具有气体通道系统的气体绝缘电气设备及其操作方法

具有气体通道系统的气体绝缘电气设备及其操作方法
【专利摘要】本公开涉及具有气体通道系统的气体绝缘电气设备及其操作方法。气体绝缘电气设备(1)包括：壳体(10)；高压组件(20)，设置在壳体(10)中，并且适合于施加高电压；以及气体通道系统(30)，具有与壳体(10)进行气体流通的气体通道(31)、通道入口(32)和通道出口(34)。壳体(10)和气体通道系统(30)形成其中包含绝缘气体的气体包含容积，并且限定闭环，从而允许绝缘气体通过壳体(10)和气体通道系统(30)沿闭环进行循环。
【专利说明】具有气体通道系统的气体绝缘电气设备及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体绝缘电气设备，具体是具有允许绝缘气体的循环的气体通道系统的气体绝缘高压配电或输电组件，例如汇流条、断路器、隔离开关或其它开关设备模块。
【背景技术】
[0002]在诸如高压断路器或断路器组件之类的气体绝缘电气设备中，绝缘气体因其介电性质而在避免电击穿方面以及还可能在熄灭断路操作期间的电弧方面起重要作用。因此，中压或高压金属封装开关设备中的电有效部件设置在气密室中，气密室以数巴的压强来封入绝缘气体，这将设备的该室与电有效部件电分离。换言之，绝缘气体不允许电流从电有效部件传递到该室。
[0003]为了执行其作为电介质以及可能作为灭弧气体的任务，气体需要具有某些操作参数，例如温度和压强。因此，为了保持电气设备的安全性和功能性，应当确保绝缘气体具有适当温度、压强和其它操作参数。
[0004]绝缘气体的温度控制的一个常见问题是操作期间生成的热量。这种热量在正常操作期间当断路器必须携带标称电流时生成，并且在高于标称电流的过电流的情况下更可能发生。热量通常不是均匀地生成，而是可在特别高电阻和/或高电流的点、例如在断路器或隔离开关的标称触点的接触点处形成热点。因此，标称电流负载下的温度分布通常及其不均匀。“热点”几乎达到最大容许温度(105°C)，而器皿中的其它区域只是完全适度地加热。
存在用于冷却高压装置的若干冷却方案。例如，JP 9163530 A描述其中提供冷却风扇的气体绝缘开关设备。该风扇通过流经容器中的导体的AC电流所引起的磁通量来旋转。冷却风扇的旋转允许容器中的温度得到平均。
[0005]常用介电绝缘气体是呈现优良绝缘和灭电弧能力的六氟化硫(SF6)。但是，SF6是温室效应的重要因素，并且因而具有高全球变暖潜能。因此，应当找到备选绝缘流体。已经认识到若干备选绝缘气体。这些备选中的一部分包括多组分流体混合物，即，它们包含一种以上分子或原子种类。另外，气体的一部分可具有液体冷凝部分。如本文所使用的术语“气体”并不排除这种液体冷凝部分的存在。
[0006]这类多组分气体混合物的介电击穿强度可比SF6更为敏感地与操作参数或者与更多操作参数相关。例如，重要操作参数能够是气体的混合物组分的浓度比。另外，操作参数在气体绝缘电气设备内部可能是空间不均匀的，并且具体来说可随时间而改变。因此，期望确保绝缘气体的操作参数特别是在电气设备的操作期间是适当的。

【发明内容】

[0007]鉴于以上所述，提供如独立权利要求所述的气体绝缘电气设备以及电气设备的操作方法。通过从属权利要求、描述和附图，能够与本文所述实施例相结合的其它优点、特征、方面和细节是显而易见的。[0008]按照第一方面，提供一种具体用于高压配电或输电的气体绝缘电气设备。该设备包括:壳体；高压组件，设置在壳体中，并且适合于施加高电压；以及气体通道系统，包括与壳体进行气体流通的气体通道、通道入口和通道出口。壳体和气体通道系统形成其中包含绝缘气体的气体包含容积，并且限定环路、具体是闭环，从而允许绝缘气体通过壳体和气体通道系统沿环路进行循环。
[0009]按照第二方面，提供一种操作气体绝缘电气设备、具体是高压配电或输电设备的方法。该电气设备包括:壳体；高压组件，设置在壳体中；气体通道系统，具有气体通道；以及壳体和气体通道系统中包含的绝缘气体。该方法包括将高电压施加到高压组件，并且迫使绝缘气体通过壳体和气体通道系统沿环路、具体是闭环进行循环。该设备可包括本文所述的任何附加元件，并且该方法可包括操作这些附加元件的任一个。
[0010]气体通道系统按照降低不均匀性的方式来允许壳体中的气体循环。因此，能够降低诸如温度、气体组分的混合物的浓度比或均匀性等的气体的操作参数的任何不均匀性。具体来说，能够避免气体混合物的不同气体组分的分层，和/或能够避免温度不均匀性。由于气体的均匀化操作参数，能够实现电气设备的更可靠操作。
[0011]在该设备的实施例中，绝缘气体至少包括第一和第二气体组分，其中第一气体组分形成载气，而第二气体组分包括较重分子，以及该电气设备还包括控制部件，该控制部件用于控制绝缘气体通过环路进行循环，使得在壳体中至少在电气设备的操作期间保持操作参数的预定均匀性、具体是第一气体组分与第二气体组分的预定浓度比。在一个具体实施例中，用于控制预定浓度比的部件可包括用于测量浓度比的部件。
[0012]在该操作方法的实施例中，绝缘气体至少包括第一气体组分和第二气体组分，其中第一气体组分形成载气，而第二气体组分包括较重分子，以及通过由壳体和气体通道系统所限定的环路进行循环的绝缘气体的流率进一步控制成使得在壳体中至少在电气设备的操作期间保持预定均匀性、具体是第一气体组分与第二气体组分的预定浓度比。在一个具体实施例中，预定浓度比的控制可包括测量浓度比。
[0013]因此，预定均匀性具体将包含壳体中的最小期望均匀性或者期望均匀性的范围，以及预定浓度比具体将包含壳体中的最小期望浓度比或者期望浓度比的范围。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]下面将参照附图来描述细节，附图包括
