CN107077955A - 包含气体绝缘装置，特别是气体绝缘变压器或反应器的电设备 - Google Patents

包含气体绝缘装置，特别是气体绝缘变压器或反应器的电设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包含气体绝缘变压器(101)或反应器的电设备(1)。所述电设备(1)包含封闭内部空间(14)的外壳(12)，所述内部空间的至少一部分限定含有包含有机氟化合物的介电绝缘流体的绝缘空间(16)，且电部件(18)布置在所述绝缘空间(16)中并被所述绝缘流体围绕。所述电部件(18)包含至少一个绕组(20，22)。所述电设备(1)还包含电连接器(32)，用于通过使至少一个绕组(20，22)与电网连接，使所述装置(10)从非操作状态到操作状态。所述设备(1)还包含辅助电源(34)，当所述装置(10)在非操作状态时，所述辅助电源可与至少一个绕组(20，22)连接。

Description

包含气体绝缘装置，特别是气体绝缘变压器或反应器的电 设备
本发明涉及根据权利要求1的电设备，以及根据权利要求19的气体绝缘电装置，特别是气体绝缘变压器或反应器。
变压器和反应器为本领域公知的。通常，变压器指定经感应耦合的导体(即，变压器绕组)将电能从一个电路传输到另一电路的设备。在第一(“初级”)绕组中的电流在磁芯中产生磁场，所述磁场在第二(“次级”)绕组中引发电压。该效应称为互感。
在本发明的含义内，反应器指定用于在电路中阻断高频交流电流同时允许较低频率或直流电流通过的感应器。与在任何情况下包含至少两个绕组的变压器相反，反应器可包含单独一个绕组。
包含绕组和磁芯的变压器或反应器的电部件的有源部分等其它部分必须取决于其间的介电需求而彼此绝缘。就绝缘而言，可分成不同类型的变压器(或类似的反应器)：
一方面，在干式变压器(或相应地反应器)中，包含绕组和磁芯的电部件不浸没在绝缘流体中；通常，其由常压空气围绕。
另一方面，在液体或气体绝缘变压器(或相应地反应器)中，电部件布置在填充有绝缘流体的槽或容器中。具体地讲，在液体绝缘变压器中，绝缘流体为液体，例如矿物油或硅油或酯油，或相应地在气体绝缘变压器中，绝缘流体为气体，例如处于大气压或高压下的SF6或N2。
对于高于36 kV的电压，通常使用气体绝缘或液体绝缘变压器(或相应地反应器)。由于绝缘流体相对高的绝缘性能和高的热性能，电部件的各部分之间的间隙相对小。
然而，液体绝缘变压器，且特别是油浸没的变压器，在严重的故障条件下承受着火和爆炸的风险。在敏感区域，例如地下变电站、城市区域、精炼厂和离岸装置，这可能是关键的。在这样的情况下，由于安全性原因，优选使用填充有非可燃气体的气体绝缘变压器。例如，使用SF6作为绝缘气体的变压器已经在市场上可得。
在试图找到具有高绝缘性能同时具有低于SF6的低全球变暖潜势(GWP)的备选绝缘流体中，例如在WO2011/048039中已提出在变压器中使用氟酮。
气体绝缘变压器需要在高于指定的最低操作温度(其可能例如低至-25℃)的环境温度下具有完全功能。因此，通常使用在操作条件(即，低至最低操作温度)下为气态的绝缘流体。
然而，氟酮具有相对高的沸点，且因此即使在高于最低操作温度的温度下承受冷凝的风险。然而，如果绝缘介质部分冷凝，电装置(特别是变压器或反应器)的介电承受能力或介电强度降低，意味着其可能不能被通电至完全定额的电压。
为了降低冷凝的风险，通常选择相对低分压的氟酮，再一次对绝缘流体的介电承受能力以及冷却能力具有影响。
当装置在非操作状态时，即，在与电网连接之前，冷凝的风险特别明显。在该状态下，不存在功率损失，且因此不产生热量；在内部空间中的温度可能因此不足以保持绝缘流体为气态。
在冷的环境中，即，远低于绝缘流体的露点，在操作期间可能甚至发生冷凝现象，即，当通过装置的功率损失产生的热量不足以保持温度高于露点时。特别是当不存在负荷或仅存在很小负荷的情况下。
考虑现有技术状态的缺点，因此，待通过本发明解决的问题提供电设备，所述电设备包含具有气体绝缘的电装置，特别是气体绝缘变压器或气体绝缘反应器，其利用包含有机氟化合物的绝缘流体，所述设备允许以非常安全的方式启动装置的操作至完全定额的电压。
根据其它方面，本发明的目标还在于解决提供具有气体绝缘的电装置的问题，特别是气体绝缘变压器或气体绝缘反应器，其利用包含有机氟化合物的绝缘流体，所述设备允许非常安全的操作，独立于负荷条件。
分别通过独立权利要求1和19的主题解决所述问题。在从属权利要求和权利要求组合中给出优选的实施方案。
根据权利要求1，本发明涉及电设备，所述电设备包含具有气体绝缘的电装置，特别是气体绝缘变压器或气体绝缘反应器，包含封闭变压器内部空间的外壳，所述内部空间的至少一部分限定含有包含有机氟化合物的介电绝缘流体的绝缘空间。所述电装置还包含布置在绝缘空间中并被绝缘流体围绕的电部件，所述电部件包含至少一个绕组。根据本发明，所述电设备包含电连接器，通过使至少一个绕组中的一个或多个与电网连接，使装置从非操作状态到操作状态。所述电设备还包含辅助电源，当电装置为非操作状态时，所述辅助电源可与至少一个绕组中的一个或多个连接。
在本发明的上下文中使用的术语“绕组”应宽泛地解释，且特别是，还包括电压系统形式的绕组，该电压系统本身包含两个或更多个绕组或线圈。
术语“具有气体绝缘的电装置”应宽泛地包括具有至少一个具有气体绝缘的部件、部分或隔室的任何电装置并且还应当包括任何完全气体绝缘电装置。
在本发明的上下文中使用的术语“非操作状态”特别涉及其中所有绕组与电网电流隔离的状态。优选，断路器和隔离器的组合用于保持绕组离网和使相应的绕组与辅助电源安全地连接。
在本发明的上下文中使用的术语“反应器”特别涉及电反应器，更特别是用于电流限制设备和/或反应性功率补偿设备。
通过使一个或多个绕组与辅助电源连接，特别是在电装置变得可操作之前，即，在其与电网连接之前，即，在电装置的启动相中，可以通过功率损失产生热。这再次允许冷凝的绝缘流体成为气态，且因此在开始操作电装置之前，可实现标称组成以及因此足够高介电强度的绝缘气体。
