DK160063B - Dielektrisk fluidum - Google Patents

Description

DK 160063 B

Opfindelsen angår et dielektrisk afkølende eller bue-udslukkende fluidum.

Et sådant fluidum anvendes bl. a. i transformere og elektriske 5 afbryderanordninger, såsom afbryder- og smeltesikringsanlæg.

Ved transformere forstås en del af et statisk apparat, som ved elektromagnetisk induktion transformer vekselspænding og -strøm imellem to eller flere viklinger ved samme frekvens og 10 sædvanligvis ved forskellige værdier af spænding og strøm. Væskefyldte transformere er velkendte, og væsken i sådanne transformere tjener normalt både som dielektrikum og kølemiddel .

15 Ved udtrykket "afbryderanlæg" forstås: kredsløbsafbrydere, ringledningsenheder, afbrydere, smeltesikringer, udkoblingsenheder og lignende til at afbryde eller bryde elektriske kreds 1øb.

20 Afbryderanlæg indeholder normalt et antal bevægelige afbryderkontakter, der kan kobles til eller fra tilsvarende fikserede kontakter, der alle er anbragt i et reservoir eller kammer indeholdende eller omgivet af et dielektrisk fluidum. Hvis kontakterne er neddykket eller indhyllet i det dielektriske flui-25 dum, når kontakterne brydes under normal drift, er en transient bue kortvarigt etableret i mediet, idet en sådan buedannelse hurtigt undertrykkes af mediet. Opfindelsen omfatter også et afbryderanlæg, i hvilket kontakterne til at slutte og bryde normale og unormale strømme er indeholdt i et vakuum-30 kammer omgivet af et dielektrisk og kølende fluidum.

Udtrykket "smeltesikring" er et generisk udtryk for en anordning, der ved smeltning af én eller flere af sine specielt udformede og dimensionerede komponenter bryder det kredsløb, i 35 hvilket det er indskudt, og afbryder strømmen, når denne overstiger den givne værdi i en tilstrækkelig lang tid. Den indeholder især væskefyldte smeltesikringer, i hvilke smeltesik-

DK 160063B

2 ringselementet er indeholdt i en isolerende beholder, der er fyldt til et passende niveau med et bue-udslukkende fluidum. Udstyret, hvortil det er indrettet, benævnes "smeltesikrings-anlægget" og kan indeholde en afbryderanordning i forbindelse 5 med smeltesikringer.

Udtrykket "Askarels" er et generisk udtryk for brandresistente isolerende fluida og udgøres af polychlorinerede biphenyler (PC8's) med eller uden til sætni nger af polychlorinerede benze-10 ner, som angivet i International Electrotechnical Commission (IEC Standarden) publikation 588-1: 1977. "Askarels for transformers and capacitors". PCB's er ikke-biodegraderbare og udgør en miljørisiko. Siliconer, komplekse indtrængninger og paraffinolier anvendes i transformere som direkte erstatning for 15 PCB-materialer. Disse frembringer imidlertid store ildkugler under de ovennævnte forhold.

To amerikanske firmaer har for nylig introduceret specielt udformede transformere, idet den ene anvender perch 1 orethyl en, og 20 den anden indeholder 1,1,2-trichlortri fluorethan som dielektrisk og kølende medium. Trich1 ortrif1uorethanet er meget skadeligt således, at det under katastrofeforho 1d giver anledning til en sådan dampkoncentration i luften, at personalet i nærheden af uheldsstedet mister bevidstheden. Under normale 25 driftsforhold er meget høje damptryk produceret ved hjælp af trichlortrifluorethanen i en forseglet transformer, hvilket kræver et betydeligt trykkammer til fluidet. Kammeret er både dyrt og upraktisk. Derudover er der indrettet specielle køle-arrangementer for fluidet/dampen. Disse arrangementer er også 30 forholdsvis dyre.

Perchlorethylen har i mange år været kendt som et dielektrisk fluidum. Dets flydepunkt ligger ved omkring -19°C, hvilket i almindelighed anses for at være uegnet for afbryderanlæg og 35 transformeranvendelser og ligger uden for de værdier, der er specificeret i nationale og internationale standarder for sådanne apparater. Perch!orethyl en frembringer også uacceptable

DK 160063B

3 koncentrationer af carbony1ch1 or id-, chlor- og perch 1orethy-lendampe under katastrofeforhold. For at reducere flydepunktet af perch 1 orethyl en er det blevet foreslået at tilsætte tri-chlorbenzen. Katastrofeafprøvninger i fuld skala viser klart, 5 at denne blanding er brandbar.

