CN109565158A - 电能传输装置以及生命周期管理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电能传输装置(1)，其具有流体容纳腔(3)。在流体容纳腔(3)中包括有电绝缘的流体。电绝缘的流体至少部分是从电能传输装置(1)的周围环境中提取的空气。

Description

电能传输装置以及生命周期管理

本发明涉及一种具有流体容纳腔的电能传输装置，在所述流体容纳腔中包括有电绝缘的流体。

电能传输装置例如由欧洲专利申请EP 1 441 171 A2已知。在所述欧洲专利申请中的电能传输装置具有带流体容纳腔的封装壳体，在所述流体容纳腔中包括有电绝缘的流体。在该处使用工业气体(或称为技术气体)作为电绝缘的流体。工业气体在静止不动的装置中制造。从工业气体的制造位置向电能传输装置的运输是耗费的。通常为了运输需要满足特殊的环境条件。当在压力容器中运输工业气体时需要注意其它的安全规定。在从流体容纳腔中提取工业气体之后还需要将工业气体运走。因此，气体处理是耗费的工艺。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电能传输装置，其能够以简化的方式电绝缘。

该技术问题在本文开头所述类型的电能传输装置中通过以下方式解决，即所述流体至少部分通过从电能传输装置的周围环境中提取的大气空气构成。

电能传输装置用于传输电能。为此，电能传输装置具有相导体，所述相导体在施加电势差的情况下导引电流。电能传输装置的相导体在此需要被电绝缘，以避免在电压加载/电流导引期间短路。为了电绝缘，相导体可以至少区段性地由电绝缘的流体包围。在此，通过电绝缘的流体形成相导体相对于导引异常电势的构件的绝缘路径。绝缘路径例如可以在相导体与限定流体容纳腔的封装壳体之间延伸。相导体例如相对于封装壳体电绝缘地相间隔并且优选电绝缘地支撑在封装壳体上。为此，封装壳体本身可以至少区段性地具有电绝缘的区段。然而也可以规定，布置有单独的支座绝缘子，它们将相导体支撑在封装壳体上。此外，封装壳体可以至少区段性地由导电的材料构成。封装壳体的这种导电的区段优选具有地电势，从而在封装壳体上实现定义的电势导引。

电绝缘的流体优选以液态或者气态地布置在流体容纳腔中。电绝缘的流体在此是电绝缘的物质，其中，电绝缘的流体可以具有化合物或者不同化合物的混合物。因此例如可行的是，使用所谓的载体流体，该载体流体中加入了其它流体。由此可以根据存在的电压和电流比形成电绝缘的流体的最小耐压强度。因此，电绝缘的流体例如可以具有含氮气、氧气、二氧化碳、六氟化硫、氟酮、氟腈或者其它含氟的化合物的混合物。优选地，由周围环境提取的大气空气可以用作载体流体。电绝缘的流体也可以完全由从周围环境中提取的大气空气构成。

流体的组成、即至少部分来自电能传输装置的周围环境的大气空气的组成能够降低需要远离电能传输装置的安装位置合成的工业气体的所需体积。随着对于工业气体的需求的降低，降低了在运送方面的耗费，由此产生了成本和环境优势。大气空气可以直接在电能传输装置附近被提取并且置入流体容纳腔中。由此形成了这种可能性，即例如流体完全由从电能传输装置的周围环境中提取的大气空气构成或者利用所述大气空气以富集用于流体容纳腔的流体。在此，所提取的大气空气尤其可以用作载体流体。然而也可以规定，大气空气只以较少的份额包含在流体中。