具体地，辅助电源因此被设计使得在与辅助电源连接的至少一个绕组中产生热。因此，绕组充当产生用于蒸发存在于绝缘空间中的绝缘流体的任何冷凝物所需的热量的加热元件。因此，不需要另外的加热工具，这最终允许实现装置的非常紧凑的设计。
对热的产生，本发明允许使用非负荷损失、负荷损失，或二者。特别是，交流(AC)电源或直流(DC)电源可用于加热。优选交流电源，如以下将更详细讨论的。特别是，可选择具有与电装置的定额的负荷损失可比的电功率定额的交流辅助电源。
然而，如果直流电源可用，例如用于为电装置的次级设备(例如某些SCADA设备)供电，仅使用该DC来源，通过欧姆损失可产生热。进一步还可为绕组供应高频电压，从而在芯中将产生相同高频的磁场。本文中，高频应宽泛地包括高于电网频率的频率(即，高于50 Hz或高于60 Hz或高于16 2/3 Hz)，并且特别是，可包括在kHz范围或10 kHz范围或100 kHz范围或更高的频率。
应理解的是，除了电装置、电连接器和辅助电源之外，电设备可包含其它单个部件，例如隔离器。
如所提及的，具有本发明的气体绝缘的电装置优选为气体绝缘变压器或气体绝缘反应器。因此，本发明利用变压器或反应器固有的一个或多个绕组，通过将它们与电网以外的电源连接，以适时制备变压器或反应器，且特别是其介电承受，用于在操作状态期间存在的介电条件。
根据一个实施方案，电装置为气体绝缘变压器，尤其是气体绝缘电力变压器。因此，该实施方案的电部件每个相包含至少两个绕组，每个相包括初级绕组和次级绕组，并且还包含磁芯。从而，电连接器被设计用于通过使初级绕组与电网连接，使变压器从非操作状态到操作状态，特别是启动相。
特别是，除初级绕组(此处例如为与主要交流电源连接的绕组)之外，至少两个绕组还包含次级绕组(此处例如为与负荷连接的绕组)。在实施方案中，还可存在其它绕组，例如第三绕组、第四绕组或其它绕组。
在气体绝缘变压器的实施方案中，绕组可缠绕磁芯，如在“芯型”变压器的情况下，或者可被磁芯围绕，如在“壳型”变压器的情况下。
在实施方案中，装置为电力变压器。
如以上讨论的，辅助电源通常被设计使得在与辅助电源连接的任何绕组中产生热。如以下更详细讨论的，辅助电源理想地还可用于为变压器的其它部件供应电力，例如另外的加热元件和/或风扇。
在实施方案中，电设备还包含用于使不与辅助电源连接的至少一个绕组发生短路的工具。特别是，当电装置离网时，且特别是当电装置在其次级侧上与网隔开时，这样的工具将使不与辅助电源连接的至少次级绕组或初级绕组发生短路。
在其中辅助电源为辅助交流电源的以上提及的实施方案中，优选使电源定额，使得感应在与辅助交流电源连接的绕组(特别是初级绕组)中的电压，使得在至少一个短路的绕组(特别是次级绕组)中产生至多200%的定额的电流，优选至多150%，且更优选至多100%的定额的电流。根据一个优选的实施方案，使辅助交流电源定额，使得感应与之连接的绕组中的电压，使得在至少一个短路的绕组中产生至少约定额的电流或更少。
在实施方案中，辅助电源为直流(DC)电源，特别是用于为电装置的次级设备供应电力，用于在电装置的非操作状态特别是启动相期间，在与辅助电源连接的至少一个绕组中产生欧姆损失。
在实施方案中，辅助电源为高频电源。具体地，辅助电源为高频电源，用于在气体绝缘变压器的非操作状态特别是启动相期间，在气体绝缘变压器的磁芯中产生高频磁性损失。
根据实施方案，电连接器为开关，用于将至少一个绕组从与电网连接转换为与辅助电源连接，且特别是，反之，从与辅助电源连接转换为与电网连接。这再次有助于电设备非常紧凑的设计。
在实施方案中，电连接器包含断路器，特别是与隔离器组合，用于中断和保持电装置离网，特别是用于中断和保持电装置的初级侧与网中断，并且当电装置离网时，特别是当电装置在其初级侧上与网隔开时，还包含用于将至少一个绕组中的至少一个与辅助电源连接的接触工具。
根据一个具体的实施方案，辅助电源被设计用于进一步为属于电装置的至少一个风扇和/或至少一个另外的热元件供应电力。在此情境下，另外的热元件指通过与辅助电源连接的绕组形成的热元件以外的热元件。风扇和另外的热元件允许在装置的内部空间内均质热分布。通过为这些部件和为充当热元件的绕组使用相同的功率供应，可实现非常紧凑的设计。
如所提及的，本发明还涉及一种气体绝缘装置，特别是用于如上所述的电设备。
电装置包括气体绝缘，并且包含散热器，用于将热从内部空间输送至装置的外部。借助散热器，在装置的操作期间产生的过量的热可因此被有效放出。散热器被设计成被携带在电装置的任何绕组中和/或在磁芯(如果存在)中产生的热的传热流体经过，所述传热流体的流动限定传热流体路径。
根据本发明，所述装置还包含用于传热流体的旁路通道，所述传热流体在散热器上游从传热流体路径分叉，使得允许至少一部分传热流体绕过散热器。
通常，传热流体和绝缘流体为一种并且相同。具体地，其为传热气体。
传热流体路径可至少部分为通道形式，特别是被通道壁封闭的通道。
在完全概述中，即，在本申请的情况下或独立于此，通常对于电的中电压或高电压装置，散热器可被设计成向环境传热，或使用含有例如本文公开的有机氟化合物的绝缘流体和/或灭弧介质或任何其它SF6-取代介电绝缘流体和/或灭弧介质，通过散热器放出的热可进一步用于加热其它电设备或装置。特别是，使用不同于SF6的备选气体，且特别是，还使用本文提及的绝缘流体和/或灭弧介质，热可用于气体绝缘开关齿轮或其部件。为了该目的，相应的通道(特别是管道或管子形式)可布置在外壳的外部上，用于将从散热器接受的热输送至其它电设备，特别是GIS。
如以上所提及的，本发明的电装置优选为气体绝缘变压器或气体绝缘反应器，特别是气体绝缘变压器，更特别是气体绝缘电力变压器。
