BR102014006065A2

BR102014006065A2 - dispositivo isolado a gás para energia elétrica e método de operação dele

Info

Publication number: BR102014006065A2
Application number: BR102014006065A
Authority: BR
Inventors: Akira Yamada; Amane Majima; Hirofumi Okabe; Hisao Oomura; Kei Kawasaki
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-10-06
Also published as: CN104051976B; CN104051976A; US20140263187A1; JP2014179301A; EP2779195A1

Abstract

dispositivo isolado a gás para energia elétrica e método de operação dele. a presente invenção refere-se a um dispositivo isolado a gás para energia elétrica que é disposto e que inclui: uma unidade de contato fixo e uma unidade de contato móvel que são dispostas para serem uma voltada para a outra em um recipiente impermeável ao ar cheio com um gás dióxido de carbono ou uma mistura de gás que inclui um gás dióxido de carbono, que serve como um gás de extinção por arco. a unidade de contato fixo inclui um contato de arco fixo, um contato de condução fixo disposto fora do contato de arco fixo, e um membro de suporte condutivo para conectar eletricamente entre o contato de arco fixo e o contato de condução fixo e para suportar estes contatos

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO ISOLADO A GÁS PARA ENERGIA ELÉTRICA E MÉTODO DE OPERAÇÃO DELE".

CAMPO DA TÉCNICA A presente revelação refere-se a um dispositivo isolado a gás para e-nergia elétrica e um método de operação dele.

ANTECEDENTES

[001] Os sistemas de transformação e de transmis-são/distribuição de energia elétrica têm empregados vários dispositivos como um quadro de distribuição isolado a gás, um disjuntor a gás, um desconector a gás, um transformador isolado a gás, uma linha de força isolada a gás e assim por diante utilizando um hexafluoreto sulfú-rico (SF6) como um meio isolante. Um gás SF6 age como um meio refrigerante para resfriar o calor gerado na condução elétrica por uma corrente de convecção assim como um meio isolante de alta tensão para este dispositivo, ou um meio de extinção do arco para extinguir uma descarga por arco gerada em uma operação de comutação para os dispositivos que envolvem a comutação da corrente como um disjuntor a gás, um desconector a gás e assim por diante.

[002] O gás SF6 é um gás inerte muito estável, inofensivo e não inflamável que tem uma capacidade de isolamento elétrico altíssima e uma capacidade de extinção da descarga (capacidade de extinção do arco) e tem uma ótima contribuição para o alto desempenho e compa-cidade dos dispositivos de transformação e transmissão/distribuição de energia elétrica.

[003] No entanto, sabe-se que o gás SF6 está contribuindo para o alto aquecimento global e há uma necessidade crescente para a redução do uso de SF6 recentemente. Um nível de aquecimento global é geralmente representado por um fator de aquecimento global, que é expresso por um valor relativo com relação a um gás de dióxido de carbono (C02) suposto como "1". Sabe-se que o fator de aquecimento global de SF6 equivale a 23.900.

[004] Mediante os Antecedentes acima, propôs-se substituir um gás SF6 por um gás C02 como um gás isolante para os dispositivos de transformação e de transmissão/distribuição de energia elétrica (vide, por exemplo, UCHII, KAWANO, NAKAMOTO, MIZOGUCHI, "Fundamental Properties of C02 Gas as an Arc Quenching Médium and Thermal Interruption Performance of Full-Scale GCB Model", The tran-sactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, B, 124(3), págs. 469-475, 2004). Uma vez que o potencial de aquecimento global do gás C02 é tão pequeno para 1/23.900 daquele do gás SF6i há a possibilidade de controlar o efeito no aquecimento global ao substituir o gás SF6 pelo gás C02 para os dispositivos de transformação e de transmissão/distribuição de energia elétrica.