图1a至图1c是按照本发明的实施例的气体绝缘电气设备的示意截面侧视图，其中分别具有在电气设备的壳体外部延伸的气体通道；
图2a至图2c是按照本发明的其它实施例的气体绝缘电气设备的示意截面侧视图，其中分别具有在电气设备的壳体内部延伸的气体通道；
图3a和图3b是按照本发明的其它实施例的气体绝缘电气设备的示意截面侧视图，其中分别具有在电气设备的壳体外部延伸并且附连到壳体的气体通道；
图4a至图4d是按照本发明的其它实施例的气体绝缘电气设备的示意截面正视图；
图5是按照本发明的其它实施例的气体绝缘电气设备的示意截面正视图，该设备具有带三个壳体段的壳体；
图6和图7是按照本发明的其它实施例的相应气体绝缘电气设备的示意截面侧视图；以及
图8a至图8h是按照本发明的其它相应实施例的气体通道部分的示意截面侧视图。【具体实施方式】
[0015]现在将详细参照各个实施例，在各附图中示出它们的一个或多个示例。各示例作为说明来提供，而不是要作为限制。例如，作为一个实施例的一部分所示或所述的特征能够在任何其它实施例上使用或者与其结合使用，以便产生又一个实施例。预计本公开包括这类修改和变更。
[0016]在详细描述附图之前，描述本发明的另外某些(可选)方面。除非另加说明，否则这些方面的每个能够与任何其它方面相结合。
[0017]按照本发明的一个方面，气体绝缘电气设备能够是高压配电或输电设备，例如汇流条、断路器、隔离开关或者另外某个开关设备或开关设备模块。本文中，“高电压”表示IkV以上。具体来说，“高电压”表示10 kV或以上，更具体为52 kV或以上，例如52 kV至1100 kV，但是也可能是比1100 kV更高的电压。
[0018]按照另一方面，壳体和气体通道系统可形成其中包含绝缘气体的气密容积。在这里，除非指定特定绝缘气体，否则术语“其中包含绝缘气体”也能够表示如下事实:容积适合于并且预计其中包含绝缘气体，而实际上绝缘气体没有填充到容积中。另外，术语“绝缘气体”并不排除绝缘气体的液体冷凝部分的存在。
[0019]此外，在一个实施例中，术语“其中包含绝缘气体”可包括用于再填充、具体是用于在通过例如泄漏、分解、重组、电弧副产品的污染、任何其它分子改性、冷凝或其它过程引起的绝缘气体的损耗的情况下再填充的附加绝缘气体源。可通过例如由加热或超声或其它手段从包含浓缩绝缘气体的贮液器进行喷射或蒸发，或者通过从气体储备容积馈送例如加压或加热气体储备容积，来实现或支持这种再填充。但是，在另一个实施例中，术语“其中包含绝缘气体”还可排除用于再填充的附加绝缘气体源。在这两种情况下，用于气体循环的环路均被认为是闭环。
[0020]在一个实施例中，电气设备还可包括设置在气体通道内部和/或接触到气体通道的加热元件、又称作加热器。本文中，接触到气体通道表示加热元件设置成使得从加热元件到气体通道内部的大量热传递通过固体材料(不只是例如通过绝缘气体的气流)是可能的。通过用于从加热元件到通道的热传递的固体材料的路径长度可小于2 cm。加热元件可位于壳体外部或壳体内部，并且因而暴露于绝缘气体。按照另一方面，可与穿过高压组件的电流无关地向加热元件供电。
[0021]在实施例中，电气设备还可在安装时限定垂直方向，以及通道入口和通道出口可位于壳体的不同垂直高度。通常但不一定，电气设备在安装时的取向使得高压组件的轴线沿水平方向延伸。通道入口与通道出口之间的垂直距离具体来说可以是壳体的垂直高度(限定为壳体内部容积的最大垂直高度)的至少一半。
[0022]作为补充或替代，通道入口和通道出口可位于壳体的不同水平位置。通道入口与通道出口之间的水平距离具体来说可以是壳体的水平长度(限定为壳体内部容积的最大水平长度)的至少一半。
[0023]在实施例中，通道入口和通道出口可相互间隔开一定距离，即壳体沿通道入口与通道出口之间的方向、即平行于通道入口与通道出口之间所限定的线条的方向的线性延伸(最大线性延伸)E的至少一半。线性延伸表示在没有壳体壁的任何厚度的情况下壳体的内部容积。
[0024]在实施例中，气体通道系统可包括用于生成通过气体通道的绝缘气体的强制流的强制流发生器，该强制流发生器设置在气体通道中。强制流发生器可以是风扇。强制流发生器可作为对加热器的补充并且与加热器分开提供。按照另一方面，强制流发生器可设置在加热器下游。按照另一方面，强制流发生器可设置在加热器上游。在其它实施例中，没有这种主动强制流发生器，并且流动或循环通过对流来被动地实现。
[0025]在实施例中，通道可具有延长直径段。强制流发生器和加热器的至少一个可设置在延长直径段中和/或与其直接接触。按照另一方面，气体通道系统可包括气体过滤器、进气口、气压传感器、气体温度传感器、气体化学成分传感器和主动或被动气体冷却元件中的至少一个。
[0026]在实施例中，气体通道可至少部分或者甚至完全在壳体外部延伸，使得环状形式通过壳体和气体通道来形成，其中气体通道与壳体间隔开，如同手柄。按照一个备选方面，气体通道至少部分或者甚至完全在壳体中延伸或者在壳体外部延伸但是完全附连到壳体。
[0027]在实施例中，气体通道可由诸如聚合物基材料之类的柔性材料来制成，或者可至少包括一个或多个柔性部分。这允许气体通道用于若干壳体几何结构，并且可便于气体通道的安装。
[0028]在实施例中，壳体可包括相互可拆卸并且相互进行气体流通的多个壳体段。壳体段例如可经由气体通道系统、与气体通道系统无关地或者这两种方式相互进行气体流通。气体通道系统或者其部分可在壳体段的至少两个不同壳体段之间延伸。按照另一方面，壳体可包括多个壳体段，以及气体通道系统可包括多个气体通道。气体通道的每个可经由相应通道入口和相应通道出口来互连壳体段的两个相应壳体段，使得闭环交替穿过壳体段和气体通道。