在实施方案中，在旁路通道的分叉的下游，传热流体路径形成散热器入口通道，并且在旁路通道的分叉处布置阀(特别是三孔阀)，用于分别至少部分打开和关闭旁路通道和散热器入口通道。因此，可控制传热流体的流动，并且经过和/或绕过散热器的传热流体的量可适应在变压器内部空间中的实际温度情况。一方面，如果需要热使冷凝物成为气相或以抵消可能导致冷凝的温度下降，提高绕过散热器的传热流体的量。另一方面，还考虑保持绝缘流体为完全气态所需的热，如果产生过量的热，所述过量的热可通过引导相应量的传热流体经过散热器而放出。
进一步优选与散热器直接相邻和在散热器的下游(其中下游由传热流体的流动方向限定)，传热流体路径形成散热器出口通道，在距散热器的一段距离，旁路通道在散热器出口通道中打开。因此，引导通过旁路通道的部分传热流体再次进入传热流体路径，和相应的转移流体的循环。由于通过绕过传热流体携带的热不在散热器中放出的事实，相对高量的热能从而被带入循环，有助于在变压器内部空间中保持相对高温。
取决于在绝缘空间中的温度情况，可特别优选布置风扇，用于产生传热流体的流动，特别是从传热流体旁路通道和/或从散热器出口通道流动到绝缘空间中，和/或用于均质混合包含在传热流体中的流体组分。
除了通过对流冷却变压器的功能以外，风扇还用于均质混合绝缘流体，因此允许实现均质绝缘流体组成和在整个绝缘空间中均质热分布。当相对高比重的绝缘流体组分(例如氟酮)与背景气体(例如CO2和/或O2)组合使用时，这特别相关，由于氟酮在底部区域累积，其在没有恒定混合下可能发生，通过风扇可有效避免累积。风扇产生传热流体的流动，取决于温度情况，允许该流经过和/或绕过散热器。
如果提供风扇，可实现多种不同的冷却模式。根据第一模式，风扇为非激活的并且旁路通道打开，从而提供最小冷却。通过激活风扇或通过至少部分关闭旁路通道，从而提高传热流体经过散热器的量，可提高冷却。通过激活风扇并且同时关闭旁路通道，可得到最大冷却。
在加热电装置的程序期间，旁路通道通常至少部分打开。优选，在该程序期间风扇在操作中，从而产生至少部分经过旁路通道的传热流体的流动。
在本发明的上下文中使用的术语“风扇”应宽泛地解释并且包括用于产生气体流动的任何设备，且特别地包括通风机、吹气机或泵。
根据一个实施方案，装置还包含收集槽，用于收集绝缘流体的冷凝物。优选装置还包含另外的热元件，用于蒸发冷凝物，特别是包含在收集槽中的冷凝物。通过在收集槽中收集冷凝的绝缘流体，通过将热能具体地输送至收集槽，特别输送至其壁，可实现非常有效的蒸发。
优选，另外的热元件和/或风扇与辅助电源连接，用于电力供应。可替代地或另外，还可借助热能供应另外的热元件和/或风扇，例如通过使用地热能或分布的加热。
根据一个实施方案，有机氟化合物选自：氟醚(特别是氢氟单醚)、氟酮、氟烯烃(特别是氢氟烯烃)，和它们的混合物，由于已发现这些种类的化合物具有非常高的绝缘能力，特别是高介电强度(或击穿场强)，同时低GWP和低毒性。
本发明包括其中相应的绝缘流体包含氟醚(特别是氢氟单醚)、氟酮和氟烯烃(特别是氢氟烯烃)中的任一种的实施方案以及其中其包含这些化合物中的至少两种的混合物的实施方案二者。
在实施方案中，绝缘流体还包含背景气体，特别是选自空气、空气组分、氮、氧、二氧化碳、氮氧化物和它们的混合物。
在本发明的上下文中使用的术语“氟醚”包括全氟醚(即，完全氟化的醚)和氢氟醚(即，仅部分氟化的醚)二者。术语“氟醚”还包括饱和化合物以及不饱和化合物，即，在碳原子之间包括双键和/或叁键的化合物。与氟醚的氧原子连接的至少部分氟化的烷基链可彼此独立地为直链或支链。
术语“氟醚”还包括非环状和环状醚二者。因此，与氧原子连接的两个烷基链可任选形成环。特别是，该术语包括氟环氧乙烷。在一个具体的实施方案中，根据本发明的有机氟化合物为全氟环氧乙烷或氢氟环氧乙烷，更尤其是包含3-15个碳原子的全氟环氧乙烷或氢氟环氧乙烷。
在实施方案中，相应的绝缘流体包含含有至少3个碳原子的氢氟单醚。除了它们的高介电强度以外，这些氢氟单醚在高达高于140℃的温度下化学稳定并且热稳定。它们无毒或具有低毒性水平。此外，它们非腐蚀并且非爆炸性。
本文使用的术语“氢氟单醚”指具有一个且仅一个醚基的化合物，所述醚基连接两个烷基，所述烷基可彼此独立地为直链或支链，并且可任选形成环。因此，所述化合物与在例如涉及在传热流体中使用含有两个醚基的化合物(即，氢氟二醚)的US-B-7128133中公开的化合物明显不同。
本文使用的术语“氢氟单醚”进一步理解为使得单醚部分氢化和部分氟化。进一步理解为其可包含不同结构的氢氟单醚的混合物。术语“在结构上不同的”应宽泛地包括在氢氟单醚的总化学式或结构式中的任何差异。
如以上所提及的，已发现含有至少3个碳原子的氢氟单醚具有相对高的介电强度。特别是，根据本发明的氢氟单醚的介电强度与SF6的介电强度的比率大于约0.4。
同样如所提及的，氢氟单醚的GWP低。优选，经100年，GWP小于1’000，更具体地，经100年，小于700。本文提及的氢氟单醚具有相对低的大气寿命，此外，缺乏卤素原子，即，Cl、Br或I，卤素原子在臭氧破坏催化循环中起作用。本文提及的氢氟单醚的臭氧耗尽潜势(ODP)为零，从环境的角度，这非常有利。
优选含有至少3个碳原子因此具有大于-20℃的相对高的沸点的氢氟单醚基于较高沸点的氢氟单醚通常具有较高的介电强度的发现。
根据其它实施方案，氢氟单醚含有精确地3或4或5或6个碳原子，特别是精确地3或4个碳原子，最优选精确地3个碳原子。
更特别是，氢氟单醚因此为至少一种选自通过以下结构式限定的化合物的化合物，其中一部分氢原子被氟原子各自取代：
通过使用含有3或4个碳原子的氢氟单醚，通过适度加热装置的绕组，可实现蒸发。因此，在操作装置之前，可实现其每一个组分为气态的绝缘流体。
考虑化合物的可燃性，进一步有利的是，可选择氢氟单醚的氟原子的数目与氟和氢原子的总数的比率(此处简称为“F-比率”)为至少5:8。已发现落入该定义的化合物通常非可燃，且因此导致符合最高安全性要求的绝缘流体。
