DE102015213600A1

DE102015213600A1 - High or medium voltage system with an isolation room

Info

Publication number: DE102015213600A1
Application number: DE102015213600.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hammer; Werner Hartmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2017-01-26
Also published as: WO2017012780A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hoch- oder Mittelspannungsanordnung umfassend einen Isolierraum (2) mit einem gasförmigen Isoliermedium (4) und einem Füllmittel (6), wobei der Isolierraum (2) zumindest teilweise mit einem Schaum (8) gefüllt ist, der geschlossene Poren (10) aufweist, wobei die Poren (10) mit dem gasförmigen Isoliermedium (4) gefüllt sind.The invention relates to a high or medium voltage arrangement comprising an insulating space (2) with a gaseous insulating medium (4) and a filler (6), wherein the insulating space (2) is at least partially filled with a foam (8), the closed pores (10 ), wherein the pores (10) are filled with the gaseous insulating medium (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine gasisolierte Hoch- oder Mittelspannungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a gas-insulated high or medium voltage arrangement according to the preamble of patent claim 1.

In Anlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik, z.B. gasisolierten Schaltanlagen (GIS), gasisolierten Leitungen (GIL) oder anderen, muss stets ein mit hohen elektrischen Feldern beaufschlagtes Volumen mit einer oder mehreren Hochspannungskomponenten, zum Beispiel einer Vakuumschaltröhre, mit einem Medium gefüllt werden, welches keine elektrischen Durchschläge zwischen Teilen mit unterschiedlichen Spannungspotenzialen zulässt. In medium and high voltage equipment, e.g. Gas-insulated switchgear (GIS), gas-insulated pipelines (GIL) or others, a high electric field volume must always be filled with one or more high voltage components, such as a vacuum interrupter, with a medium that does not allow electrical breakdown between parts with different voltage potentials ,

Bisher werden zur Isolierung von Mittel- beziehungsweise Hochspannungsanlagen, in gasisolierten Leitungen oder Schaltanlagen, sehr häufig das Isoliergas SF₆ verwendet. Dieses Gas hat sehr gute Isoliereigenschaften, ist nicht toxisch und gut handhabbar. Das Problem an dem Schwefelhexafluorid besteht allerdings darin, dass es das etwa 23.000-fache Treibhauspotenzial von Kohlendioxid besitzt. Dieses außergewöhnlich hohe Treibhausgaspotenzial führt dazu, dass SF₆ in seiner Verwendung als Isoliergas reduziert werden soll. Hierzu werden eine Vielzahl von verschiedenen Gasen erprobt und diskutiert, die bisher jedoch nicht den durchschlagenden Erfolg erzielt haben. Ferner wurde bereits in früherer Zeit die Isolation durch flüssige Stoffe oder Feststoffe erprobt. Auch dies hat bisher noch nicht zu dem entsprechenden Erfolg geführt. So far, the insulation gas SF ₆ is very often used for the insulation of medium or high voltage systems, in gas-insulated lines or switchgear. This gas has very good insulating properties, is non-toxic and easy to handle. The problem with sulfur hexafluoride, however, is that it has about 23,000 times the global warming potential of carbon dioxide. This exceptionally high greenhouse gas potential leads to SF ₆ being reduced in its use as insulating gas. For this purpose, a variety of different gases are tested and discussed, which have not yet achieved the resounding success. Furthermore, the isolation by liquid substances or solids has already been tested in the past. This too has not yet led to the corresponding success.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine isolierte Hoch- beziehungsweise Mittelspannungsanordnung einschließlich isolierter Leitungen beziehungsweise isolierte Schaltanlagen bereitzustellen, die ein ebenso gutes beziehungsweise besseres Isolierverhalten aufweisen, wie dies im Stand der Technik mit dem SF₆ der Fall ist, jedoch ein geringeres Treibhauspotenzial aufweisen. Therefore, the object of the invention is to provide an insulated high or medium voltage arrangement including insulated lines or insulated switchgear, which have as good or better insulating behavior, as is the case in the prior art with the SF ₆ , but have a lower global warming potential ,

Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Hoch- und Mittelspannungsanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The solution of the problem consists in a high and medium voltage system with the features of claim 1.