Brugen af perchlorethylen som et dielektrisk og kølende fluidum for transformere er blevet foreslået i EPRI Journal (juli/ august 1979 ), og det er især omtalt, at det kan blandes med 10 elektrisk isolerende hydrocarbonolie, der påstås at være ikke-brandbar. Katastrofeafprøvninger i fuld skala viser imidlertid klart en betragtelig ildkugle.

Vi har konstateret, at sammensætninger med mere end omkring 1 15 vægt% hydrogen, under de ovennævnte katastrofeforhold, i en blanding med perchlorethylen vil kunne antændes og frembringe eksplosive gasser.

Transformere og afbryderanlæg kan under normale dr iftsforhold 20 danne elektriske udladninger. Disse udladninger kan nedbryde molekylerne af fluidet i anordningerne. Hvis molekylerne indeholder chlor og hydrogen, såsom blandinger af perchlorethylen med trichlorbenzen, eller isolerende hydrocarbonolie, eller en ester, dannes der hydrogenchlorid (HC1). Temperaturen i de 25 varme punkter af transformerens viklinger kan også give anledning til dannelse af HC1. Syreacceptorer kan introduceres i disse fluider. Disse acceptorer vil eventuelt kunne blive opbrugt således, at der ikke kan accepteres yderligere HC1. HC1 er stærkt korroderende og giver anledning til væsentlige be-30 skad i gelser af konstruktionsmaterialerne af transformerne.

Denne korrosionstilstand er blevet konstateret i transformere, der er blevet fyldt med blandinger af polychloreret biphenyl som dielektrisk og afkølende medium.

35 Isolerende hydrocarbono1 ie svarende til den olie, der er defineret i British Standard 148: 1972, har været og er stadig anvendt i udstrakt grad som dielektrisk og kølende medium for

DK 160063 B

4 transformere, og som et dielektrisk og bue-udslukkende medium for afbryderanlæg. Fejl kan opstå i kontaktforskydningsmekanismen af afbryderanlægget, og kortslutninger kan opstå som følge af isolationsfejl i afbryderan læg og transformere. Så-5 danne fejl kan give anledning til intense og langvarige buedannelser gennem olien, hvilket resulterer i en eksplosiv generering af hydrocarbondampe. I én type anordning er kammeret trykforseglet, og i en anden er toppen af kammeret lukket af et låg således, at det opererer ved omgivelsernes tryk. I in-10 gen af tilfældene kan udblæsningen af hydrocarbondampe tilbageholdes. Der sker brud på kammeret, og dette brud ledsages af en antænding og undertiden af detonationer af hydrocarbondampe ved hjælp af buen under ti 1stedeværelse af luft, hvilket i almindelighed giver anledning til dannelse af en ildkugle.

15

Standardmetoderne til bestemmelse af brandbarhedskarakteri-stikkerne omfatter åbne og lukkede kop- og eksplosionskammerprøver. Disse er ikke anvendelige og afspejler ikke forholdene ved katastrofefejl af transformere eller afbryderanlæg. De 20 f1uidumholdige enheder må derfor afprøves som et hele. Under bue-dannelse med høj energi under katastrofetilstande er temperaturene (sædvanligvis omkring 15.000°C) væsentlig højere end under laboratorie-kopafprøvninger, og dette giver anledning til dannelse af forskellige frie radikaler og en hurt i g-25 ere udvikling af brandbare gasser. Hydrogen og ethylen er begge frembragt i rigelige mængder fra hydrogenho1dige materialer, og disse gasser kræver meget store andele af halogencar-boner for at forhindre eksplosion i dampfasen.

30 Indre bue-dannelsesafprøvninger ved forholdsvis høje energier ligger typisk ved en trefaset spænding på 12 kV. 13,1 kA over en periode på op til 1 sekund er blevet udført i afbryderanlæg og transformere til simulering af indre gennembrud af isolationen og en kortslutning, der resulterer i katastrofale fejl.

35 Denne afprøvningsmetode blev udført på et betydeligt antal fluida og blandinger af komponenter og viser klart, at fluida baseret på hydrogenholdige molekyler med et forholdsvis højt

DK 160063 B

5 antændingspunkt (på f.eks. 350°C) sammenlignet med BS 148 hy-drocarbonolie (ca. 140°C) ikke viser nogen nævneværdig forbedring under katastrofeforhold i fuld skala, eftersom de alle frembringer eksplosive og brandbare gasser, der antændes, 5 hvilket er ensbetydende med, at der dannes en betragtelig ildkugle. Tabel 1 angiver nogle af de fluida, der er blevet udsat for katastrofeafprøvni nger i fuld skala, idet man bemærker de fluida, der blev antændt, og de fluida, der ikke blev antændt.