根据其它实施方案，氟原子的数目与碳原子的数量的比率(此处简称为“F/C-比率”)在1.5:1至2:1范围。这样的化合物通常经100年具有小于1’000的GWP，且因此非常环保。特别优选氢氟单醚经100年具有小于700的GWP。
根据本发明的其它实施方案，氢氟单醚具有通用结构(O)
CaHbFc-O-CdHeFf (O)
其中a和d独立地为1-3的整数，其中a + d = 3或4或5或6，特别是3或4，b和c独立地为0-11的整数，特别是0-7，其中b + c = 2a + 1，和e和f独立地为0-11的整数，特别是0-7，其中e + f = 2d + 1，其中进一步b和e中的至少一个为1或更大，并且c和f中的至少一个为1或更大。
从而其为一个优选的实施方案，在氢氟单醚的通用结构或化学式(O)中：a为1，b和c独立地为0-3范围的整数，其中b + c = 3，d = 2，e和f独立地为0-5范围的整数，其中e +f = 5，其中进一步b和e中的至少一个为1或更大，并且c和f中的至少一个为1或更大。
根据一个更具体的实施方案，在通用结构(O)中，c和f中精确地一个为0。在醚键的一侧上的氟的相应的组与另一侧保持未被取代，称为“隔离”。与相同链长的未隔离的化合物相比，已发现隔离降低沸点。
最优选，氢氟单醚选自五氟-乙基-甲基醚(CH3-O-CF2CF3)和2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚(CF3OCH2CF3)。五氟-乙基-甲基醚的沸点为+5.25℃并且经100年GWP为697，F-比率为0.625，而2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚的沸点为+11℃并且经100年GWP为487，F-比率为0.75。它们的ODP均为0，且因此，在环境上完全可接受。
此外，已发现五氟-乙基-甲基醚在175℃的温度下热稳定达30天，且因此完全适用于在装置中给出的操作条件。由于较高分子量的氢氟单醚的热稳定性研究已显示，与具有部分氢化基团的那些相比，含有完全氢化的甲基或乙基的醚具有较低的热稳定性，可假定2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚的热稳定性甚至更高。
氢氟单醚(通常)和五氟-乙基-甲基醚以及2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚(特别地)显示人毒性的低风险。这可由哺乳动物HFC(氢氟烃)试验的可用结果推断。同样，对商品氢氟单醚可用的信息不能给出本申请的化合物的致癌性、诱变性、复现/发展效果和其它慢性效果的任何证据。
基于较高分子量的商品氢氟醚可用的数据，可推断氢氟单醚(且特别是五氟-乙基-甲基醚以及2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚)具有高于10’000 ppm的致命浓度LC 50，还从毒物学的观点，使得它们适合。
提及的氢氟单醚具有比空气更高的介电强度。特别是，在1巴下五氟-乙基-甲基醚的介电强度比在1巴下空气的介电强度高到约2.4倍。
给定其沸点，优选低于55℃，更优选低于40℃，特别是低于30℃，提及的氢氟单醚(特别是相应地五氟-乙基-甲基醚和2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚)在操作条件下通常为气态。另外，在操作装置前，可实现其中每一种组分为气态的绝缘流体，这是有利的。
可替代地或除了以上提及的氢氟单醚以外，相应的绝缘流体包含含有4-12个碳原子的氟酮。
在本申请中使用的术语“氟酮”应当宽泛地解释并且应当包括全氟酮和氢氟酮二者，并且还应当包括饱和化合物和不饱和化合物(即，在碳原子之间包括双键和/或叁键的化合物)二者。氟酮的至少部分氟化的烷基链可为直链或支链，或者可形成环，其任选被一个或多个烷基取代。在示例性实施方案中，氟酮为全氟酮。在其它示例性实施方案中，氟酮具有支链烷基链，特别是至少部分氟化的烷基链。在再其它示例性实施方案中，氟酮为完全饱和的化合物。
根据另一方面，根据本发明的绝缘流体可包含具有4-12个碳原子的氟酮，氟酮的至少部分氟化的烷基链形成环，其任选被一个或多个烷基取代。
特别优选绝缘流体包含含有精确地5个碳原子或精确地6个碳原子的氟酮或它们的混合物。与具有较大链长(具有大于6个碳原子)的氟酮相比，含有5个碳原子或6个碳原子的氟酮具有相对低沸点的优点，允许有效抵消被本发明的设备和装置的液化。
根据实施方案，氟酮为至少一种选自通过以下结构式限定的化合物的化合物，其中至少一个氢原子被氟原子取代：
含有5个或更多个碳原子的氟酮是进一步有利的，因为它们通常无毒，具有用于人安全性的突出的极限。这与具有小于4个碳原子的氟酮相反，例如六氟丙酮(或六氟丙酮)，其有毒并且非常具有反应性。特别是，含有精确地5个碳原子的氟酮(此处简称为氟酮a))和含有精确地6个碳原子的氟酮在高达500℃下热稳定。
根据一个具体的实施方案，特别是包含具有精确地5个碳原子，且更特别是具有根据(Ia)至(Ii)的结构式的氟酮的介电绝缘流体还可包含背景气体，特别是选自：空气、空气组分、氮、氧、二氧化碳、氮氧化物(包括但不限于NO2、NO、N2O)，和它们的混合物。
在本发明的实施方案中，优选具有支链烷基链的氟酮，特别是氟酮a)，因为它们的沸点比具有直烷基链的相应的化合物(即，具有相同分子式的化合物)的沸点低。
根据实施方案，氟酮a)为全氟酮，特别地具有分子式C5F10O，即，为完全饱和的，在碳原子之间不具有双键或叁键。氟酮a)可更优选选自1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮(也称为十氟-2-甲基丁-3-酮)、1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-十氟戊-2-酮、1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-十氟戊-3-酮和八氟环戊酮，且最优选为1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮。