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Hoch- oder Mittelspannungsanlage, beispielsweise eine gasisolierte Leitung (GIL) oder einen gasisolierten Schalter (GIS). Diese Anlage weist bei unterschiedlichen Bauformen zumindest einen Isolierraum auf, der mit einem gasförmigen Isoliermedium und mit einem Füllmittel versehen ist. Die Anlage zeichnet sich dadurch aus, dass der Isolierraum zumindest teilweise mit einem Schaum gefüllt ist, der geschlossene Poren aufweist, wobei die Poren im gasförmigen Isoliermedium gefüllt sind. Durch die Verwendung einer hochspannungsfesten Gasfüllung in den geschlossenen Poren des Schaumes wird die Teilentladungstätigkeit in den Poren unterdrückt, was zu einer besseren Isolationseigenschaft des gesamten Isolierkonglomerats, also der Zusammensetzung aus Isoliermedium in Gasform und Füllstoff, der Feststoff, der den Schaum bildet, führt als dies einer entsprechenden Füllung ausschließlich mit dem verwendeten Isoliergas entspräche. The present invention includes a high or medium voltage system, such as a gas insulated line (GIL) or a gas insulated switch (GIS). This system has at least one insulating space in different designs, which is provided with a gaseous insulating medium and with a filler. The system is characterized in that the insulating space is at least partially filled with a foam having closed pores, wherein the pores are filled in the gaseous insulating medium. By using a high-voltage-resistant gas filling in the closed pores of the foam, the partial discharge activity in the pores is suppressed, resulting in a better insulating property of the entire Isolierkonglomerats, ie the composition of insulating medium in gaseous form and filler, the solid which forms the foam than this a corresponding filling would correspond only to the insulating gas used.

Als gasförmiges Isoliermedium hat sich ein Gas aus der folgenden Gruppe, Hydrofluorolefine, Perfluorketone, Perfluornitrile, Hydrofluoroxirane, Perfluoroxirane, Hydrofluorether, Perfluorether, Stickstoff, Kohlendioxid oder einer Mischung hieraus als vorteilhaft herausgestellt. As the gaseous insulating medium, a gas from the following group, hydrofluoroolefins, perfluoroketones, perfluoronitriles, hydrofluoroxiranes, perfluoroxiranes, hydrofluoroethers, perfluoroethers, nitrogen, carbon dioxide or a mixture thereof has proven to be advantageous.

Grundsätzlich entfaltet der Schaum mit dem darin eingeschlossenen gasförmigen Isoliermedium seine Wirkung auch bei größeren Poren, es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine Porengröße von weniger als 200 µm, insbesondere von weniger als 120 µm für die elektrische Isolationseigenschaften des Gesamtisoliersystems vorteilhaft ist. Weiter hat sich herausgestellt, dass eine Porengröße in einem Bereich zwischen 80 und 120 µm in der sich 80 % der Porendurchmesser befinden, vorteilhaft ist, besonders vorteilhaft ist eine Porengrößenverteilung zwischen 80 µm und 100 µm. Basically, the foam with the gaseous insulating medium enclosed therein develops its effect even with larger pores, but it has been found that a pore size of less than 200 μm, in particular less than 120 μm, is advantageous for the electrical insulation properties of the overall insulation system. It has also been found that a pore size in a range between 80 and 120 μm, in which 80% of the pore diameters are located, is advantageous; a pore size distribution between 80 μm and 100 μm is particularly advantageous.

Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei handelt es sich lediglich um ein exemplarisches Ausführungsbeispiel, das keine Einschränkung des Schutzbereichs bedeutet. Dabei zeigt die einzige Figur: Further embodiments of the invention and further features will be explained in more detail with reference to the following figures. This is only an exemplary embodiment, which means no limitation of the scope. The only figure shows:

1 einen beliebigen Ausschnitt aus einer Schaumstruktur in einem Isolierraum mit einer Füllung aus gasförmigem Isoliermedium. 1 Any section of a foam structure in an insulating space with a filling of gaseous insulating medium.

Die vorliegende Ausgestaltung ist grundsätzlich für alle Anwendungen geeignet, die im Mittelspannungsbereich und im Hochspannungsbereich auftreten und dort klassischerweise mit einem Isoliergas isoliert sind. Darunter fallen unter anderem die gasisolierten Leitungen und die gasisolierten Schaltanlagen. Die hier vorgeschlagene elektrische Isolierung weist eine Kombination aus einem gasförmigen Isoliermedium und einem Füllmittel auf, wobei das Füllmittel in Form eines Schaumes ausgestaltet ist, wobei der Schaum beispielsweise auf der Basis von Polymeren bestehen kann, die bereits eine hohe Spannungsfestigkeit und eine gute Schaumbildungseigenschaft aufweisen. Als Isoliergas kommen insbesondere Hydrofluorolefine, Perfluorketone, Perfluornitrile, Hydrofluoroxirane, Perfluoroxirane, Hydrofluorether, Perfluorether, Stickstoff oder Kohlendioxid in Frage. Durch Verwendung der genannten Gase oder weiteren Gasen mit ähnlich guten Isoliereigenschaften kann in Kombination mit einem Schaum 8 aus der Figur mit geschlossenen Poren 10 Isoliereigenschaften erzeugt werden, die im Bereich des bisher bekannten und üblichen Schwefelhexafluorid (SF₆) liegen. The present embodiment is basically suitable for all applications which occur in the medium-voltage range and in the high-voltage range and are classically isolated there with an insulating gas. These include, among other things, the gas-insulated lines and the gas-insulated switchgear. The electrical insulation proposed here has a combination of a gaseous insulating medium and a filler, wherein the filler is designed in the form of a foam, wherein the foam may for example be based on polymers which already have a high dielectric strength and a good foaming property. Suitable insulating gas are, in particular, hydrofluoroolefins, perfluoroketones, perfluoronitriles, hydrofluoroxiranes, perfluoroxiranes, hydrofluoroethers, perfluoroethers, nitrogen or carbon dioxide. By using said gases or other gases with similar good insulating properties in combination with a foam 8th from the figure with closed pores 10 Isolation properties are generated, which are in the range of the previously known and customary sulfur hexafluoride (SF ₆ ).

