具有改进的电绝缘和电弧的熄灭的电气设备以及相关的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在电气设备中，特别是在所谓的"中压"电气设备中，电绝缘和电弧熄 灭的领域。
[0002] 更精确地，本发明涉及配置有密封的外壳的电气设备，所述外壳含有气体介质作 为用于电绝缘和使可能在其中形成的电弧熄灭的介质。
[0003] 该电气设备可特别是变压器，例如供电变压器或仪器变压器、用于输送或分配电 的气体绝缘管线、母线或甚至连接/切断电气设备(也称为开关装置），例如电流断路器、ON-OFF开关、ON-OFF开关-保险丝组合、分离开关、接地分离开关或接触器。
[0004] 本发明还涉及用于改进电气设备的电绝缘的方法。
【背景技术】
[0005] 在电气设备中，且特别是在中压电气设备中，电绝缘和使可能形成的电弧熄灭通 常通过限制在这些电气设备中的气体介质提供。该气体介质更特别是限制在密封的外壳 中，在该密封的外壳中还坐落至少一个电绝缘部件和电气部件。
[0006]在前述和以下，短语"中压"以其通常的含义使用，即短语"中压"指的是在交流电 源中高于或等于I，000V和在直流电源中达I，500V但是在交流电源中不超过52，000V和在直 流电源中不超过75,000V的电压。
[0007] 目前，最常用于这种类型的电气设备的气体介质为六氟化硫SF6,由于该气体异常 的物理性质，由此因分子的电负性以及适当的导热性，具有相对高的介电强度。另一方面， 该气体具有良好的化学稳定性，此外，无毒。
[0008] 然而，SF6主要的缺点是其为非常强的温室效应气体。实际上，SF6的全球变暖潜能 值(GWP)为22800:通过比较，Ikg的SF 6与22.8吨C〇2对温室效应具有相同的影响。
[0009] 因此，虽然在紧凑性、可靠性、寿命安全或甚至使用期限方面SF6电气设备当今总 体上满足行业要求，但是出于明显的环境原因，必须限制这样的气体在电气设备中的施 行，在中短期明确规定禁止其施行将是可能的。
[0010] 为了限制施行SF6并预见准备其可能的禁用，已提议用不同的气体代替SF6,这些气 体具有良好的电绝缘和电弧熄灭的性质，对环境具有低或零影响，并且在另一方面无毒。 [0011] 在SF6的备选中，文献US 2014/0190726(在本说明书下文中称为[1])提议使用包 含氟酮和稀释气体的混合物作为气体介质，其中氟酮以预定的摩尔比存在于混合物中。
[0012] 更特别是，在文献[1]中，施行的氟酮为十氟-2-甲基丁-3-酮，其具有分子式 C5F1Q0,并且通常以缩写"C5K"命名。稀释气体可进而选自空气、氮气、一氧化二氮、二氧化 碳、体积比在90/10-97/3范围的二氧化碳和氧气混合物，和这些不同气体的混合物。
[0013] 施行在文献[1 ]中描述的混合物，特别是C5K-空气混合物，能够使介电强度值达到 与SF6提供的相当，因此构成用于电绝缘和使可能形成的电弧熄灭的气体介质，这是相当令 人满意的。
[0014] 然而，相对于施行SF6所得到的，观察到施行诸如在文献[1]中教导的气体介质，弓丨 起在密封的外壳中布置的电绝缘部件的表面介电耐受性降低。该表面介电耐受性的降低导 致电弧以比施行SF6时所得到的低的电位差值沿所述电绝缘部件的表面顺着电弧径迹 (tracking path)传播。
[0015] 为了克服电绝缘部件的表面介电耐受性的这种降低，并因此达到相应电气设备的 电绝缘值(与SF6提供的那些相当），一种解决方案是提高这些电气设备的不同的组成零件 的尺寸。
[0016] 然而，这样的尺寸提高将很快导致设计大体积电气设备，其成本将会高昂得令人 难以承受的。此外，这样的方案将与近几十年来发展体积日益降低的小型电气设备的努力 背道而驰。