10 Tabel 1 angiver også temperaturerne og deres varighed i nærheden af afbryderan lægget eller transformeren for de kendte dielektriske fluida under katastrofeforhold. For fluida, der ikke udviser ildkugler eller flammer, blev temperaturprofi -lerne af den gasformige sky taget i det øjeblik, skyen blev 15 udskudt fra udstyret. Temperaturmålinger foretaget ved hjælp af infrarødt udstyr viste værdier på mindre end 300°C i mindre end 0,2 sekunder i fravær af en flamme. Overf1adetemperaturer i en afstand på 500 mm fra det udstyr, der skulle afprøves, blev målt ved hjælp af temperaturstrimler til at være mindre 20 end 5 0 e C i 1 sekund. Mennesker kan tolerere lufttemperaturer på 500°C i omkring 2 sekunder og 200°C i omkring 2 minutter.

Det at blive udsat for en høj temperatur i mangel af flammer, er således ikke noget problem.

25 Det er blevet foreslået at anvende fluida indeholdende hydro-genholdige molekyler til disse formål. Det har imidlertid vist sig, at selv små andele af hydrogenatomer i molekylerne kan føre til, at der dannes syreprodukter under bue-dannelse. Det er derfor ønskværdigt at anvende ikke-hydrogenho1dige forbin-30 delser til disse formål. Umættede carbocykli ske ha 1ogencarbo-ner indeholdende hydrogen giver også anledning til problemer, eftersom de har tendens til at blive forringet og derved frembringe carbon og syre. Disse materialer har også væsentlig lavere elektriske volumen res i stiviteter og spredningsfaktorer 35 end fuldt halogenerede forbindelser.

Det er blevet foreslået at anvende ikke-brandbar di elektriske medier, og mange fluida er blevet foreslået til dette formål - 6

DK 16 O Q 6 3E

jf. f.eks. britisk patentskrift nr. 1.492.037 og 1.152.930.

Ifølge opfindelsen er der tilvejebragt et dielektrisk afkølende eller bue-udslukkende fluidum omfattende en blanding af 5 tetrachlordi fluorethan med perchlorethylen, idet andelen af tetrachlordifluorethan ligger mellem 10 og 50 vægt% af blandingen, fortrinsvis mellem 20 og 40 vægt%.

Tetrachlordifluorethan, der er kommercielt til gængel i gt, er 10 normalt en blanding af symmetriske og asymmetriske isomere.

□et har et kogepunkt på omkring 93°C og et frysepunkt imellem 26eC og 42°C afhængigt af isomerforholdet.

Fluidet kan som en tredje komponent indeholde andre alifatiske 15 eller carbocykliske fluorholdige halogencarboner, som er hy drogenfrie og i almindelighed har et lavere kogepunkt end de to hovedkomponenter, for derved at fremme afkølingen ved fordampning med henblik på at reducere de toksiske produkter og øge elektronindfangningen af fluidet. Særlige fortrukne for-20 bindeiser er de forbindelser, der er i stand til at danne elektronindfangende frie radikaler, såsom CF3, CF2Ck, CFC12 osv. Denne afkøling ved fordampning kan være særlig fordelagtig i tilfælde af, at den reducerer varmepunkts- og gradienttemperaturer ne i transformerens viklinger. Foretrukne eksempler 25 på den tredje komponent ifølge opfindelsen er: perfluor-(n-pentan), perfluor-(n-hexan) , perfluor-(cyklopentan) , 30 perf 1uor-(cyklohexan) , tetraf1 uord i bromethan, monofluortrichlormethan, trichlortrifluorethan og dichlortetrafluorethan, som kan være til stede i mængder på op til 25 vægt% af blandingen; dog fortrinsvis kun i mængder på op til 10 vægt%.

35

DK 160063B

7 I almindelighed vil fluidumblandinger ifølge opfindelsen normalt befinde sig i væskefasen under driftsforhold (kogepunktet er i almindelighed over 100eC), selv om der kan opstå fordampninger og mindre omfang af nedbrydning i afbryderanlæg, som 5 følge af den varme, der frembringes, når elektriske kontakter åbnes, og der dannes buer. De carbonmængder, der dannes, er imidlertid forholdsvis små, og dielektrikket opfører sig som et effektivt bue-udslukkende fluidum med en minimal spaltning.