[0029]在绝缘气体在设备的操作相关的温度范围中具有温度相关性质的情况下，和/或在绝缘气体是若干气体组分的混合物的情况下，气体通道系统特别有用。即，气体通道系统可促进壳体中的气体循环，其降低了气体组分的分层或其它不均匀性的风险。因此，按照另一方面，绝缘气体可至少包括第一和第二气体组分。第一和第二气体组分可具有不同比重和/或蒸发温度。
[0030]在实施例中，第一气体组分可从由氮、氧、二氧化碳、氧化氮、二氧化氮、氧化亚氮、氩、甲烷(具体是部分或完全卤化甲烷以及具体是四氟甲烷或三氟碘甲烷)、空气(具体是工艺用空气或合成空气)及其混合物所组成的组中选取。第二气体组分可从由六氟化硫、部分或完全氟化醚(具体是氢氟单醚、包含至少3个碳原子的氢氟单醚、全氟单醚或者包含至少4个碳原子的全氟单醚)、部分或完全氟化酮(具体是氢氟单酮、全氟单酮、包含至少5个碳原子的全氟单酮或者包含正好5个或正好6个或正好7个或正好8个碳原子的全氟单酮)及其混合物所组成的组中选取。取代碳原子的杂原子也可存在于其中。
[0031]在均于2011年12月13日提交的共同待决国际专利申请PCT/EP 2011/072510和PCT/EP 2011/072515中还描述了本发明对其特别有用的具体绝缘气体，通过引用将其内容完整地包含到本文中。因此，本文所述设备的绝缘气体可以是这个共同待决专利申请中所述的流体的任一种。
[0032]具体来说，绝缘气体可以是二组分或η组分气体，其中η>2。绝缘气体的组分可从由下列项所组成的组中选取:
-N2和六氟化硫，
-四氟甲烷和六氟化硫，
-空气和环和/或无环氟代戊酮，优选地为空气和环和/或无环全氟代戊酮，更优选地为空气和I, I, I, 3, 4, 4, 4-七氟-3-( 二氟甲基)丁 -2-酮，
-N2和环和/或无环氟代戊酮，优选地为N2和环和/或无环全氟代戊酮，更优选地为N2和 I, I, I, 3, 4, 4, 4-七氟-3-( 二氟甲基)丁 -2-酮，
-空气和环和/或无环氟代己酮，优选地为空气和环和/或无环全氟代己酮，更优选地为空气和I, I, I, 2，4，4，5，5，5-九氟_4_(三氟甲基)戊-3-酮，
-N2和环和/或无环氟代己酮，优选地为N2和环和/或无环全氟代己酮，更优选地为N2和 I, I, I, 2, 4, 4, 5, 5, 5-九氟-4-( 二氟甲基)戍-3-酮，
-空气和环和/或无环氟代庚酮，优选地为空气和环和/或无环全氟代庚酮，
-N2和环和/或无环氟代庚酮，优选地为N2和环和/或无环全氟代庚酮，
-CO2 和 I, I, 1，3，4，4，4-庚酮-3-(三氟甲基)丁 _2_ 酮，
-空气和一个或多个氢氟代醚，
-N2和一个或多个氢氟代醚，
-空气以及环和/或无环全氟代戊酮、环和/或无环全氟代己酮和/或环和/或无环全氟代庚酮的混合物，优选地为空气以及1，1，1，3，4，4，4-七氟-3-(三氟甲基)丁 -2-酮和1，I, 1，2，4，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)戊_3_酮的混合物，
-N2以及环和/或无环全氟代戊酮、环和/或无环全氟代己酮和/或环和/或无环全氟代庚酮的混合物，优选地为N2以及1，I, I, 3，4，4，4-七氟-3-(三氟甲基)丁 -2-酮和1，I, 1，2，4，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)戊_3_酮的混合物，
具体来说，第二组分群组可包括从由下列项所组成的组中选取的至少一个组分:-环和/或无环氟代戊酮，优选地为环和/或无环全氟代戊酮，更优选地为I, I, I, 3, 4, 4, 4-七氟-3-( 二氟甲基)丁 -2-酮，
-环和/或无环氟代己酮，优选地为环和/或无环全氟代己酮，更优选地为I, I, I, 2, 4, 4, 5, 5, 5-九氟-4-( 二氟甲基)戍-3-酮，
-环和/或无环氟代庚酮，优选地为环和/或无环全氟代庚酮，
-六氟化硫，以及 -氢氟代醚。
[0033]作为补充或替代，第一组分群组可包括:组分氮和氧，具有p(N2)/(P (02) +p (N2) )=0.7, P (02) / (p (02) +p (N2) )=0.3 与 p (N2) / (p (02) +p (N2)) =0.9、p (02) /(P (02)+p (N2)) =0.1之间的组分群组内相对分压；或者组分二氧化碳和氧，具有P (C02) /(P (02) +p (C02) )=0.7,P (02) / (p (02) +p (C02)) =0.3 与p (C02) / (p (02) +p (C02)) =0.9、p (02) /(P (02)+ p(C02))=0.1之间的组分群组内相对分压；或者组分二氧化碳和氮，具有p(C02)/(P (N2) +p (C02) )=0.K P (N2) / (p (N2) +p (C02)) =0.9 与 p (C02) / (p (N2) +p (C02) )=0.9,P (N2) / (P (N2) +p (C02)) =0.1之间的组分群组内相对分压。[0034]作为补充或替代，第二组分群组可包括从由下列项所组成的组中选取的组分的至少一个:在20°C的温度下具有0.1巴与0.5巴之间的分压的1，I, I, 3，4，4，4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮、在20°C的温度下具有0.01巴与0.3巴之间的分压的1，1，1，2，4，4，5，5，5-九氟-4-(三氟甲基)戊_3_酮、在20°C的温度下具有0.1巴与2巴之间的分压的六氟化硫以及在20°C的温度下具有0.2巴与I巴之间的分压的氢氟代醚。