1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮可通过以下结构式(I)表示：
已发现具有分子式CF3C(O)CF(CF3)2或C5F10O的1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮(此处简称为“C5-酮”)特别优选用于高和中电压绝缘应用，因为其具有高介电绝缘性能的优点，特别是在与介电载气的混合物中，具有非常低的GWP并且具有低沸点。其ODP为0，并且在实践中无毒。
根据实施方案，通过组合不同的氟酮组分的混合物，可实现甚至更高的绝缘能力。在实施方案中，含有精确地5个碳原子的氟酮(如上所述，并且此处简称为氟酮a))和含有精确地6个碳原子或精确地7个碳原子的氟酮(此处简称为氟酮c))可同时有利地为介电绝缘的部分。因此，具有多于一种氟酮(各自本身有助于绝缘流体的介电强度)，可实现绝缘流体。
在实施方案中，其它氟酮c)为至少一种选自通过以下结构式限定的化合物的化合物，其中至少一个氢原子被氟原子取代：
以及具有精确地6个碳原子的任何氟酮，其中氟酮的至少部分氟化的烷基链形成环，其被一个或多个烷基(IIh)取代；
和/或为至少一种选自通过以下结构式限定的化合物的化合物，其中至少一个氢原子被氟原子取代：
特别是十二氟-环庚酮，
以及具有精确地7个碳原子的任何氟酮，其中氟酮的至少部分氟化的烷基链形成环，其被一个或多个烷基(IIIo)取代。
本发明包括选自根据结构式(Oa)至(Or)、(Ia)至(Ii)、(IIa)至(IIh)、(IIIa)至(IIIo)的化合物的每一种化合物或化合物的每一种组合，和它们的混合物。
根据另一方面，根据本发明的介电绝缘流体可包含具有精确地6个碳原子的氟酮，其中氟酮的至少部分氟化的烷基链形成环，任选被一个或多个烷基取代。此外，这样的介电绝缘流体可包含背景气体，特别是选自：空气、空气组分、氮、氧、二氧化碳、氮氧化物(包括但不限于NO2、NO、N2O)，和它们的混合物。此外，公开了包含这样的介电绝缘流体的电装置。
根据再一方面，绝缘流体可包含具有精确地7个碳原子的氟酮，其中氟酮的至少部分氟化的烷基链形成环，任选被一个或多个烷基取代。此外，这样的绝缘流体可包含背景气体，特别是选自：空气、空气组分、氮、氧、二氧化碳、氮氧化物(包括但不限于NO2、NO、N2O)，和它们的混合物。此外，公开了包含这样的绝缘流体的电装置。
本发明包括包含选自根据结构式(Oa)至(Or)、(Ia)至(Ii)、(IIa)至(IIg)、(IIIa)至(IIIn)的化合物的每一种化合物或化合物的每一种组合的任何绝缘流体，和它们的混合物，其中绝缘流体还包含背景气体，特别是选自：空气、空气组分、氮、氧、二氧化碳、氮氧化物(包括但不限于NO2、NO、N2O)，和它们的混合物。此外，公开了包含这样的绝缘流体的电装置。
取决于根据本发明的设备和装置的具体应用，含有精确地6个碳原子的氟酮(落入以上提及的符号名称“氟酮c)”)可优选用于相应的绝缘空间隔室；这样的氟酮无毒，对于人安全性具有突出的极限。
在实施方案中，与氟酮a)一样，氟酮c)为全氟酮，和/或具有支链烷基链，特别是至少部分氟化的烷基链，和/或氟酮c)含有完全饱和的化合物。特别地，氟酮c)具有分子式C6F12O，即，为完全饱的，在碳原子之间不具有双键或叁键。更优选，氟酮c)可选自1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮(也称为十二氟-2-甲基戊-3-酮)、1,1,1,3,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-2-酮(也称为十二氟-4-甲基戊-2-酮)、1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-3-(三氟甲基)戊-2-酮(也称为十二氟-3-甲基戊-2-酮)、1,1,1,4,4,4-六氟-3,3-双-(三氟甲基)丁-2-酮(也称为十二氟-3,3-(二甲基)丁-2-酮)、十二氟己-2-酮、十二氟己-3-酮和十氟环己酮(总化学式为C6F10O)，且特别是提及的1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮。
1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮(也称为十二氟-2-甲基戊-3-酮)可通过以下结构式(II)表示：
已发现1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-3-酮(此处简称为“C6-酮”，分子式为C2F5C(O)CF(CF3)2)因为其高绝缘性质及其极低的GWP而特别优选用于高电压绝缘应用。具体地，其压力降低的击穿场强为约240 kV/(cm*bar)，这远高于具有低得多的介电强度的空气的击穿场强(Ecr = 25 kV/(cm*bar))。其臭氧耗尽潜势为0并且无毒。因此，环境影响比当使用SF6时低得多，同时实现对于人安全性突出的极限。
如以上所提及的，有机氟化合物还可为氟烯烃，特别是氢氟烯烃。更特别是，氟烯烃或氢氟烯烃分别含有精确地3个碳原子。