10 De nævnte fluida ifølge opfindelsen er ikke-brandbare under katastrofeforhold.

De nævnte fluida ifølge opfindelsen er især effektive som bueundertrykkende eller -udslukkende midler. Sådanne fluida er 15 også i stand til at undertrykke eller udslukke coronaud1adning i medierne eller i dampvolumenet over mediet som følge af deres evne til at absorbere elektroniske ladningsbærere, der er ansvarlige for udladningen.

20 De nævnte fluida ifølge opfindelsen har elektriske egenskaber, der er mindst lige så gode som de værdier, der er angivet i den britiske standard: 148; 1972 og i andre tilsvarende nationale eller internationale specifikationer, såsom IEC 296; 1969 af the International Electro-Technology Comm ision. Tabel 2 an-25 giver værdier af dielektricitetsstyrke (kV) og volumenresisti-vitet (ohm·cm) for tre blandinger af fluida ifølge opfindelsen som eksempler og indeholder til sammenligningsformål tilsvarende data for andre fluida.

30 Disse blandinger har vist sig at udvise gode dielektriske egenskaber og er som følge af deres høje densitet og lave viskositet fortræffelige kølemidler til transformere. Blandingen af disse fluida i de foretrukne andele muliggør en nedsættelse af smeltepunktet, i tilfælde af, at smeltepunktet af den umæt-35 tede perchlorethylen er for højt til at kunne anvendes alene som et fluidum i transformerapparate-. Smeltepunkter af tre blandinger er angivet i tabel 2.

DK 160063 B

8

Ethvert muligt materiale må tilfredsstille visse minimale fysiske og elektriske kriterier, hvis det skal kunne anvendes som et dielektrisk fluidum. Væsentiige egenskaber indbefatter høj elektrisk gennemslagsspænding, høj volumenresisti vitet, 5 lavt flydepunkt, højt kogepunkt og kemisk forenelighed med andre materialer, der er anvendt til fremstilling af apparatet. Afprøvninger ved 100®C og under tilstedeværelse af kobber har vist, at de nævnte fluida ifølge opfindelsen er termisk stabile.

10

Ifølge opfindelsen er der desuden tilvejebragt et væskefyldt transformerapparat, der som det essentielle dielektriske fluidum indeholder en flydende blanding indeholdende tetrachlordi-fluorethan og perchlorethylen.

15

Tetrachlord if1uorethankomponenten omfatter fortrinsvis mellem 20 og 50 vægt% af væskeblandingen.

Det dielektriske fluidum indeholder fortrinsvis en tredje kom-20 ponent, som er en fluoreret alifatisk eller carbocyklisk halo-gencarbon, som er hydrogenfri og af et lavere kogepunkt end de to hovedkomponenter. Som den tredje komponent foretrækkes i denne forbindelse: 25 perf 1uor-(n-pentan), perf 1uor-(n-hexan), perfluor-(cyklopentan), perfluor-(cyklohexan), tetraf 1 uord i bromethan , 30 monof 1uortrichlormethan og trichlortrifluorethan.

Denne tredje komponent kan være til stede i mængder på op til 25 vægt%, fortrinsvis i mængder på op til 10 vægt% af den sam-35 lede blanding. Det menes, at denne tredje komponent bidrager til virkningsgraden af det dielektriske fluidum ved at optage varme fra varmepunkter i transformerviklingerne ved fordamp-

DK 160063 B

9 ning. Under fejltilstande af afprøvningsudstyret, fordamper denne tredje komponent fortrinsvis i bue-området og giver derved en væsentlig reduktion af koncentrationen af perchlorethy-lendampen, målt ved punktet af afprøvningsudstyrets brud. Prø-5 veresultater og nød-eksponeringsgrænser under afprøvninger af en transformator er angivet i tabel 5. Perchlorethylendampen erstattes af mindre toksiske chlorfluorearbonprodukter, såsom CC13F, CC12F og CF4.

10 Tilstedeværelsen af trichlortrifluorethan i det dielektriske fluidum (i mængder på op til omkring 10 vægt%) fremmer f.eks. dannelsen af dampbobler og begyndende kogning ved optagelse af varme fra områder i nærheden af de varme punkter i transformerens viklinger.