[005] Além disso, muito embora o gás C02 seja inferior ao gás SF6 em termos de capacidade de isolamento e capacidade de extinção de arco, sabe-se que o gás C02 tem uma capacidade de extinção de arco superior e a mesma ou maior capacidade de isolamento que o ar principalmente utilizado como um meio isolante e de extinção de arco antes de o gás SF6 ser utilizado para os dispositivos isolados a gás para energia elétrica. Ou seja, quando o gás 0O2 é substituído pelo gás SF6, é possível fornecer um dispositivo de transformação e de transmissão/distribuição de energia elétrica ecologicamente correto com alto desempenho e efeito controlado no aquecimento global.

[006] No entanto, um dispositivo que envolve uma comutação de corrente, como um disjuntor a gás ou um desconector a gás, gera, essencialmente, uma descarga por arco em um recipiente impermeável ao ar que depende de sua operação. Quando a descarga por arco é gerada no recipiente impermeável ao ar, um gás com o qual o recipiente impermeável ao ar é cheio recebe plasma no curso da descar- ga para causar a desoxidação e a recombinação de moléculas de gás.

[007] Uma vez que o gás SF6 utilizado para os dispositivos de transformação de energia elétrica convencionais tem uma estrutura molecular muito estável, mesmo quando as moléculas do gás SF6 são, uma vez, desoxidadas por meio de descarga, sabe-se que as moléculas são, a maior parte, recombinadas nas moléculas de SF6 originais em ambientes normais. Por outro lado, o C02 desoxidado pela descarga por arco é difícil de ser recombinado no C02 original e é desoxidado em um gás monóxido de carbono (CO) e um gás oxigênio. Muito embora o gás oxigênio seja consumido por uma reação de oxidação com metal no recipiente impermeável ao ar como cobre ou ferro, há uma possibilidade de que o gás CO tóxico seja deixado.

[008] O gás CO deixado pode não ser respirável por um usuário quando o usuário abre um gás de enchimento para a inspeção interna de um dispositivo isolado a gás C02 que realiza uma comutação de corrente, como um disjuntor a gás. Portanto, nas presentes circunstâncias, o gás CO tem que ser limitado em seu local ou direção de descarga ou tem que ser coletado, o que causa um problema de eficiência de trabalho ruim de troca, inspeção e manutenção de gás, em comparação com o disjuntor a gás SF6.

[009] Muito embora um zeólito sintético tenha sido utilizado como um agente absortivo para absorver e separar um gás de decomposição de SF6 que flutua em um gás de enchimento depois da comutação da corrente, se um gás C02 for substituído pelo gás SF6, há um problema de que o zeólito não pode remover CO suficientemente à medida que o zeólito absorve o gás C02 isolante.

SUMÁRIO

[0010] Dessa maneira, é um objeto em um aspecto da presente revelação fornecer um dispositivo isolado a gás ecologicamente corre- to para a energia elétrica com um gás C02 utilizado como um gás de extinção por arco, que é capaz de remover o gás CO gerado pela de-soxidação do gás C02 e de realizar a inspeção interna e manutenção com segurança.

[0011] De acordo com um aspecto da presente revelação, fornece-se um dispositivo isolado a gás para energia elétrica, que compreende: uma unidade de contato físico e uma unidade de contato móvel que são dispostas uma voltada para a outra em um recipiente impermeável ao ar cheio com um gás dióxido de carbono e uma mistura de gás que inclui um gás dióxido de carbono, que serve como um gás de extinção por arco. A unidade de contato fixo inclui um contato de arco fixo, um contato de condução fixo disposto fora do contato de arco fixo, e um membro de suporte condutivo para conectar eletricamente entre o contato de arco fixo e o contato de condução fixo e suportar esses contatos. A unidade de contato móvel inclui um contato de arco móvel disposto de maneira deslizável com relação ao contato de arco fixo, um contato de condução móvel disposto para ser deslizado com o contato de arco fixo por meio de um bocal isolante fora do contato de arco móvel, uma haste de operação oca que é disposta para ser combinada com uma borda traseira do contato de arco móvel e tem uma abertura formada em sua borda traseira, um cilindro que é disposto para suportar o bocal isolante e o contato de condução móvel fora da haste de abertura e tem uma extremidade aberta no lado oposto à unidade de contato fixo, e um pistão que é inserido de maneira deslizável em uma lacuna formada entre o cilindro e a haste de operação a partir da extremidade aberta do cilindro e é disposto para separar uma câmara de compreensão térmica junto com o cilindro e a haste de operação. Um óxido metálico é disposto em uma parte que faz contato com uma corrente de calor gerada por uma descarga por arco da unidade de contato fixo e a unidade de contato móvel.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIG. 1 é uma vista seccional que mostra uma configuração geral de um disjuntor a gás de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0012] A FIG. 1 é uma vista estrutural seccional de um disjuntor a gás do tipo de autocompressão (puffer) utilizado para quebrar a corrente acidental em um sistema de alta tensão, como um exemplo de um dispositivo isolado a gás para energia elétrica, de acordo com uma modalidade. Várias partes mostradas na FIG. 1 têm um formato cilíndrico coaxial e a FIG. 1 mostra um estado em uma operação de quebrar a corrente.