根据一个实施方案，氢氟烯烃因此选自：1,1,1,2-四氟丙烯(HFO-1234yf)、1,2,3,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234yc)、1,1,3,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234zc)、1,1,1,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234ze)、1,1,2,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234ye)、1,1,1,2,3-五氟丙烯(HFO-1225ye)、1,1,2,3,3-五氟丙烯(HFO-1225yc)、1,1,1,3,3-五氟丙烯(HFO-1225zc)、(Z)1,1,1,3-四氟丙烯(HFO-1234zeZ)、(Z)1,1,2,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234yeZ)、(E)1,1,1,3-四氟丙烯(HFO-1234zeE)、(E)1,1,2,3-四氟-2-丙烯(HFO-1234yeE)、(Z)1,1,1,2,3-五氟丙烯(HFO-1225yeZ)、(E)1,1,1,2,3-五氟丙烯(HFO-1225yeE)和它们的组合。
通过附图进一步说明本发明，其中：
图1 a纯粹示意性说明包含本发明的气体绝缘变压器的本发明的示例性电设备；
图2 a为根据本发明的示例性设备的变压器的初级侧的转换结构；和
图3 a为根据本发明的示例性设备的变压器的次级侧的转换结构。
根据图1，示例性电设备1包含电装置10，该电装置包括气体绝缘，在具体的实施方案中显示为气体绝缘变压器101。变压器101包含封闭内部空间14的外壳12。内部空间14限定含有包含有机氟化合物的介电绝缘流体的绝缘空间16。
在绝缘空间16中，布置电部件18并且被绝缘流体围绕。电部件18包含由第一导体19形成的第一绕组20(即，初级绕组20)和由第二导体21形成的第二绕组22(即，次级绕组22)，在所示的实施方案中，二者均围绕磁芯24布置。对于第一导体19和第二导体21二者，相应的套管26a、26b和28a、28b分别在外壳12的壁30中布置。
设备1还包含电连接器32，用于使变压器101从非操作状态到操作状态。根据所示的实施方案，通过使初级绕组20与电网连接的电连接器32实现这一点。
设备1还包含辅助电源34，当变压器101在非操作状态时，即，当变压器101与电网电流隔离时，辅助电源可与初级绕组20连接。在所示的实施方案中，辅助电源34为交流电源，并且电连接器32为电开关321，用于使初级绕组20从与电网连接转换为与辅助电源34连接。
根据所示的实施方案，电设备1包含工具36，特别是开关361，用于使次级绕组22发生短路。结合图1，如在图3中公开的，用于发生短路的工具36；361；41a，41b；42a，42b，42c可包含断路器CB2、42a、42b、42c，用于中断和保持电装置10离网，特别是用于在其次级侧上中断电装置10和在其次级侧上保持其与网中断。
变压器101的初级侧(此处，供应侧)的示例性转换结构在图2中显示，而次级侧(此处，负荷侧)的一种具体结构在图3中显示。根据具体的实施方案，变压器101因此为在初级侧上采用星连接的绕组20a、20b、20c并且在次级侧上采用三角连接的绕组的三相电力变压器101，相应的相的电线缩写为L1、L2、L3，其中星结构的中性电线缩写为N。
在所示的非操作状态中，将属于初级侧的在断路器CB1或第一三相断路器CB1中的触点38a、38b、38c、38d打开，且变压器101因此与电网电流隔离。在该状态中，通过关闭相应的触点40a、40b、40c(相应的电线缩写为Aux1、Aux2和Aux3)，初级绕组20a、20b、20c可与辅助电源34连接。
在次级侧上，当将在相应的断路器CB2或第二三相断路器CB2中的触点42a、42b、42c打开时，借助相应的触点41a、41b可使绕组22a、22b、22b短路。因此，用于发生短路的工具36；361；41a，41b；42a，42b，42c可包含断路器CB2、42a、42b、42c，用于中断和保持电装置10离网，特别是用于在其次级侧上中断电装置10和在其次级侧上保持其与网中断。从而，触点41a、41b在绕组20或22之间(此处在次级绕组22a、22b、22c之间)充当短路触点。
通过辅助交流电源34，在初级侧的绕组20a、20b、20c中可感应电压，以在次级侧的绕组22a、22b、22c中产生至少大约定额的电流，最终通过功率损失允许有效加热绝缘空间16，因此用于保持绝缘流体(且特别是包含在其中的有机氟化合物)为气相。
在示例性实施方案中，在图1中显示的外壳的底部壁30'中布置槽44，槽44在收集槽46中打开。槽44和收集槽46被设计用于收集绝缘流体的冷凝物。加热线圈481形式的另外的热元件48与收集槽46连接，用于蒸发包含在收集槽46中的冷凝物。另外的热元件48与辅助电源34连接，用于电力供应。
在示例性实施方案中，变压器101还可包含风扇50，在所示的实施方案中，在外壳12的底部区域中布置风扇。与辅助电源一样，热元件48以及风扇50也可例如与辅助电源34连接，用于电力供应。
变压器101还可包含散热器52，在距电部件18的一段距离，散热器与外壳12连接。散热器52被设计成被携带在绕组20、22和/或芯24的任一个中产生的热的传热流体经过，从而从内部空间14向变压器101的外部传热。
传热流体的流动限定传热流体路径54，借助箭头在图1中仅示意性显示。
电装置10还可包含用于传热流体的旁路通道56，所述传热流体在散热器52上游从传热流体路径54分叉，使得允许至少一部分传热流体绕过散热器52。
在旁路通道56的分叉的下游，传热流体路径54形成散热器入口通道58，其在散热器52中打开。在旁路通道56的分叉处，可布置阀60，尤其是三孔阀60，用于分别至少部分打开和关闭旁路通道56和散热器入口通道58。
与散热器52直接相邻和在其下游，即，在传热流体下游的方向，传热流体路径54形成散热器出口通道62，在距散热器52的一段距离，旁路通道56在出口通道中打开。