电绝缘的流体可以密封地包括在流体容纳腔中。在此可以将流体容纳腔中的流体置于过压中，从而附加地改善电绝缘性能。限定流体容纳腔的封装壳体则可以用作压力容器。

另一有利的设计方案可以规定，大气空气在现场被处理，尤其是被净化。

根据对流体的电气要求，可以对大气空气进行处理，以确保最低品质。这尤其在以下情况下是有利的，即电能传输装置设置用于在不同气候区的不同位置使用。由此可以借助在现场对大气空气的处理实现应该置入流体容纳腔内的流体的标准化。通过净化大气空气，例如可以从待置入流体容纳腔内的大气空气中离析出灰尘、气溶胶、有机化合物、外来气体等。这种处理可以根据安装位置或者根据电能传输装置改变并且可以具有不同层级。除了净化，处理也可以包括大气空气的富集。所述富集例如可以通过物质(尤其是流体物质)实现，其改善绝缘强度、改善稳定性等。处理也可以包括从流体中去除物质。由此可以通过处理例如降低氧气含量。处理也可以包括以其它方式影响/改变流体。例如，可以使流体暴露于电磁辐射中。有利地，被处理的大气空气可以具有约65％至约100％、尤其是约80％的氮气份额以及约0％至约35％、尤其是约20％的氧气份额。为了处理大气空气，可以使用所谓的零级空气发生器。

另一有利的设计方案可以规定，在填充流体之前，将流体容纳腔抽真空。

流体容纳腔的抽真空业已证明有利于将包含在流体容纳腔中的物质如流体、例如不确定的大气空气，以及处于流体容纳腔中的颗粒和气溶胶从流体容纳腔中去除并且提供几乎无颗粒的流体容纳腔。由此，尤其当在置入流体容纳腔之前处理大气空气时可以确保防止事后的污染和由此对流体的电绝缘强度的影响。

另一有利的设计方案可以规定，所述大气空气在填充之前被处理，尤其是被净化。

在将大气空气填充到流体容纳腔之前对大气空气的处理实现了，在填充流体之前已经去除了包含在流体中的异物。相应地可以防止流体容纳腔被未处理的大气空气污染。

另一有利的设计方案可以规定，将所述流体排放到大气中。

将流体排放到大气中能够省去流体的清除过程，尤其是在流体大部分、尤其是全部由从大气空气、尤其是由从电能传输装置的周围环境提取的大气空气的构成的情况下。由此可以实现成本优势，因为省去了流体的运输。必要时可以规定，在将流体排放到大气中之前处理流体。由此，流体例如可以经过催化器，在所述催化器中例如在电能传输装置的运行期间使积聚在流体中的异物转化。也可以规定，为了处理使用过滤器，以便将异物结合。因此例如可行的是，在催化器/过滤器中转化或者结合气溶胶、如油，从而使排放到大气中的大气空气具有较高的纯度。优选地，处理可以用于去除氮氧化物。氮氧化物可以通过催化被处理/转化。

此外，使用或者提取电能传输装置的周围环境中的大气空气可以使得在电能传输装置的维修情况下以简化的方式将流体补充到流体容纳腔中，从而例如可以补偿流体损失。由于从周围环境中提取，可以省去例如为了工业气体预留储存容器并且取而代之可以按需从电能传输装置的周围环境中获得所需的流体量。因此例如也可以设置用于电绝缘的流体的自动化监测装置，其可能在需要时或者交替地在流体容纳腔中填充或者更换电绝缘的流体。

本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种用于电绝缘的流体的生命周期管理，所述流体需要布置在电能传输装置的流体容纳腔中以进行电绝缘。在此，生命周期管理所要解决的技术问题在于，在使用电绝缘的流体的时间中，即从电绝缘的流体产生直至清除电绝缘的流体的时间中，提供一种成本低廉的方法。

所述技术问题在前述的生命周期管理中由此解决，即从周围环境中提取大气空气，所提取的空气被处理并且置入流体容纳腔中。

从周围环境提取大气空气、处理被提取的空气并且将被处理的空气置入流体容纳腔中能够利用天然资源形成流体。所述流体能够以简单的方式获得，缩短运输路径并且由于使用大气空气可以在流体在电能传输装置中使用结束之后以简化的方式再清除流体。由此能够在生命周期中成本低廉地产生流体。

另一有利的设计方案可以规定，将所述流体置于过压中。

通过流体的压力加载可以附加地提高流体的电绝缘强度。为此，可以由封装壳体限定流体容纳腔，在所述流体容纳腔中布置电绝缘的流体，所述封装壳体是压力容器。相应地，可以在流体容纳腔中产生过压。通过所述过压可以改善电绝缘的流体的电绝缘强度，由此降低设置用于绝缘的绝缘路径的延伸尺寸。