[0013] Um disjuntor a gás do tipo de autocompressão 1 mostrado na FIG. 1 tem um recipiente impermeável ao ar 2 feito de metal moído, um isolador ou semelhante. O recipiente impermeável ao ar 2 é cheio com um gás C02 ou uma mistura de gás 1a que inclui um gás C02 como um componente principal, que serve como um meio isolante elétrico e um meio de extinção por arco. Um exemplo de um gás misturado com gás C02 pode incluir um gás não reativo como um gás nitrogênio, um gás inerte ou semelhante.

[0014] No recipiente impermeável ao ar 2 fornece-se uma unidade de contato fixo 3 que é fixo de uma maneira isolante por meio de um material isolante de suporte 7 e inclui um contato de arco fixo 3a, um contato de condução fixo 3b disposto fora do contato de ar fixo 3a, e um membro de suporte condutivo 3c para se conectar eletricamente entre o contato de arco fixo 3a e o contato de condução fixo 3b e suporta esses contatos 3a e 3b.

[0015] Além disso, uma unidade de contato móvel 4 é fornecida para ser voltada para a unidade de contato fixo 3. A unidade de contato móvel 4 inclui um bocal isolante 4a, um contato de arco móvel 4b disposto de maneira deslizante com relação ao contato de arco fixo 3a, um contato de condução móvel 4c disposto para ser deslizado com o contato de arco fixo 3a por meio do bocal isolante 4a fora do contato de arco móvel 4b, uma haste de operação oca 4d que é disposta para ser combinada com uma borda traseira do contato de arco móvel 4b e tem uma abertura formada em sua borda traseira, um cilindro 4e que é disposto para suportar o bocal isolante 4a e o contato de condução móvel 4c fora da haste de operação 4d e tem uma extremidade aberta no lado oposto à unidade de contato fixo 3, e um pistão 4f que é inserido de maneira deslizável em uma lacuna formada entre o cilindro 4e e a haste de operação 4d a partir da extremidade aberta do cilindro 4e e é disposto para separar uma câmara de compressão térmica junto com o cilindro 4e e a haste de operação 4d.

[0016] O bocal isolante 4a é feito de politetrafluoroetileno ou semelhante que é um material isolante que tem alta resistência ao arco.

[0017] A corrente é extraída por meio de um condutor 10 e um embuchamento (não mostrado). O condutor 10 é suportado de uma maneira isolante por um espaçador 11 e uma região de um espaço para gás no recipiente impermeável ao ar 2 é separada pelo espaçador 11. A mobilidade da unidade de contato móvel 4 é alcançada quando a haste de operação 4d é conectada a uma parte móvel em um acionador 8 por meio de um material isolante de suporte 7.