借助风扇50，可产生传热流体的流动，具体地从旁路通道56和/或散热器出口通道62特别地到绝缘空间16中。
变压器101还包含温度传感器64，尤其是温度计、压力和/或气体密度传感器66(尤其是压力计)和化学传感器68(尤其是色谱传感器)或光学传感器(更尤其是UV传感器)。借助这些传感器，可测定在绝缘空间16中的实际条件。特别是，可测定气体组成或气体密度，并且与标称组成和/或标称密度相比较。
例如，在操作变压器101之前，即，在其中绕组20、22仍与电网电流隔离的起动相中，初级绕组20与辅助电源34连接，并且次级绕组短路。在所示的实施方案中，辅助电源34为定额的辅助交流电源341，使得在初级绕组20中感应用于在次级绕组22中产生至多100%的定额的电流所需的电压。由于功率损失，将绕组20、22加热，因此在绝缘空间16中实现温度提高，允许冷凝绝缘流体成为气态。最终，在开始操作变压器101之前，可因此实现标称组成的绝缘气体并因此实现足够高的介电强度的绝缘气体。
换言之，辅助电源34被设计使得产生热，用于至少部分或完全蒸发介电绝缘流体，以提高介电绝缘流体的气相的介电强度高于电装置10的操作阈值介电强度值。
因此，优选变压器101的绕组20、22用作加热元件，该加热元件产生在操作之前用于蒸发存在于绝缘空间16中的绝缘流体的任何冷凝物所需的热量。
在操作期间，借助上述风扇50，产生传热流体的恒定的流，因此确保变压器101被恒定冷却。风扇50还用于永久混合绝缘流体，以在整个绝缘空间16中得到均质绝缘流体组成和热分布。
借助以上提及的传感器64、66、68，可恒定监测在绝缘空间16中的条件，特别是温度、压力以及绝缘流体的组成和密度。
例如如果测量的温度和/或有机氟化合物的分压与标称值的比较揭示需要液体有机氟化合物成为气相，借助控制绕过散热器52的传热流体的量的阀60，可实现这一点。具体地，提高绕过散热器52的传热流体的量。
另一方面，还考虑保持绝缘流体为完全气态所需的热，如果测量的温度揭示产生过量的热，所述过量的热可通过引导相应量的传热流体经过散热器52而放出。为了该目的，可关闭旁路通道56。
为了控制变压器101的电操作和/或绝缘流体的组成，变压器包含控制设备70，其允许控制例如风扇50的模式和旁路通道打开的程度，例如通过控制阀60的模式。
参考数字列表
1 电设备
10，101 电装置；变压器
12 外壳
14 内部空间
16 绝缘空间
18 电部件
19 第一电线
20 第一(初级)绕组
21 第二电线
22 第二(次级)绕组
24 磁芯
26a，26b 用于第一电线的套管
28a，28b 用于第二电线的套管
30，30’ 外壳壁；外壳的底部壁
32 电连接器
321 电开关
34；341 辅助电源；辅助交流电源
36，361 用于使次级绕组发生短路的工具；开关
38a-38d 在断路器(初级侧)中的触点
40a-40c 用于使绕组(初级侧)与辅助电源连接的触点
41a，41b 用于使绕组(次级侧)发生短路的触点
42a-42c 在断路器(次级侧)中的触点
44 槽
46 收集槽
48，481 另外的热元件，加热线圈
50 风扇
52 散热器
54 传热流体路径
56 旁路通道
58 散热器入口通道
60 阀
62 散热器出口通道
64 温度传感器
66 压力和/或气体密度传感器
68 化学传感器
70 控制设备

Claims (27)

1. 一种电设备(1)，所述设备包含
电装置(10)，所述电装置包括气体绝缘，特别是气体绝缘变压器(101)或气体绝缘反应器，包含封闭内部空间(14)的外壳(12)，所述内部空间(14)的至少一部分限定含有包含有机氟化合物的介电绝缘流体的绝缘空间(16)，且电部件(18)布置在所述绝缘空间(16)中并被所述绝缘流体围绕，所述电部件(18)包含至少一个绕组(20，22)，所述电设备(1)还包含
电连接器(32)，用于通过使至少一个绕组(20，22)中的一个或多个与电网连接，使所述电装置(10)从非操作状态到操作状态，
其中所述设备(1)还包含辅助电源(34)，当所述电装置(10)在非操作状态时，所述辅助电源可与至少一个绕组(20，22)中的一个或多个连接。
2.权利要求1的电设备(1)，其中所述电装置(10)为气体绝缘变压器(101)，尤其是气体绝缘电力变压器，其电部件(18)每个相包含至少两个绕组(20，22)，每个相包括初级绕组(20)和次级绕组(22)，并且还包含磁芯(24)，并且所述电连接器(32)被设计成用于通过使所述初级绕组(20)与电网连接，使所述变压器(101)从非操作状态到操作状态。
3.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述辅助电源(34)被设计使得在所述电装置(10)的非操作状态特别是启动相期间，在至少一个绕组(20，22)，特别是与所述辅助电源(34)连接的初级绕组(20)或次级绕组(22)中产生热。
4.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述辅助电源(34)被设计使得产生热，用于至少部分或完全蒸发所述介电绝缘流体，以提高所述介电绝缘流体的气相的介电强度高于所述电装置(10)的操作阈值介电强度值。
5.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述辅助电源(34)为辅助交流电源(341)，特别是其中所述辅助交流电源(341)具有与所述电装置(10)的定额的负荷损失可比的电功率定额。
6.权利要求5的电设备(1)，其中所述电设备还包含用于使至少一个绕组(22，20)，特别是次级绕组(22)或初级绕组(20)发生短路的工具(36；361；41a，41b；42a，42b，42c)，所述绕组与所述辅助电源(34)连接或不连接，特别是当所述电装置(10)离网时，特别地，当所述电装置(10)在其次级侧上与网隔开时，所述绕组与所述辅助交流电源(341)不连接。
