316[2]旨在提供一种用于电气设备的绝缘 气体混合物，该绝缘气体混合物相比于C 2F5CN还具有可观的绝缘特性以及对于人类和动物 的适度毒性。因此，所提出的气体混合物包括C 2F5CN和亚硝酸烷基酯，亚硝酸烷基酯更特别 地选自亚硝酸甲酯、亚硝酸乙酯、亚硝酸丙酯、亚硝酸丁酯和亚硝酸戊酯。这样的混合物进 一步可以包括SF 6。然而，关于该混合物的绝缘特性的信息几乎未被提及。
[0016] 国际申请WO 2008/073790[3]说明了被用于中压或高压设备中的电绝缘和消电 弧领域的大量其他介电气体。
[0017] 从PRG和介电特点的角度来看，存在其他有希望的替代品，诸如三氟碘甲烷 (CF3I)。CF 3I具有大于SF6的介电强度，并且其适用于均匀场和非均匀场，因为其具有 小于5的PRG以及在大气中的逗留时长为0.005年。不幸的是，CF 3I除了昂贵之外，还 具有在3至4百万分率（part per million，ppm)范围内的平均职业接触限制（valeur moyenne d' exposition，VME)并且被分类在致癌、诱变和毒性（canc6rig6nes，mutag6nes et reprotoxiques，CMR)种类3中，因而无法用于工业规模中。
[0018] 国际申请WO 2012/080246[4]说明了将与空气混合的一种（或更多）单氟酮用作 具有低环境影响的电绝缘和/或消电弧应用。因为所提出的流体具有高沸点，即单氟酮C6 为49°C且单氟酮C5为23°C，这些流体在中压和高压设备的常用最小压强下液态以及使用 温度下为液态，因此迫使发明人添加系统以用于蒸发流体相或用于加热设备的外部，从而 将设备的温度维持在单氟酮的液化温度以上。该外部蒸发系统以及尤其是加热系统使得设 备的设计变得复杂，降低了电源切断情况下的可靠性，并且在设备的使用寿命期间产生可 以达到一百兆瓦时的额外电力消耗，并且这违背了降低设备的环境影响并尤其减少碳排放 的目的。从低温下的可靠性的角度看，当电力供应在低温下被切断时，单氟酮的气相发生液 化由此大幅降低了气体混合物中单氟酮的浓度并因此降低了设备的绝缘能力，该设备因而 无法承受在存储电力的情况下的电压。
[0019] 还提出使用将气体绝缘（例如，干燥空气、氮气、或CO2)和固体绝缘相关联的混合 绝缘系统。如公开号为1724802[5]的欧洲专利申请中所述，例如，该固体绝缘在于使用环 氧树脂的树脂或类似类型的树脂覆盖具有强电场梯度的带电部件，并且该树脂使得可以降 低带电部件所承受的电场。
[0020] 然而，所获得的绝缘因此与SF6提供的绝缘不等价，并且这些混合系统的使用要求 相对于可能使用SF 6绝缘所需的体积增大设备的体积。
[0021] 关于在没有SF6的情况下分断（coupure)电弧存在不同的技术方案：油中的分断、 环境空气中的分断、借助于真空断路器的分断。然而，具有油分断的设备的主要不足在于在 未分断或内部故障的情况下爆炸。电弧在环境空气中熄灭的设备通常具有大尺寸、高成本 并且对环境（湿度、污染）敏感，然而，具有真空断路器的设备、尤其是开关切断器类型的设 备非常昂贵，并且结果是，在大于72. 5kV的高压领域市场上并不非常普遍。
[0022] 鉴于以上内容，发明人因而通常设法找到替代