[0018] Um óxido metálico é disposto em uma parte que faz contato com uma corrente de calor gerada pela descarga por ar co 6 da unidade de contato fixo 3 e a unidade de contato móvel 4 disposta no recipiente impermeável ao ar 2. Especificamente, conforme será descrito mais a-diante em um método de operação do disjuntor a gás do tipo de auto-compressão 1, quando a corrente de calor da descarga por arco 6 transferida por uma corrente de gás 9 faz contato com a parte de contato, o óxido metálico é disposto em uma parte em que uma temperatura da parte de contato não é menos do que 200 graus C. No disjuntor a gás do tipo de autocompressão 1 mostrado na FIG. 1, em muitos casos, esta parte corresponde a pelo menos um do contato de arco fixo 3a, do membro de suporte condutivo 3c, do bocal isolante 4a e do pistão 4f.

[0019] Em particular, no contato de arco fixo 3a, uma extremidade de orientação 3d próxima da descarga por arco 6 (ou que faz contato com ela) é provável de alcançar uma alta temperatura de não menos do que 200 graus C ao fazer contato com a corrente de calor da descarga por arco 6. Além disso, no pistão 4f, uma parte de ranhura 4g próxima da descarga por arco 6 também é provável de alcançar uma alta temperatura de não menos do que 200 graus C ao fazer contato com a corrente de calor da descarga por arco 6.

[0020] Os exemplos do método de deposição do óxido metálico pode incluir um método de formar a parte de contato da corrente de calor da descarga por arco 6 com um óxido metálico, um método de revestir a parte de contato com um material de cobertura de um óxido metálico, um método de revestir a parte de contato com uma película de óxido metálico, etc. Em um caso onde a parte de contato da corrente de calor da descarga por arco 6 é formada com o óxido metálico, esta parte de contato pode ser obtida ao encher com pós do óxido metálico um molde de formação dotado de um espaço que se adéqua ao tamanho e ao formato da parte de contato, por exemplo, o contato de arco fixo 3a e assim por diante, e ao sintetizar os pós em uma temperatura predeterminada. Além disso, de maneira semelhante, para o material de cobertura que reveste a parte de contato, este material de cobertura pode ser obtido ao encher com pós do óxido metálico um molde de formação dotado de um espaço que se adéqua a uma dimensão externa da parte de contato, por exemplo, o contato de arco fixo 3a e assim por diante, e ao sintetizar os pós em uma temperatura predeterminada. Este material de cobertura é encaixado na parte de contato. Além disso, em um caso em que a parte de contato é coberta com uma película de óxido metálico, uma película é aderida à parte de contato, por exemplo, o contato de arco fixo 3a e assim por diante, por meio de pulverização catódica ou semelhante utilizando um alvo do óxido metálico.

[0021] O óxido metálico é preferivelmente pelo menos um selecionado de um grupo que consiste em óxido de manganês (Mn02), óxido de cobalto (CoO, Co02), óxido de cobre (Cu02), pentóxido de vanádio (V205), óxido de níquel (NiO), óxido de ferro (Fe203), óxido de ródio (Rh203), óxido de rutênio (Ru02), óxido de estanho (Sn02) e óxido de molibdênio (Mo02), muito embora não sejam particularmente limitados contanto que o óxido metálico possa agir como um oxidante. Quando esses óxidos reagem com um gás CO gerado pela desoxidação de um gás C02, o gás CO pode ser alterado para gás C02, conforme será descrito mais tarde no método de operação do disjuntor a gás do tipo de autocompressão 1.

[0022] Os óxidos metálicos supramencionados permitem que o gás CO gerado seja quase inteiramente alterado para gás C02, desse modo, reduzindo enormemente a quantidade residual de gás CO, uma vez que se infere que a quantidade de átomos de oxigênio que envolve uma reação com o gás CO existente em uma profundidade de 1nm é igual ou maior do que a quantidade de moléculas do gás CO gerado pela descarga por arco 6. Além disso, esses óxidos metálicos são ter-micamente estabilizados uma vez que seu ponto de fusão ou temperatura de decomposição não é menos do que 500 graus C. Dessa maneira, mesmo quando esses óxidos metálicos são dispostos na parte de contato da corrente de calor devido à descarga por arco 6, esses óxidos metálicos não são decompostos antes de a corrente de calor fazer contato com a parte de contato, desse modo, impedindo que a alteração do gás CO para gás C02 seja impossibilitada.