7.权利要求6的电设备(1)，其中用于发生短路的工具(36；361；41a，41b；42a，42b，42c)包含断路器(CB2，42a，42b，42c)，用于中断和保持所述电装置(10)离网，特别是用于在其次级侧上中断电装置(10)和在其次级侧上保持其与网中断。
8.权利要求5-7中任一项的电设备(1)，其中将所述辅助交流电源(341)定额，使得在至少一个绕组(20)，特别是与所述辅助交流电源(341)连接的初级绕组(20)中感应电压，使得在至少一个短路的绕组(22)，特别是次级绕组(22)中产生至多200%的定额的电流，优选至多150%，且更优选至多100%的定额的电流。
9.权利要求1-4中任一项的电设备(1)，其中所述辅助电源(34)为直流(DC)电源，特别是用于为所述电装置(10)的次级设备供应电力，用于在所述电装置(10)的非操作状态特别是启动相期间，在与所述辅助电源(34)连接的至少一个绕组中产生欧姆损失。
10.权利要求1-4中任一项的电设备(1)，其中所述辅助电源(34)为高频电源。
11.权利要求2或权利要求3-4中任一项的电设备(1)，当取决于权利要求2时，其中所述辅助电源(34)为高频电源，用于在所述气体绝缘变压器(101)的非操作状态特别是启动相期间，在所述气体绝缘变压器(101)的磁芯(24)中产生高频磁性损失。
12.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述电连接器(32)为电开关(321)，用于将至少一个绕组(20，22)从与电网连接转换为与所述辅助电源(34)连接。
13.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述电连接器(32)包含断路器(CB1；38a，38b，38c，38d)，特别是与隔离器组合，用于中断和保持所述电装置(10)离网，特别是用于中断和保持所述电装置(10)的初级侧与网中断，并且还包含接触工具(40a，40b，40c)，当所述电装置(10)离网时，特别是当所述电装置(10)在其初级侧上与网隔开时，用于使至少一个绕组(20，22)中的至少一个与所述辅助电源(34)连接。
14.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述辅助电源(34)被设计用于进一步为属于所述电装置(10)的至少一个风扇(50)和/或为至少一个另外的热元件(48)供应电力。
15.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述有机氟化合物选自：氟醚特别是氢氟单醚、氟酮、氟烯烃特别是氢氟烯烃，和它们的混合物。
16.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述绝缘流体包含含有至少3个碳原子的氢氟单醚。
17.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其中所述绝缘流体包含含有4-12个碳原子，优选含有精确地5个碳原子或精确地6个碳原子的氟酮或它们的混合物。
18.前述权利要求中任一项的电设备(1)，其特征在于所述绝缘流体还包含背景气体，特别是选自空气、空气组分、氮、氧、二氧化碳、氮氧化物，和它们的混合物。
19.包括气体绝缘的电装置(10)，特别是用于权利要求1-18中任一项的电设备(1)，所述装置(10)包含散热器(52)，用于将热从所述电装置(10)的内部空间(14)传输到外部，所述散热器(52)被设计成被携带在所述电装置(10)的至少一个绕组(20，22)中的任一个中和/或在所述电装置(10)的磁芯(24)中产生的热的传热流体经过，所述传热流体的流动限定传热流体路径(54)，
其中所述电装置(10)还包含用于所述传热流体的旁路通道(56)，所述传热流体在所述散热器(52)上游从所述传热流体路径(54)分叉，使得允许至少一部分所述传热流体绕过所述散热器(52)。
20.权利要求19的电装置(10)，其中所述电装置(10)为气体绝缘变压器(101)或气体绝缘反应器，特别是气体绝缘变压器(101)，更特别是气体绝缘电力变压器。
21.权利要求19-20中任一项的电装置(10)，其中在所述旁路通道(56)的分叉的下游，所述传热流体路径(54)形成散热器入口通道(58)，并且在所述旁路通道(56)的分叉处布置阀(60)，用于分别至少部分打开和关闭所述旁路通道(56)和所述散热器入口通道(58)。
22.权利要求19-21中任一项的电装置(10)，其中与所述散热器(52)直接相邻和在所述散热器(52)的下游，所述传热流体路径(54)形成散热器出口通道(62)，在距所述散热器(52)的一段距离，所述旁路通道(56)在所述散热器出口通道(62)中打开。
23.权利要求19-22中任一项的电装置(10)，所述电装置(10)还包含风扇(50)，用于产生传热流体的流动，特别是从所述旁路通道(56)和/或从所述散热器出口通道(62)流动到所述绝缘空间(16)中，和/或用于均质混合包含在所述传热流体中的流体组分。
24.权利要求19-23中任一项的电装置(10)，所述电装置(10)还包含收集槽(46)，用于收集所述绝缘流体的冷凝物。
25.权利要求19-24中任一项的电装置(10)，所述电装置(10)还包含另外的热元件(48)，用于蒸发冷凝物，特别是包含在所述收集槽(46)中的冷凝物。
26.权利要求23-25中任一项的电装置(10)，其中所述另外的热元件(48)和/或风扇(50)与所述辅助电源(34)连接，用于电力供应。
27.权利要求19-26中任一项的电装置(10)，所述电装置(10)还包含至少一个控制设备(70)，用于控制所述电装置(10)的电操作和/或所述绝缘流体的组成。
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