[0017] 因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，并且提供电气设备，特别是中压电气 设备，其具有电绝缘和使可能形成的电弧熄灭的性质，与SF6电气设备提供的那些性质相 当，而没有施行该SF 6时对于环境要求的缺点。
[0018] 在不存在所述电气设备尺寸的任何显著提高下，或者甚至通过迄今为止可用于制 造这些电气设备的零件制造时，本发明的电气设备应更特别地具有电绝缘部件与SF 6电气 设备的表面介电耐受性相当的表面介电耐受性。
[0019] 本发明的另一个目的是提供一种电气设备，其不局限于施行能够使得电绝缘值 与SF6能达到的那些相当的气体介质。这样的电气设备应具有改进的电绝缘部件的表面介 电耐受性，同时施行迄今为止用作电绝缘和使可能形成的电弧熄灭的介质的其它已知的气 体介质。如前所述，这样的电气设备性能的这种改进应在不存在所述电气设备尺寸的任何 显著提高下得到，该电气设备有利地通过迄今为止可用于制造这些电气设备的零件制造。
[0020] 本发明的另一个目的是提供一种电气设备，其不仅局限于以上定义的中压领域， 而是还可在该中压领域以外施行，特别是在低压领域施行，短语"低压"指的是在交流电源 中低于I，000V和在直流电源中低于I，500V的电压。
【发明内容】
[0021] 首先，这些目的以及其它目的通过前述类型的电气设备实现，也就是包含密封的 外壳的电气设备，其中安置至少一个电绝缘部件、电气部件，以及提供电绝缘和使可能在该 密封的外壳内形成的电弧熄灭的气体介质。
[0022] 根据本发明，所述至少一个电绝缘部件的表面涂布有由氟原子组成的连续层。
[0023] 实际上，本发明人出乎意料和惊讶地注意到，相对于其表面没有由氟原子组成的 连续层的参比电绝缘部件，当相同的表面涂布有由氟原子组成的连续层时，电绝缘部件的 表面介电耐受性得到改进，其中相应的电气设备的所有组成部分具有相同的尺寸。表面介 电耐受性的这种改进是显著的，并且相对于对参比电气设备所测得的表面介电耐受性，估 计可改进至少10%，有利地改进至少15%，优选，改进至少20%。
[0024] 除了该电绝缘部件的表面介电耐受性的这种改进(其能够使电弧径迹局限在所述 表面)之外，也增加了在实际的电弧切断方面的显著改进。实际上，当在其涂布有由氟原子 组成的连续层的表面接触电弧后，电绝缘部件将释放氟原子。这些氟原子随后吸收该电弧 的部分能量，因此，有助于所述电弧的熄灭。
[0025] 如上所示，本发明的电气设备包含至少一个电绝缘部件，其表面涂布有由氟原子 组成的连续层。
[0026] 由于电气设备通常包含若干电绝缘部件，可预期这些电绝缘部件中仅一个的表面 涂布有该由氟原子组成的连续层。有利地，此单一电绝缘部件为最可能沿其表面顺着电弧 径迹传播电弧的电绝缘部件，特别是由于其接近可能形成所述电弧的区域。
[0027] 但是，还可预期电气设备的两个、三个或甚至更多个电绝缘部件或甚至电气设备 的所有电绝缘部件的相应的表面涂布有由氟原子组成的连续层。
[0028] 众多材料可预期用于制备电绝缘部件。该(这些）电绝缘部件可特别地由包含至少 一种选自热固性聚合物、热塑性聚合物和弹性体的聚合物的材料制成，该聚合物可为单独 的或在作为混杂物的混合物中。
[0029] 在本发明的第一可选方案中，当电绝缘部件的材料的聚合物为热固性聚合物时， 该聚合物可选自聚环氧化物、不饱和聚酯和聚氨酯。
[0030] 在本发明的第二可选方案中，当电绝缘部件的材料的聚合物为热塑性聚合物时， 该聚合物可选自线性聚酯、聚酰胺(PA)