[0023] Uma operação do disjuntor a gás 1 mostrado na FIG. 1 será descrito agora. O contato de arco fixo 3b e o contato de arco móvel 4b estão em um estado de condução por contato quando o disjuntor a gás 1 é fechado. Em uma operação de quebra, o contato de arco fixo 3b e o contato de arco móvel 4b são separados um do outro por seu movimento relativo e, ao mesmo tempo, uma descarga por arco de quebra 6 é gerada entre tanto o contato 3b quanto o 4b.

[0024] Subsequentemente, o pistão fixo 4f comprime o espaço interno do cilindro de autocompressão 4e para aumentar sua pressão. Então, um gás C02 1a que existe no cilindro de autocompressão 4e é transformado em uma corrente de gás de alta pressão, que é retificado pelo bocal 4a e, então, borrifado para a descarga por arco 6 gerada entre os contatos de arco 3b e 4b. Isso pode resultar na extinção da descarga por arco condutiva 6 gerada entre os contatos por arco 3b e 4b e na quebra da corrente. O gás borrifado para a descarga por arco 6 é transformado na corrente de gás 9, que atravessa o interior da unidade de contato fixo 3 e é disperso no recipiente impermeável ao ar 2. Quando a descarga por arco 6 é gerada em um gás C02, a quantidade de gás C02 que tem que existir como um gás isolante originalmente é diminuída enquanto um gás CO, a decomposição do gás do gás C02, é aumentada. No entanto, nesta modalidade, um óxido metálico é disposto em uma parte que faz contato com a corrente de calor gerada pela descarga por arco 6 da unidade de contato fixo 3 e a unidade de contato móvel 4 dispostas no recipiente impermeável ao ar 2, especificamente pelo menos um contato de arco fixo 3a, do membro de suporte condutivo 3c, do bocal isolante 4a e do pistão 4f. Quando a corrente de calor da descarga por arco 6 transferida pela corrente de gás 9 faz contato com a parte de contato, uma vez que a temperatura da parte de contato chega a não menos do que 200 graus C, o óxido metálico age como um oxidante para alterar o gás CO para gás C02 baseado, por exemplo, na fórmula da reação seguinte.

MnQ2 + 2CO Mn + 2CQ2 [0025] Dessa maneira, em um caso em que um gás C02 é utilizado como um gás de extinção por arco, mesmo quando o gás C02 é desoxidado para gerar um gás CO, o gás CO é instantaneamente oxidado pelo óxido metálico a ser alterado para um gás C02. Como um resultado, nenhum gás CO permanece no recipiente impermeável ao ar 2, desse modo, impedindo que um ser humano se prejudique quando um gás de enchimento é liberado para inspeção interna.

[0026] Ou seja, esta modalidade pode fornecer um dispositivo isolado a gás ecologicamente correto para energia elétrica com um gás C02 utilizado como um gás de extinção por arco, que é capaz de remover um gás CO gerado pela desoxidação do gás C02 e de realizar a inspeção interna e a manutenção com segurança.

[0027] Além disso, um gás oxigênio (02) gerado pela desoxidação do gás C02 oxida os metais, particularmente cobre e ferro, no recipiente impermeável ao gás 2 em óxidos como CuO e FeO.

[0028] Muito embora, nesta modalidade, o dispositivo isolado a gás para energia elétrica tenha sido ilustrado com o disjuntor a gás do tipo de autocompressão, esta modalidade pode ser aplicada em vários dispositivos como um quadro de distribuição, um desconector a gás, um transformador isolado a gás, uma linha de energia isolada a gás e assim por diante utilizando um gás C02 como um gás isolante.