[0035]作为补充或替代，第一组分群组A可包括具有p(N2)/(p(02)+p(N2))=0.75、P (02) / (p (02) +p (N2)) =0.25 与 p (N2) / (p (02) +p (N2)) =0.85、p (02) / (p (02) + p (N2) )=0.15之间的组分群组内相对分压的组分氮和氧；以及第二组分群组可包括在20°C的温度下具有0.25巴与0.3巴之间的分压的组分1，1，1，3，4，4，4-六氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮2以及具有0.02巴与0.2巴之间的分压的组分1，I, 1,2,4, 4，5，5，5-九氟_4_(三氟甲基)戊-3-酮。
[0036]按照另一方面，操作气体绝缘电气设备的方法可包括操作本文所述的任何设备。
[0037]下面将参照附图来描述电气设备、具体来说是壳体和绝缘气体通道的几何结构及其另外的细节。在附图的以下描述中，相同参考标号表示相同或相似组件。一般来说，仅描述关于单独实施例的差异。除非另加说明，否则一个实施例中的一部分或方面的描述也适用于另一个实施例中的对应部分或方面。
[0038]图1a是按照本发明的一个实施例的气体绝缘电气设备I的示意截面侧视图。设备I具有壳体10、高压组件20和通道系统30。壳体10和高压组件20仅示意示出，但是在下面更详细描述。关于这样的没有本文所公开的本发明的标准电气设备I的可能实施例的更多细节能够见于例如出版物“ABB Schaltanlagen-Handbuch” (由Hening Gremmel等人编著，第11版，第11.2章)。
[0039]虽然壳体10示为具有矩形截面形状，但是它可具有任何其它形状。壳体10的特别有利的形状是基本上圆柱形状，即，使得壳体至少具有大致(总共5%偏差)圆柱部分的形状。壳体10的主要部分由导体金属主体组成,但是壳体也可包括例如按照气密方式固定到金属主体的开口的绝缘元件、例如绝缘体。绝缘体可以是基本上圆盘形的。导体可通过绝缘体中的开口来设置。这个导体可连接到高压组件20，因而允许高压组件20通过绝缘体中的开口电连接到壳体10外部。
[0040]高压组件20通过上述绝缘体和/或通过设置在壳体中的其它支承绝缘体(例如以下所述的图6所示)稳定地保持在离壳体10的导电主体某个距离。由此，高压组件20与壳体10 (更具体来说，与壳体的金属主体)电绝缘，使得甚至当高电压(例如52 kV或以上)施加到高压组件20时也避免壳体10与高压组件10之间的电击穿。图1a中没有示出本文所述实施例的这些绝缘体、到高压组件20的电连接和其它细节。
[0041]按照一个实施例，设备I表示具有一对断路器触点(灭弧触点和标称触点)的断路器，该对触点共同地示意示为高压组件20。高压组件20的这些及其它细节未在图1中示出。在备选实施例中，设备I还可表示其它中压设备或高压设备，例如汇流条、隔离开关、接地开关、组合隔离开关和接地开关、断路器、高电流或发电机断路器、中压开关设备或者其任何模块、高压开关设备或者其任何模块、例如电压互感器或电流互感器等仪表互感器、电涌放电器等或者电力变压器、配电变压器等。
[0042]此外，设备I具有气体通道系统30，下面更详细描述。气体通道系统30具有与壳体10进行气体流通的气体通道31、通道入口 32和通道出口 34。由此，壳体10和气体通道系统30形成其中包含绝缘气体的包含气体的甚至气密的容积。绝缘气体的示例如上所述。
[0043]通道系统30和壳体10例如通过在通道入口 32和通道出口 34处的较窄截面能够相互加以区分。在一个非限制性示例中，截面直径可小于20 cm或者小于10 cm或者甚至小于5 cm。另外,截面直径可小于最大壳体直径的20%。通道系统30可以是从壳体10可拆卸的。
[0044]通道系统30连同壳体10 —起限定环路、具体是闭环，从而允许绝缘气体通过壳体10和气体通道系统30沿环路、具体是闭环进行循环。由此，在壳体10中实现绝缘气体的气体循环，使得能够有效降低绝缘气体的不均匀性。
[0045]气体循环能够由设置在气体通道31内部的功能元件36来增强。功能元件36可包括加热器、诸如风扇之类的用于生成通过气体通道31的绝缘气体的强制流的强制流发生器或者它们的组合。下面参照图8a至图8h来描述功能元件36及其布置的示例。
[0046]在图1a的实施例中，功能元件36设置在通道31的延长直径段中。但是，在一个备选实施例中，功能元件36可设置在通道31的非延长直径段中，并且通道31可能可具有统一直径。在又一个备选实施例中，可以不存在通道31中设置的任何功能元件36。甚至在没有功能元件36的情况下，例如因气体对流而可以存在增强绝缘气体循环。
[0047]在图1a的实施例中，气体通道31完全在壳体10外部延伸。因此，环状形式或拓扑由壳体10和气体通道31隔着孔来形成，其方式如同茶杯及其手柄隔着茶杯与手柄之间的孔具有环状形状一样。在一个备选实施例中，通道31的一部分可附连到壳体10，并且通道31则可以仅部分设置在壳体10外部。
[0048]图1a中，通道入口 32和通道出口 34相互间隔某个水平距离。通道入口 32与通道出口 34之间的水平距离D具有与壳体的水平长度E (沿与距离D相同的方向)相同的数量级(即，至少一半)。本文中，将距离D作为通道入口 32与出口 34之间的最小边沿-边沿距离来测量。壳体的长度E是沿从壳体的内壁到相对内壁的相关方向(即平行于测量距离D的方向)所测量的最大长度。由于距离D具有与壳体的长度E相同的数量级，所以确保气体循环覆盖壳体的大容积分数。