此外可以有利地规定，在将所提取的空气置入流体容纳腔中之前，将所述流体容纳腔抽真空。

在置入流体之前将流体容纳腔抽真空实现了，将在处理被提取的空气之后达到的品质标准(定义的绝缘强度)也在置入到流体容纳腔之后保持不变。通过抽真空，从流体容纳腔中去除不确定的异物、如流体，从而使被处理的空气能够在不受到不利影响的情况下置入流体容纳腔中。通过将流体容纳腔抽真空，可以使被提取的空气的处理减至最小，因为可以降低设置用于确保被处理空气的最低标准的安全盈余。

此外可以有利地规定，将所提取的空气暂存在存储容积中，其中，存储容积的存储容量小于流体容纳腔的容纳容量。

所提取的空气可以暂存在存储容积中，因此暂存在存储容积中的空气可以根据需要在之后的时间点被提取。在此可以规定，在存储容积中暂存已经被处理的空气。然而也可以规定，在存储容积中暂存来自周围环境的未被处理的大气空气。存储容积的存储容量在此应该小于流体容纳腔的容纳容量。由此，可以保持设置用于制备大气空气的装置的移动性。此外，借助存储容积可以有助于连续的处理，因为通过存储容积例如可以补偿在制备从周围环境中提取的空气时的波动。

另一有利的设计方案可以规定，将流体容纳腔中的流体排放到周围环境中。

通过将流体排放到周围环境中，在生命周期结束时能够以简单的方式成本低廉地清除流体。由于应用大气空气来形成流体，所以在将流体排放到周围环境中时可以将过去提取的流体返还，从而形成封闭的循环。此外，通过将流体排放到周围环境中可以减少运输路径。

此外可以有利地规定，在将流体排放到周围环境之前，处理、尤其是净化所述流体。

在流体容纳腔内部，流体起到电绝缘的作用，其中，电绝缘的流体在通常情况下不被改变。然而存在于流体容纳腔中的流体可能出现污染。这例如可能由于事故、电弧影响等发生。通过处理、尤其是通过净化所述流体，可以从流体中去除不期望的组成部分。因此例如可以从流体中去除气溶胶、分解产物等。优选可以借助催化器转化氮氧化物。

以下在附图中示意性地示出本发明的实施例并且在以下详细描述。在附图中：

附图以横截面示出电能传输装置，其连接有维护单元。

在附图中示例性地示出电能传输装置1。所述电能传输装置1示例性地设计为流体绝缘的功率开关。所述功率开关具有所谓的外壳接地构型(Dead-Tank-Bauform)。但也可以设想电能传输装置1的任何其它设计方案，所述电能传输装置具有流体容纳腔。因此，例如外壳带电构造方式(Life-Tank-Bauweise)的功率开关或者所谓的气体绝缘的开关设备可以用作电能传输装置1。除了在流体容纳腔中具有有源组件(能通断的组件)的电能传输装置1，电能传输装置1也可以在流体容纳腔中只具有无源组件。在无源组件中不出现开关过程。

电能传输装置1具有封装壳体2。所述封装壳体在此基本上设计为空心圆柱体，其具有基本上呈圆形的横截面。空心圆柱体在端侧流体密封地封闭。封装壳体2在其内部限定出流体容纳腔3。在流体容纳腔3中布置有相导体4。所述相导体4在此配有开关装置5(有源组件)。相导体4支承在封装壳体2的中心并且在开关装置5的两侧以及在开关装置5的内部延伸。为了电气地接触相导体4，在封装壳体2上布置有外壳侧的接管6。在外壳侧的接管6上布置有所谓的室外套管7。所述室外套管7用于使相导体4电绝缘地穿过封装壳体2的壁进入电能传输装置1的周围环境中。相导体4由此从电能传输装置1的周围环境进入封装壳体2中，在该处穿过开关装置5并且离开封装壳体2再次进入电能传输装置1的周围环境中。