[0029] Muito embora determinadas modalidades da presente invenção tenham sido descritas acima, estas modalidades são apresentadas por meio de exemplo e não são destinadas a limitar o escopo da presente invenção. Estas modalidades novas podem ser modificadas de muitas formas diferentes vários tipos de omissão, substituição e modificação podem ser feitos sem se separar do escopo e do espírito da presente invenção. Estas modalidades e as modificações delas caem no escopo e no espírito da presente revelação e estão incluídos no escopo da presente revelação citada nas reivindicações e na equivalente delas.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Dispositivo isolado a gás para energia elétrica, compreendendo: uma unidade de contato fixo e uma unidade de contato móvel que são dispostas voltadas uma para outra em um recipiente que contém substancialmente gás dióxido de carbono, em que um óxido metálico é disposto em uma parte que faz contato com uma corrente de calor gerada por uma descarga por arco da unidade de contato fixo e da unidade de contato móvel.

2. Dispositivo isolado a gás para energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1, em que o óxido metálico reduz uma quantidade de monóxido de carbono gerado pela descarga por arco.

3. Dispositivo isolado a gás para energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o óxido metálico é pelo menos um óxido selecionado a partir de um grupo que consiste em óxido de manganês, óxido de cobalto, óxido de cobre, pentóxido de vanádio, óxido de níquel, óxido de ferro, óxido de ródio, óxido de rutênio, óxido de estanho e óxido de molibdênio.

4. Dispositivo isolado a gás para energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que pelo menos uma parte da unidade de contato fixo ou da unidade de contato móvel compreende um óxido metálico.

5. Dispositivo isolado a gás para energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, que compreende adicionalmente um membro de suporte condutivo pelo menos da parte da qual compreende óxido metálico.

6. Dispositivo isolado a gás para energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o óxido metálico que faz contato com uma corrente de calor gerada por uma descarga por arco da unidade de contato fixo e da unidade de contato móvel compreende con- tato suficiente com a corrente de calor para o óxido metálico a ser utilizado para converter pelo menos uma parte de qualquer gás CO gerado pela descarga por arco em gás C02.

7. Método de operar um dispositivo isolado a gás para e-nergia elétrica, o dispositivo inclui: uma unidade de contato fixo e uma unidade de contato móvel que são dispostas para serem voltadas uma para outra em um recipiente impermeável ao ar cheio com um gás dióxido de carbono ou uma mistura de gás que inclui um gás C02, que serve como um gás de extinção por arco, em que a unidade de contato fixo inclui um contato de arco fixo, um contato de condução fixo disposto fora do contato de arco fixo, e um membro de suporte condutivo para conectar eletricamente entre o contato de arco fixo e o contato de condução fixo e para suportar estes contatos, em que a unidade de contato móvel inclui um contato de arco móvel disposto deslizavelmente com relação ao contato de arco fixo, um contato de condução móvel disposto para ser deslizado com o contato de arco fixo por meio de um bocal isolante fora do contato de arco móvel, uma haste de operação oca que é disposta para ser combinada com uma borda traseira do contato de arco móvel e tem uma abertura formada em sua borda traseira, um cilindro que é disposto para suportar o bocal isolante e o contato de condução móvel fora da haste de operação e tem uma extremidade aberta no lado oposto para a unidade de contato fixo, e um pistão que é deslizavelmente inserido em uma lacuna formada entre o cilindro e a haste de operação a partir da extremidade aberta do cilindro e é disposto para separar uma câmara de compressão térmica junto com o cilindro e a haste de operação, e em que um óxido metálico é disposto em uma parte que faz contato com uma corrente de calor gerada por uma descarga por arco da unidade de contato fixo e da unidade de contato móvel, o método compreendendo: alterar um gás monóxido de carbono gerado pela desoxidação do gás de extinção por arco para um gás dióxido de carbono por meio de uma reação do monóxido de carbono com o óxido metálico.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, em que a parte de contato é pelo menos uma do contato de arco fixo, do membro de suporte condutivo, do bocal isolante e do pistão.

9. Método, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, em que o óxido metálico é pelo menos um óxido selecionado a partir de um grupo que consiste em óxido de manganês, óxido de cobalto, óxido de cobre, pentóxido de vanádio, óxido de níquel, óxido de ferro, óxido de ródio, óxido de rutênio, óxido de estanho e óxido de molibdênio.