[0049]图1b和图1c是与图1a相似的气体绝缘电气设备的示意截面侧视图。其中，向对应元件指配与图1a中相同的参考标号，以及图1a的以上描述也适用于图1b和图lc，除了下面所述的差异之外。
[0050]在图1b的设备中，通道入口 32和通道出口 34不是以水平而是以垂直距离D相互间隔开。垂直距离D具有与壳体的垂直高度E(E沿与距离D相同的方向、即沿垂直方向所测量)相同的数量级(即，至少一半)。本文中，将距离D作为通道入口 32与出口 34之间的最小边沿-边沿垂直距离来测量。壳体的长度E是沿从壳体的内壁到相对内壁的垂直方向所测量的最大高度。由于距离D具有与壳体的高度E相同的数量级(即，至少一半)，所以确保气体循环覆盖壳体的大容积分数。由于相同目的，优选的是，通道入口 32设置在壳体的底部或附近，具体来说距离壳体底部有高度E的不到10%或者甚至不到5%。此外，通道入口和出口 32、34相互之间的垂直间距对于避免不同气体组分的分层是特别有效的。
[0051]在图1b的设备中，通道入口 32和通道出口 34以对角线、即水平和垂直地相互间隔开。对角线距离D具有与壳体的对角线延伸E(E沿与距离D相同的方向、即沿对角线方向所测量)相同的数量级(即，至少一半)。本文中，将距离D作为通道入口 32与出口 34之间的最小边沿-边沿距离来测量。壳体的长度E是沿平行于壳体内壁之间的最小边沿-边沿距离的对角线方向所测量的最大长度。
[0052]图2a至图2c是按照本发明的其它实施例的气体绝缘电气设备I的示意截面侧视图。图2a至图2c的设备I分别与图1a至图1c相似。因此，图1a至图1c的以上描述也分别适用于图2a至图2c，除了下列差异之外:在图2a至图2c中，气体通道31在壳体10内部-而不是如图1a至图1c中在外部-延伸。
[0053]在图2a至图2c中，气体包含容积通过壳体10以及通过完全包含在壳体10中的通道31来形成。通道31的通道壁的一部分可通过壳体壁来形成或者在壳体壁上附连(叠层)以形成公共壁部分。通道31和壳体10的这个公共壁部分界定对外部的气体包含容积，并且因此又称作外通道壁部分。其余通道壁界定自壳体10的内容积的通道31，并且因此又称作内通道壁部分。
[0054]内通道壁部分可由诸如聚合物基材料、树脂和/或陶瓷材料之类的介电材料来制成。内通道壁部分附连到壳体壁和/或外壁部分，使得通道31通过内通道壁部分和外通道壁部分来限定。内通道壁部分优选地按照齐平方式附连到壳体壁，例如以便降低对壳体的内部容积的介电性质的任何影响。
[0055]如图1a至图1c中一样，通道系统30能够通过在通道入口 32和通道出口 34处的较窄截面与壳体10的内部容积的其余部分加以区分。在一个非限制性示例中，截面直径可小于20 Cm或者小于10 Cm或者甚至小于5 cm。另外,截面直径可小于最大壳体直径的20%。
[0056]图3a和图3b是按照本发明的其它实施例的气体绝缘电气设备I的示意截面侧视图。图3a和图3b的设备I分别与图1b和图1c相似。因此，图1b和图1c的以上描述也分别适用于图3a和图3b，除了下列差异之外:在图3a和图3b中，气体通道31也在壳体10外部延伸，但是附连到壳体10。因此，设备I没有连同气体通道31 —起形成环状拓扑。
[0057]在图3a和图3b的设备I中，通道31的通道壁的一部分可通过壳体壁来形成或者在壳体壁上附连(叠层)以形成公共壁部分。通道31和壳体10的这个公共壁部分界定自壳体10的内容积的通道31，并且因此又称作内通道壁部分。其余通道壁界定到外部的气体包含容积(它通过壳体10和通道系统30来形成)，并且因此又称作外通道壁部分。壳体10在通道入口 32和通道出口 34处具有开口。如图1b和图1c中一样，通道系统30能够通过这些开口和/或通过在通道入口 32和通道出口 34处的较窄截面与壳体10的内部容积的其余部分加以区分。在一个非限制性示例中，截面直径可小于20 cm或者小于10 cm或者甚至小于5 cm。另外,截面直径可小于最大壳体直径的20%。
[0058]在图3a和图3b的实施例的未示出的一个变化中，通道入口 32和通道出口 34可相互间隔某个水平距离。所产生的实施例对应于图la，除了上述图3a和图3b的差异之外。
[0059]图4a至图4d是按照本发明的其它实施例的气体绝缘电气设备I的示意截面正视图。由于不同的角度，图4a至图4d的视图补充了图1a至图3b的视图。图4a至图4d的任一个能够与图1a至图3b的任一个相结合(除了明显不相容的情况之外)。对应地，对应元件的参考标号在所有这些附图中均相同，并且图1a至图3b的以上描述也适用于图4a至图4d (特别是对于下面所述的组合)。[0060]图4a的方面能够特别适用于图3a和图3b的实施例。图4b的方面能够特别适用于图1b和图1c的实施例。图4c的方面能够特别适用于图lb、图lc、图2b、图2c、图3a和图3b，其中可能具有如这些附图所示的通道入口 32和出口 34的位置的稍微重新布置。图4d的方面能够特别适用于图lb、图2b、图2c和图3a，其中可能具有如这些附图所示的通道入口 32和出口 34的位置的稍微重新布置。
[0061]另外，图4a至图4d示出本发明的一些一般方面，如下面所述，它们也能够与这些附图所示的其它细节无关地实现。
[0062]图4a和图4d示出，从壳体的轴线端来查看时，通道31可沿壳体10的周向外表面延伸。
[0063]图4a和图4b示出，通道31可至少部分但是也可能完全在壳体10的截面外部与壳体的纵轴线垂直地延伸。
