DE1129574B

DE1129574B - Gas insulation of high-voltage devices housed in pressure-tight housings

Info

Publication number: DE1129574B
Application number: DES68061A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Heinz Gruess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-04-14
Filing date: 1960-04-14
Publication date: 1962-05-17

Description

Gasisolation von in druckdichten Gehäusen untergebrachten Hochspannungsgeräten Die Isolierung von Hochspannungsgeräten durch Gas innerhalb druckdichter Gehäuse an Stelle von Transformatorenöl hat neben den Vorteilen der Gewichts- und Kostenersparnisse und der Nichtbrennbarkeit der Isoliergase den Nachteil der Notwendigkeit, hohe Drücke anzuwenden, um die gleiche Durchschlagfestigkeit und die gleiche Festigkeit bei Spannungsstoßbeanspruchung zu erreichen wie bei Ölisolierung.Gas insulation of high-voltage devices housed in pressure-tight housings The isolation of high-voltage devices by gas within pressure-tight enclosures instead of transformer oil has the advantages of weight and cost savings and the non-flammability of the insulating gases the disadvantage of the need for high pressures apply to have the same dielectric strength and strength Achieve voltage surge stress as with oil insulation.

Um den Gasdruck möglichst klein zu halten, benutzt man als Isoliergas ein Gas von möglichst hoher spezifischer Dichte. Es hat sich herausgestellt, daß in erster Näherung die Durchschlagfestigkeit verschiedener Gasarten bei gleichem Druck mit der Wurzel aus ihrer Gasdichte ansteigt. Es sind Isoliergase vorgeschlagen worden mit einem Molekulargewicht bis 200 und etwas darüber. Gegenüber Stickstoff (N2) mit einem Molekulargewicht von 28 ist die mit Gasen vom Typus S FE (Schwefelhexafluorid 146), C4 F8 (Cyclooktafluorbutan 200) oder C4Fio Dekafluorbutan 238) sowie SeFo (Selenhexafluorid 193) zu erreichende Durchschlagfestigkeit um etwa f-8, das ist etwa 2,5, erhöht. Will man daher eine Durchschlagfestigkeit erreichen, die 10 ata Stickstoff entspricht, so ist ein Druck derartiger Gase von hohem Molekulargewicht von , das ist etwa 4 ata, notwendig. Nun ist aber gerade die Anwendbarkeit so hoher Drücke von Gasen mit hohem 1VIolekulargewicht durch deren verhältnismäßig geringen Dampfdruck begrenzt. Um z. B. einen Druck von 2 ata SF, sicherzustellen, darf das Gerät nicht unter - 30° C abgekühlt werden. Bei C4 F8 ist der Dampfdruck von 2 ata erst bei Temperaturen über -i-35° C gegeben. Die Anwendbarkeit der Geräte bei niedrigen Umgebungstemperaturen beschränkt daher die Fülldrücke mit den an sich geeigneten Gasen von hohem Molekulargewicht und daher hoher spezifischer Durchschlagfestigkeit auf praktisch 1 ata oder sogar auf Bruchteile davon. Für S Fo ist die durch -35° C als tiefste Anwendungstemperatur gegebene Druckbegrenzung 1,8 ata, für C4F8 100 Torr, für Se Fo etwa 1 ata, für C4 F1g 90 Torr, für C3 F8 1 ata und für C2C1F. 1,1 ata.In order to keep the gas pressure as low as possible, a gas with the highest possible specific density is used as the insulating gas. It has been found that, as a first approximation, the dielectric strength of different types of gas at the same pressure increases with the square root of their gas density. Insulating gases have been proposed with a molecular weight of up to 200 and slightly above. Compared to nitrogen (N2) with a molecular weight of 28, the dielectric strength that can be achieved with gases of the type S FE (sulfur hexafluoride 146), C4 F8 (cyclooctafluorobutane 200) or C4Fio decafluorobutane 238) and SeFo (selenium hexafluoride 193) is around f-8, the is about 2.5, increased. Therefore, if one wants to achieve a dielectric strength which corresponds to 10 ata nitrogen, a pressure of such gases of high molecular weight of, that is about 4 ata, is necessary. But now is It is precisely the applicability of such high pressures for gases with a high molecular weight of 1V that is limited by their relatively low vapor pressure. To z. B. to ensure a pressure of 2 ata SF, the device must not be cooled below - 30 ° C. At C4 F8 the vapor pressure of 2 ata is only given at temperatures above -i-35 ° C. The applicability of the devices at low ambient temperatures therefore limits the filling pressures with the gases of high molecular weight and therefore high specific dielectric strength, which are suitable per se, to practically 1 ata or even to a fraction thereof. For S Fo the pressure limit given by -35 ° C as the lowest application temperature is 1.8 ata, for C4F8 100 Torr, for Se Fo about 1 ata, for C4 F1g 90 Torr, for C3 F8 1 ata and for C2C1F. 1.1 ata.

Die Begrenzung des Fülldruckes und damit der Durchschlagfestigkeit kann nach oben hin dadurch erweitert werden, daß man in bekannter Weise ein Gemisch von mindestens zwei hochmolekularen Isoliergasen verwendet.The limitation of the filling pressure and thus the dielectric strength can be expanded upwards by creating a mixture in a known manner used by at least two high molecular weight insulating gases.