Der in der Figur dargestellte Ausschnitt aus einem Isolierraum 2 weist einen Schaum 8 auf Polymerbasis auf, der grundsätzlich einem festen Füllmittel 6 gleichkommt. Der Schaum 8 weist geschlossene Poren 10 auf, die einen Porendurchmesser 12 aufweisen, der bevorzugt in einem Bereich zwischen 80 µm und 120 µm liegt. Grundsätzlich ist es zweckmäßig, dass der Porendurchmesser 12 kleiner als 200 µm ist, da so die besten Isoliereigenschaften erzielt werden. The section shown in the figure from an isolation room 2 has a foam 8th based on polymer, which is basically a solid filler 6 equals. The foam 8th has closed pores 10 on, which has a pore diameter 12 have, which is preferably in a range between 80 microns and 120 microns. In principle, it is expedient that the pore diameter 12 less than 200 microns, as the best insulating properties are achieved.

Da das Gas in den Schaum weitgehend fest eingeschlossen ist, können grundsätzlich auch toxische Substanzen beziehungsweise toxische gasförmige Isoliermedien 4 zum Einsatz kommen, wenn diese bei der Herstellung des Schaumes entsprechend sorgsam eingebracht werden. Somit eröffnet die vorliegende Anordnung die Erweiterung der potenziellen Isoliermedien, die bisher nicht für einen Ersatz des SF₆ in Betracht gekommen sind. Since the gas is largely trapped in the foam, in principle, toxic substances or toxic gaseous insulating media 4 be used if they are introduced accordingly in the preparation of the foam accordingly. Thus, the present arrangement opens up the expansion of potential insulating media that have not previously been considered for replacement of the SF ₆ .

Durch die Kombination des Schaumes 8 mit dem gasförmigen Isoliermedium 4 werden bei Verwendung eines entsprechend gut isolierenden Isoliermediums 4 Isolationseigenschaften in den Anlagen erreicht, die die des SF₆ übertreffen. Auf diese Weise ist es möglich, die gesamten Anlagen erheblich kleiner und kostengünstiger auszugestalten. By the combination of the foam 8th with the gaseous insulating medium 4 when using a correspondingly insulating insulating medium 4 Achieved insulation properties in the plants, which surpass those of the SF ₆ . In this way it is possible to make the entire systems considerably smaller and less expensive.

Schaumstrukturen mit dem Schaum 8 und dem darin eingeschlossenen gasförmigen Isoliermedium 4 können unter Gasabschluss entweder separat hergestellt werden und als entsprechende Strukturbauteile in den Isolierraum 2 der Anlage eingebracht werden, andererseits ist auch möglich, den gesamten Isolierraum wiederum in einer gasabgeschlossenen isolierten Kammer zu bringen und dort den Schaum direkt in den Isolierraum 2 einzuschäumen. Foam structures with the foam 8th and the gaseous insulating medium enclosed therein 4 can be made separately under gas exclusion and as appropriate structural components in the isolation room 2 the system are introduced, on the other hand, it is also possible to bring the entire isolation space again in a gas-sealed insulated chamber and there the foam directly into the isolation room 2 lather.

Claims

High or medium voltage system comprising an insulating space ( 2 ) with a gaseous insulating medium ( 4 ) and a filler ( 6 ), characterized in that the insulating space ( 2 ) at least partially with a foam ( 8th ), the closed pores ( 10 ), wherein the pores ( 10 ) with the gaseous insulating medium ( 4 ) are filled.

High or medium voltage installation according to claim 1, characterized in that the gaseous insulating medium ( 4 ) contains a hydrofluoroolefin, a perfluoroketone, a perfluoronitrile, a hydrofluoroxirane, a perfluoroxirane, a hydrofluoroether, a perfluoroether, nitrogen or CO _2, or mixtures thereof.

High or medium voltage installation according to claim 1 or 2, characterized in that the pores ( 10 ) of the foam ( 8th ) are smaller than 200 microns, in particular smaller than 120 microns.

High or medium voltage installation according to claim 3, characterized in that the pores ( 10 ) have a distribution, wherein 80% of the pore diameter in a range between 80 .mu.m and 120 .mu.m, in particular between 80 .mu.m and 100 .mu.m.