[0064]图4a和图4b还示出，通道入口 32和出口 34可从壳体10的垂直相对侧延伸。
[0065]图4b还示出，通道31可至少部分在壳体(10)外部延伸，使得环状拓扑通过壳体和气体通道来形成。
[0066]图4c示出，从壳体的轴线端来查看时，通道31可延伸以例如经过壳体10的中轴线的投影和/或经过高压组件20的投影。
[0067]图4c还示出，从壳体的轴线端来查看时，通道31可沿直线延伸。
[0068]图4a至图4c示出，功能元件36可设置在通道31的垂直下半部或者甚至通道31的垂直最低位置。这可因显著烟?效应而允许特别有效的空气循环，特别是当功能元件36包括加热器和/或风扇时是如此。
[0069]在图4a至图4d的实施例中，设备I具有基本上圆柱形状，但是本描述也可适用于其它形状。
[0070]图5是按照本发明的另一实施例的气体绝缘电气设备I的示意截面正视图。其中，该设备具有带三个壳体段10a、10b、IOc的壳体10以及具有三个通道31a、31b、31c的通道系统31。这种布置对于具有作为高压组件20的三个高压组件20a、20b、20c的三相系统特别有用，三个高压组件20a、20b、20c中各具有不同的电相，并且各通过壳体段10a、10b、IOc的相应壳体段单独封装。
[0071]壳体段10a、10b、IOc的每个具有分别形成作为气体入口 32的气体入口 32a、32b、32c以及作为气体出口 34的气体出口 34a、34b、34c的两个开口。气体通道系统31包括多个气体通道31a、31b、31c，其中气体通道31a将气体入口 32a处的第一壳体段IOa与气体出口 34b处的第二壳体段IOb互连；气体通道31b将气体入口 32b处的第二壳体段IOb与气体出口 34c处的第三壳体段IOc互连；以及气体通道31c将气体入口 32c处的第三壳体段IOc与气体出口 34a处的第一壳体段IOa互连。
[0072]因此，按照这个实施例，气体通道31a、31b、31c的每个互连壳体段10a、10b、IOc的两个相应壳体段，使得闭环交替穿过壳体段10a、10b、IOc和气体通道31a、31b、31c。这个布置的优点在于，全部三个壳体段10a、10b、IOc内部的气体均勻化，使得在壳体段10a、10b、IOc中不需要单独气体控制。
[0073]作为图5所示的一般方面，壳体段10a、10b和IOc可以仅经由通道系统31 (图5中，经由通道31a、31b和31c)进行气体流通。[0074]图5中，通道10a、IOb和IOc的每个具有相应功能元件36a、36b、36c。在一个备选实施例中，通道中只有一个或者只有两个可具有功能元件。
[0075]图6以示意截面侧视图示出气体绝缘电气设备I的另一实施例。其中，壳体10包括相互可拆卸地连接并且相互进行气体流通的多个壳体段10a、10b、10c。即，壳体段10a、IObUOc经由允许气体经过其中的支承绝缘体12a和12b相互进行气体流通。壳体段10a、IOb和IOc由此与通道系统31无关地进行气体流通。
[0076]气体通道系统31在气体入口 32所在的第一壳体段IOa与气体出口 34所在的第三壳体段IOb之间延伸。因此，气体通道系统连接不同的两个壳体段(例如段IOa和10c)，并且由此限定通过若干壳体段(本文中通过全部三个壳体段10a、10b、10c)的气体循环的闭环。
[0077]除了上述差异之外，图6的实施例与图1c相似，并且图1c的描述也适用于图6的实施例。
[0078]在图6的实施例的一个变化中，气体通道31也能够与图1a或图3b类似地经过修改。
[0079]图7以示意截面侧视图示出气体绝缘电气设备1、具体是断路器的另一实施例。本文中，壳体段IOa包含断路器的作为高压组件20的灭弧触点和标称触点，并且在其垂直顶侧具有与其附连的其它壳体段IOb和10c。高压组件20还包括经过这些壳体段IOb和IOc的电连接。气密绝缘体(未示出)设置在壳体段IOb和IOc的顶侧，以及电连接经过这些气密绝缘体以用于将高压组件20连接到包含壳体段10a、10b、IOc的壳体10外部。
[0080]壳体段10a、10b和IOc经由允许气体经过其中的支承绝缘体12b和12c相互进行气体流通。壳体段10a、10b和IOc由此与通道系统30无关地进行气体流通。
[0081]通道系统30包括通道31，通道31具有耦合到壳体10的底部(更准确来说，在壳体段IOa)的通道入口 32，并且分叉到两个通道出口 34a和34b，其中出口 34a耦合到壳体段10c，而出口 34b耦合到壳体段10b。
[0082]因此，图7的实施例示出一般方面:壳体10可具有多个突出壳体段、具体是垂直突出壳体段(这里为壳体段IOb和IOc)，以及通道系统31可经由多个通道入口和/或通道出口的相应一个(这里为出口 34a和34b)耦合到每个突出壳体段。
[0083]这个布置甚至对于复杂壳体几何结构也允许良好的气体均匀化。该布置也可适合其它壳体几何结构。在除了以上所述之外的方面，前面所述实施例的描述也可适用于图7的实施例。
[0084]下面参照图8a至图8h更详细地描述本文所述实施例的可选功能元件36。这些附图以示意截面侧视图示出可适用于本文所公开的任何实施例的气体通道31和功能元件36的部分。
[0085]按照这些图8a至图8h所示的一般实施例，功能元件36可包括加热器37。加热器37可以是电加热器37，它通过使电流经过电阻元件来生成热量。在一个备选实施例中，力口热器37可具有用于使加热流体经过其中的流动通道。
[0086]一般来说，加热器37可由与流经高压组件20的电流无关的电源(它可以是热源)来供电，使得加热器37是与这种电流无关地可操作的。