Gemäß der Erfindung besteht dieses Gemisch aus Isoliergasen mit derartigen Partialdrücken, daß alle Gasarten den gleichen Taupunkt aufweisen. Damit wird das Optimum der Durchschlagfestigkeit für ein Gemisch mehrerer hochmolekularer Isoliergase bei einem Minimum des Gesamtdruckes und des Taupunktes erreicht.According to the invention, this mixture consists of insulating gases with such Partial pressures that all types of gas have the same dew point. So that becomes Optimum dielectric strength for a mixture of several high-molecular insulating gases reached at a minimum of total pressure and dew point.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Durchschlagfestigkeit von Gasgemischen sich nach der Mischungsregel errechnen läßt. Die Verwendung eines Gemisches von mehreren hochmolekularen Isoliergasen beruht dabei auf der Erkenntnis, daß in einem Gemisch von an sich chemisch verwandten Gasen der Taupunkt jeder Gasart durch die Anwesenheit der anderen Gasart nicht nennenswert beeinflußt wird.It has been found that the dielectric strength of gas mixtures can be calculated according to the mixture rule. Using a Mixture of several high molecular insulating gases is based on the knowledge, that in a mixture of chemically related gases the dew point of every type of gas is not significantly influenced by the presence of the other type of gas.

Eine Steigerung an Druck und somit an Durchschlagfestigkeit erhält man durch eine Vergrößerung der Zahl der Isoliergasarten. Jedes Gas wird dabei mit einem solchen Partialdruck verwendet, daß bei der tiefsten Temperatur, bei der das Gerät betriebsfähig bleiben soll, der Taupunkt für keine der angewendeten Gasarten unterschritten wird.An increase in pressure and thus in dielectric strength is obtained by increasing the number of types of insulating gas. Each gas is included such a partial pressure is used that at the lowest temperature at which the The device is to remain operational, the dew point for none of the gas types used is fallen below.

Ist die niedrigste Betriebstemperatur -5° C, so wird man z. B. ein Gasgemisch aus etwa 3 ata S F6 (Taupunkt etwa -10° C), 0,8 ata C4 F8 (Taupunkt etwa --10°C), 0,7 ata C4 F,() (Taupunkt etwa -10° C) und 1,5 ata SeFo (Taupunkt etwa -10° C) verwenden. Es wird also hier ein Gemisch von vier hochmolekularen Isoliergasen verwendet, und zwar insbesondere Isoliergase mit derartigen Partialdrükken, daß alle Gasarten den gleichen Taupunkt (etwa -10° C) aufweisen.If the lowest operating temperature is -5 ° C, you will z. B. a Gas mixture of approx. 3 ata S F6 (dew point approx. -10 ° C), 0.8 ata C4 F8 (dew point approx --10 ° C), 0.7 ata C4 F, () (dew point approx. -10 ° C) and 1.5 ata SeFo (dew point approx -10 ° C). So here there is a mixture of four high-molecular insulating gases used, in particular insulating gases with such partial pressures that all types of gas have the same dew point (around -10 ° C).

Das vorstehend angegebene Gasgemisch entspricht im Hinblick auf die Durchschlagfestigkeit einer Verwendung von Stickstoff mit 13,25 ata. Das Gehäuse braucht aber in diesem Fall nur für einen Druck von 5,3 ata bemessen zu werden, während ein Gehäuse mit einer Stickstoffüllung für einen Druck von 13,25 ata zu bemessen wäre.The gas mixture given above corresponds in terms of Dielectric strength of a use of nitrogen at 13.25 ata. In this case, however, the housing only needs to be dimensioned for a pressure of 5.3 ata to become, while a case with a nitrogen filling for a pressure of 13.25 ata would be measured.

Die Herstellung des Gasgemisches in der gewünschten Zusammensetzung geschieht zweckmäßig durch Kondensation der einzelnen Gasarten nacheinander in abgemessenen Mengen, und zwar in einem Verhältnis ihrer Partialdrücke beim Taupunkt und durch restlose Verdampfung des gesamten Kondensats, was durch Anwendung genügender Temperatur stets möglich ist.The production of the gas mixture in the desired composition is expediently done by condensing the individual types of gas one after the other in measured quantities Quantities, in a ratio of their partial pressures at the dew point and through complete evaporation of the entire condensate, which is achieved by applying a sufficient temperature is always possible.

Im. Idealfall - bei der Verwendung von n Gasarten von gleichem Partialdruck - ist die Durchschlagfestigkeit näherungsweise um V-n gegenüber der höchst erreichbaren Durchschlagfestigkeit bei Füllung mit nur einer dieser Gasarten erhöht.In the ideal case - when using n types of gas with the same partial pressure - the dielectric strength is approximately V-n compared to the highest achievable Dielectric strength increased when filled with only one of these types of gas.

Claims

PATENT CLAIM: Gas insulation of high-voltage devices housed in pressure-tight housings, consisting of a mixture of at least two high molecular weight insulating gases, thereby characterized in that the mixture consists of insulating gases with such partial pressures, that all types of gas have the same dew point. Considered publications: Swiss Patent No. 214 481; »Electrical Engineering« magazine, 1959, no.

2, pages 137 to 140.