封装壳体2的空心圆柱形的基体由导电的材料构成。封装壳体2的导电区段被施加地电势。封装壳体2或者流体容纳腔3形成流体密封的屏障，因此流体不能从流体容纳腔3中流出。

封装壳体2具有填充装置8。借助所述填充装置8实现了这种可能性，即用电绝缘的流体填充流体容纳腔3或者将电绝缘的流体从流体容纳腔3中移除。为此，填充装置8具有阀，借助所述阀能够打开和关闭填充装置8。为了填充或者清空电能传输装置1的流体容纳腔3，设有维护单元9。所述维护单元9位置可变地设计，因此维护单元例如可以构造在集装箱中或者集装箱平台上。维护单元9具有多个过滤装置10a、10b、10c、10d、10e。所述过滤装置10a、10b、10c、10d、10e中的每一个都用于处理从电能传输装置1的周围环境中提取的空气。在此，过滤装置10a、10b、10c、10d、10e级联式地构造，因此随着经过的过滤装置10a、10b、10c、10d、10e的数量的增加，从电能传输装置1的周围环境中提取的大气空气的纯度得到改善。过滤装置10a、10b、10c、10d、10e也可以称为零级空气发生器。第一过滤装置10a设计为空气入口，其中，大面积的空气进入开口配设有格栅状的屏障，以防止较大的异物进入维护单元9中。跟随第一过滤装置10a的是第二过滤装置10b，在所述第二过滤装置中从流入的空气体积中去除颗粒和气溶胶。例如在第一过滤装置中也可以分离潮气，从而进行对流入的空气的干燥。在第三过滤装置10c中，可以通过氧化来从流入的空气中去除烃。为了促进氧化，可以调节流入的空气的温度。可以附加地使用催化器，以便例如将气态的烃转化为二氧化碳CO₂和水H₂O并且随即将它们从第三过滤装置10c中去除。在第四过滤装置10d中，通过借助吸附过滤器对从周围环境中提取的大气空气的进一步处理，可以进一步结合有机化合物、例如烃的残余成分。在第五过滤装置10e中，可以在精细粉尘过滤器中对剩余的外来颗粒进行机械净化。

通过风扇可以促进空气经过过滤装置10a、10b、10c、10d、10e。在经过不同的过滤装置10a、10b、10c、10d、10e之后，形成被处理的、尤其是被净化的从周围环境中提取的大气空气。借助压缩机11可以将被处理的从周围环境中提取的大气空气置于过压下并且暂存在中间存储器12中。压缩机1可以具有风扇的功能，以便将空气流输送经过过滤装置10a、10b、10c、10d、10e。借助中间存储器12例如可以补偿在过滤装置10a、10b、10c、10d、10e中处理大气空气期间的波动。在中间存储器12的出口处连接有阀组件13。通过阀组件13的不同阀，可以使暂存在中间存储器12中的被处理的大气空气流入电能传输装置的流体容纳腔3中。为此，阀组件13具有出口阀14。所述出口阀14在出口侧配设有耦连部位，以便通过可拆卸的管道15与电能传输装置1的填充装置8建立连接。阀组件13的出口阀14又与中间存储器出口阀16连接。通过所述中间存储器出口阀16能够关闭中间存储器12，从而可以将被压缩的被处理的空气体积包括在中间存储器12内部。通过打开中间存储器出口阀16以及阀组件13的出口阀14，被压缩的流体可以从中间存储器12流入流体容纳腔3。

在中间存储器出口阀16以及阀组件13的出口阀14之间的管道中布置有抽吸分支管路17以及排出分支管路18。抽吸分支管路17和排出分支管路18都分别能够通过阀关闭。排出分支管路18通入催化器19中，通过所述催化器能够将从阀组件13中放出的流体排放到周围环境中。催化器19用于催化不应该排放到电能传输装置的周围环境中的异物。催化器11尤其可以用于转化氮氧化物。