[0087]按照图8a的实施例，加热器37围绕通道31周向地设置，并且因而位于气体包含容积的外部。这具有允许加热器37接触到外部能源而无需穿透绝缘气体的气体容器。
[0088]然而，在热量沿极短路径(例如小于2 cm)通过通道壁的固体材料从加热器37传递到气体通道31内部的意义上，加热器37与气体通道31相接触。在这个实施例中，通道壁优选地至少在与加热器37相接触的区域中由热传导材料、例如金属来制成。在一个实施例中，热传导材料限定为具有至少10 ff/(m.K)的导热率的材料。
[0089]在图Sb的实施例中，通道31具有延长直径段38。加热器37设置在延长直径段38中。加热器37在通道31的整个截面面积中延伸，并且具有使绝缘气体通过的开口。这个布置允许对绝缘气体的特别有效热传递。
[0090]在图8c的实施例中，通道31具有延长直径段38，延长直径段38具有两个凹面内突部，相应加热器37从气体包含容积的外部插入内突部中。除了这个几何布置之外，这个实施例与图8a的实施例相似，并且因此图8a的描述也适用于图8c。与图8a相比，图8c的几何结构允许在大的表面将热量传递到绝缘气体，并且因此允许改进的热传递。在图8c的实施例的一个变化中，不同数量的凹面内突部可存在。一般来说，延长直径段38可具有至少一个凹面内突部以及对应地具有至少一个加热器37。
[0091]在实施例中，能够提供风扇，具体来说是作为加热器37的补充或替代。例如，在图8d至图8h的实施例中，除了加热器37之外，还提供了风扇39。图8d中，通道31具有延长直径段38，以及风扇39设置在延长直径段38中。加热器能够围绕通道31周向地设置，并且因而图8a的描述适用于加热器37。
[0092]图8e的实施例与图8d相似，但是在图8d中，加热器37围绕通道31设置在延长直径段38，在图Se所示的备选实施例中，加热器37围绕通道31设置在延长直径段38的不同部分(在这里，例如与延长直径段38直接相邻)。
[0093]在图8f的实施例中，通道31具有延长直径段38，以及风扇39和加热器37均设置在延长直径段38中。
[0094]在图8g的实施例中，通道31具有两个延长直径段38a和38b，它们相互分隔通道31的较小直径段(即，具有比延长直径段38a和38b的每个要小的直径)。加热器37设置在延长直径段38a中，以及风扇39设置在延长直径段38b中。
[0095]在图8h的实施例中，通道31具有延长直径段38，以及风扇37设置在延长直径段38中。延长直径段38还具有凹面内突部，以及与图Sc类似，加热器37从气体包含容积的外部插入凹面内突部中。如同图8c —样，也可提供任何其它数量的凹面内突部和加热器37。
[0096]图8a至图8h示范所示的功能元件36、具体是加热器37和/或风扇39可设置成使得绝缘气体的流动是从左至右或者从右至左。在一个优选实施例中，元件36、37、39设置用于绝缘气体从右至左流动。相应地，风扇39可设置在加热器37下游。这个布置的优点在于，加热器37位于风扇39的低压侧，以及由此降低对气流的阻塞。
[0097]在一个备选实施例中，功能元件36、37、39设置用于绝缘气体从左至右流动。相应地，风扇39可设置在加热器37上游。这个布置的优点在于，避免加热空气流动到风扇39上。
[0098]但是，特别是如果加热器37设置在气体包含容积的外部、例如在图8d、图8e和图Sh的实施例中，它还提供将风扇39设置在加热器37上游的优点。这个布置的优点在于，力口热器37位于风扇39的高瑞流侧，以及由此改进对气体的热传递。
[0099]本文所述实施例的每个具有允许存在于气体包含容积中的绝缘气体的改进均匀性的优点。因此，这些实施例对于还包含除了 SF6之外的组分的绝缘气体、特别是具有一种以上气体组分并且优选地如本文所公开的绝缘气体是特别有利的。
[0100]虽然以上针对实施例，但是可设计其它和进一步实施例，而没有背离权利要求书所确定的基本范围。例如，气体通道系统30可包括一个以上气体通道31。在另一个示例中，气体通道系统30可包括附加元件，例如气体成分传感器、气压传感器、用于引入附加气体组分的进气阀、用于从气体包含容积中去除气体的出气阀等。
【权利要求】
1.一种气体绝缘电气设备(I)、具体是高压配电或输电设备(1)，包括 壳体(10)； 高压组件(20)，设置在所述壳体(10)中，并且适合于施加高电压；以及 气体通道系统(30)，具有与所述壳体(10)进行气体流通的气体通道(31)、通道入口(32)和通道出口(34)，其中 所述壳体(10)和所述气体通道系统(30)形成其中包含绝缘气体的气体包含容积，并且限定环路，从而允许所述绝缘气体通过所述壳体(10)和所述气体通道系统(30)沿所述环路进行循环。
2.如权利要求1所述的气体绝缘电气设备(I)，其中，所述环路是用于所述绝缘气体的循环的闭环，和/或所述环路包括用于将绝缘气体再填充到所述壳体(10)中的附加绝缘气体源。
3.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(I)，还包括设置在所述气体通道(31)内部和/或接触到所述气体通道(31)的加热元件(37)。
4.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(I)，其中，所述电气设备(I)在安装时限定垂直方向，以及所述通道入口(32)和所述通道出口(34)位于所述壳体(10)的不同垂直高度，具体来说其中所述通道入口(32)与所述通道出口(34)之间的垂直距离(D)是所述壳体(10)的垂直高度的至少一半。