以下描述电能传输装置1的流体容纳腔的填充。

假定电能传输装置1的流体容纳腔3填充有未定义的气体。首先打开填充装置8。中间存储器出口阀16关闭。排出分支管路18中的阀同样关闭。抽吸分支管路17中的阀打开。阀组件13的出口阀14同样打开。因此，借助处于抽吸分支管路17中的负压泵20可以将流体容纳腔3置于负压下。优选可以在流体容纳腔3中产生真空。在流体容纳腔3抽真空期间，对从电能传输装置的周围环境中提取的空气的净化可以并行地进行。为此，例如可以借助压缩机11从周围环境中抽吸经过过滤装置10a、10b、10c、10d、10e的空气，接着可以将被处理的从周围环境中提取的大气空气泵送到中间存储器12中并且在该处将其置于过压下。随着流体容纳腔3的内部充分地达到真空，可以关闭抽吸分支管路17。负压泵20可以调节其工作。现在可以打开中间存储器出口阀16并且使暂存在中间存储器12中的被净化的大气空气进入阀组件13中。被净化的空气在此经过出口阀14和填充装置8并且通过压差驱使地流入流体容纳腔3中。在此，至少部分地排空中间存储器12。借助压缩机11能够实现对从中间存储器12提取的净化空气的体积的补偿。接着将空气抽吸经过过滤装置10a、10b、10c、10d并且接着将被处理的空气置入流体容纳腔3的内部。如果在流体容纳腔3中达到了足够的密度(在特定温度时的特定压力)，则可以关闭封装壳体2的填充装置8。同样可以关闭中间存储器出口阀16。随即可以根据需要关停压缩机11，因为不需要更多用于电能传输装置1的流体容纳腔3的被处理的流体。然而，如果还需要填充这个或者另一个电能传输装置1的其它流体容纳腔3，也可以在此期间产生压缩的和净化的空气并且将其暂存在中间存储器12中。现在可以拆卸出口阀14、阀组件13以及填充装置8之间的管道。

以下描述如何能够从流体容纳腔3中抽取被净化的流体。首先，通过管道15将填充装置8以及出口阀14相互管道连接。中间存储器出口阀16关闭。抽吸分支管路17中的阀同样关闭。现在可以打开排出分支管路18中的阀。接着可以打开填充装置8以及出口阀14。通过流体容纳腔3中的过压驱使地，处于该处的流体通过填充装置8、管道15以及出口阀14流入现在打开的排出分支管路18中并且从该处流入催化器19中。在该处通过催化使异物转化并且之前从电能传输装置1的周围环境中提取的流体被再次导引回到电能传输装置1的周围环境中。为了能够促进从流体容纳腔3中抽取流体，也可以在排出分支管路18中设置泵装置。根据需要，抽吸分支管路17也可以用于排出流体容纳腔3中的流体(必要时采用催化器/过滤器)。通过流体容纳腔3内部的负压，可以确保之前从周围环境中提取的大气空气几乎完全返回周围环境中。

随着排出分支管路18的关闭，通过维护单元9从流体容纳腔3中抽取流体的过程结束。

Claims (11)

1.一种电能传输装置(1)，具有流体容纳腔(3)，在所述流体容纳腔(3)中包括有电绝缘的流体，

其特征在于，所述流体至少部分通过从电能传输装置(1)的周围环境中提取的大气空气构成。

2.按权利要求1所述的电能传输装置(1)，

其特征在于，所述大气空气在现场被处理，尤其是被净化。

3.按权利要求1或2所述的电能传输装置(1)，

其特征在于，在填充流体之前，将流体容纳腔(3)抽真空。

4.按权利要求1至3之一所述的电能传输装置(1)，

其特征在于，所述大气空气在填充之前被处理，尤其是被净化。

5.按权利要求1至4之一所述的电能传输装置(1)，

其特征在于，将所述流体排放到大气中。

6.一种电绝缘的流体的生命周期管理，所述流体需要布置在电能传输装置(1)的流体容纳腔(3)中以进行电绝缘，

其特征在于，从周围环境中提取大气空气，所提取的空气被处理并且置入流体容纳腔(3)中。

7.按权利要求6所述的电绝缘的流体的生命周期管理，

其特征在于，将所述流体置于过压中。

8.按权利要求6或7所述的电绝缘的流体的生命周期管理，

其特征在于，在将所提取的空气置入流体容纳腔(3)中之前，将所述流体容纳腔抽真空。

9.按权利要求6至8之一所述的电绝缘的流体的生命周期管理，

其特征在于，将所提取的空气暂存在存储容积(12)中，其中，存储容积(12)的存储容量小于流体容纳腔(3)的容纳容量。

10.按权利要求6至9之一所述的电绝缘的流体的生命周期管理，

其特征在于，将处于流体容纳腔(3)中的流体排放到周围环境中。

11.按权利要求10所述的电绝缘的流体的生命周期管理，

其特征在于，在将流体排放到周围环境之前，处理、尤其是净化所述流体。