5.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中，所述通道入口(32)和所述通道出口(34)相互 间隔开一定距离(D)，其是所述壳体(10)沿所述通道入口(32)与所述通道出口(34)之间的方向的线性延伸(E)的至少一半。
6.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中，所述气体通道系统(30)包括用于生成通过所述气体通道(31)的所述绝缘气体的强制流的强制流发生器(39)，所述强制流发生器(39)设置在所述气体通道(31)中。
7.如权利要求2至6中的任一项所述的气体绝缘电气设备(I)，其中，所述通道(31)具有延长直径段(38)，以及所述强制流发生器(39)和所述加热器(37)中的至少一个设置在所述延长直径段(38)中和/或与所述延长直径段(38)直接接触。
8.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中，所述气体通道系统(30)包括气体过滤器、进气口、气压传感器、气温传感器、气体化学成分传感器和主动或被动气体冷却元件中的至少一个。
9.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中，所述气体通道(31)至少部分在所述壳体(10)外部延伸。
10.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中，所述气体通道(31)至少部分在所述壳体(10)中延伸。
11.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中 所述壳体(10)包括相互可拆卸并且相互进行气体流通的多个壳体段(10a，10b，10c)，以及所述气体通道系统在所述壳体段(10a，10b，IOc)的至少两个不同壳体段(10a，IOc)之间延伸。
12.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中 所述壳体(10)包括多个壳体段(10a，10b, 10c)，并且所述气体通道系统(30)包括多个气体通道(31a，31b，31c)，其中 所述气体通道(31a，31b，31c)的每个经由相应通道入口(32a，32b，32c)和相应通道出口(34a，34b，34c)来互连壳体段(10a，10b，IOc)的两个相应壳体段，使得所述环路、具体是所述闭环交替穿过所述壳体段(10a, 10b, IOc)和所述气体通道(31a, 31b, 31c)。
13.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(I)，其中，所述绝缘气体至少包括第一和第二气体组分，其中所述第一气体组分形成载气，而所述第二气体组分形成较重分子，并且所述电气设备(I)还包括控制部件，所述控制部件用于控制所述绝缘气体通过所述环路进行循环，使得在所述壳体(10)中至少在所述电气设备(I)的操作期间保持所述第一气体组分与所述第二气体组分的预定浓度比。
14.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(1)，其中，所述绝缘气体至少包括第一气体组分和第二气体组分，其中所述第一气体组分从下列项所组成的组中选取: -氮， _氧， -二氧化碳， -氧化氮， -二氧化氮， -氧化亚氮， _ 氯 -甲烷，具体是部分或完全卤化甲烷，具体是四氟甲烷或三氟碘甲烷， -空气，具体是工艺用空气或合成空气，以及 -它们的混合物，以及 其中所述第二气体组分从下列项所组成的组中选取: -六氟化硫， -部分或完全氟化醚，具体是氢氟单醚、包含至少3个碳原子的氢氟单醚、全氟单醚或者包含至少4个碳原子的全氟单醚， -部分或完全氟化酮，具体是氢氟单酮、全氟单酮、包含至少5个碳原子的全氟单酮或者正好包含5个或6个或7个或8个碳原子的全氟单酮，以及-它们的混合物。
15.如以上权利要求中的任一项所述的气体绝缘电气设备(I)，其中，所述电气设备从下列项所述组成的组中选取:汇流条、隔离开关、接地开关、组合隔离开关和接地开关、断路器、高电流或发电机断路器、中压开关设备或者其任何模块、高压开关设备或者其任何模块、仪表互感器、电压互感器、电流互感器、电涌放电器、电力变压器、配电变压器。
16.一种操作气体绝缘电气设备(I)、具体是如以上权利要求中的任一项所述的电气设备(I)、具体是高压配电或输电设备(I)的方法，所述电气设备(I)包括壳体(10)、设置在所述壳体(10)中的高压组件(20)、具有气体通道(31)的气体通道系统(30)以及所述壳体(10)和所述气体通道系统(30)中包含的绝缘气体，所述方法包括 -将高电压施加到所述高压组件(20);以及 -迫使所述绝缘气体通过所述壳体(10)和所述气体通道系统(30)沿环路、具体是闭环进行循环。
17.如权利要求16所述的操作方法，其中，所述绝缘气体至少包括第一气体组分和第二气体组分，其中所述第一气体组分形成载气，而所述第二气体组分包括较重分子，以及进一步，通过由所述壳体(10)和所述气体通道系统(30)所限定的所述环路进行循环的所述绝缘气体的流率控制成使得在所述壳体(10)中至少在所述电气设备(I)的操作期间保持所述第一气体组分与所述第二气体组分的预定浓度比。
【文档编号】H02B13/045GK103515855SQ201310243354
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】M.克里伊格, M-S.克拉伊森斯, T.鲍尔, A.克拉梅 申请人:Abb研究有限公司, Abb 技术有限公司