15

Et fluidum ifølge opfindelsen er blevet afprøvet for temperaturstigning i en typisk transformer, som vist på tegningen, der viser nogle af de steder, hvor temperaturmålingerne foretages. Til sammenligningsformål blev andre fluida, der sælges 20 som dielektriske og kølende medier, også afprøvet under identiske forhold i den samme transformer.

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, som viser et transformerapparat ifølge 25 opfindelsen.

I den på tegningen viste transformer er to vindinger 10 ned-dyppet i et dielektrisk og kølende fluidum 12. Transformeren er af den forseglede type med panelradiatorer 13 og 14 og er 30 til afprøvningsformål udstyret med termoelementer, hvoraf 32 er placeret på høj- og lavspændingsvindingerne. Temperaturerne Ti og T2 er typiske for sådanne termoelementer. Der vil imidlertid blive refereret specielt til temperaturerne Ty og Tg i den øvre og den nedre del af fluidet. Tabel 3 viser værdierne 35 af visse målte temperaturer:

Ty = Fluidumtemperaturen i toppen (“C).

T4yg = Fluidets middeltemperatur (°C).

10

DK 160063 B

Thot SPOT = Temperaturen ved den varmeste del af vi kl i ngen.

Mærkningen af transformeren var 11.000/433 volt, 3-faset 500 5 kVA med totale kobber- og jerntab på 8.050 watt og 18 kølepaneler.

Prøveresultaterne i tabel 3 viser, at et fluidum ifølge opfindelsen gav den mindste forøgelse af topfluidets temperatur og 10 viste det laveste varmepunkt og den laveste temperaturstigning sammenlignet med andre afprøvede fluida.

Temperaturdifferencen Tj - T^yg viser klart, at fluidet ifølge opfindelsen strømmer væsentligt hurtigere end de fluida, de 15 skal sammenlignes med. Der er en betydelig korrelation imellem viskositeten af det enkelte fluidum og dets varmeoverførings-egenskaber, som afspejles i de temperaturer, der opnås under afprøvningerne. Især er temperaturen af det varme punkt af transformeren med fluidet ifølge opfindelsen omkring 25% mi n-20 dre end for BS. 148 isolerende olie og omkring 45% bedre end paraffinolier.

Denne afprøvning viser, at økonomien vil kunne forbedres ved at udnytte de meget bemærkelsesværdige varmeoverføringsegen-25 skaber af fluidet ifølge opfindelsen i ellers konventionelle transformere.

Til yderligere illustration af de fortræffelige varmeoverfø-ringsegenskaber af fluida ifølge opfindelsen angiver de f øl -30 gende data vi ndingstemperaturgradienterne i prøvetransformeren i figuren med flere forskellige dielektriske fluida, såsom perchlorethyl en (P), perch 1orethy1 en + tetrach1 ord if1uorethan (112), perchl orethan + tetrachlordifluorethan og trichlortri-flourethan.

35

DK 160063 B

xi

Fluidum + Vindingens tem- Transformesamme nsæt n i ng peraturgradienter rens specifika- (vægt%) ( ° C) tioner.

5 Lav Høj spænding spænding

(a) P 6,7 9,1 ) 3050 W 11000/433V

(b) P + 112 (70:30) 5,3 6,0 ) 500 kVa 3 faset (C) P + 113 (91:9) 3,6 5,0 ) 18 radiatorpaneler 10 (d) P + 112 + 113 3,5 5,0 ) angivet til BS.171: (66,7:28,6:4,7) 1978.

"Vindingens temperaturgradient" er en velkendt parameter, der anvendes til vurdering af transformerens afkøling og essen-15 tielt er et mål for temperaturdifferencen imellem massen af fluidet og massen af spolerne. Det fremgår af ovenstående, at (i) brugen - se (b) - af 2-komponent fluidumblandingen ifølge opfindelsen giver en forbedring på mellem 30 og 50% i kølekapacitet sammenlignet med brugen af perch 1 orethyl en alene, 20 (ii) tilsætningen af 9 vægt% trichlorf1uorethan til perchlor- ethylen eller 5 vægt% til to-komponentblandingen - se (d) - giver en yderligere forbedring på 20% i henseende til fjernelse af varme. Perchlorethylen + 113 er imidlertid uegnet som 25 følge af dårlige smeltepunkt/trykforhold. Flygtigheden af 113 repræsenterer desuden en toksisk risiko ved større koncentrationer af 113.

For at illustrere ikke-brandbarheden og den lave toksicitet af 30 transformerfluida ifølge opfindelsen under katastrofeforhold blev følgende afprøvningsprocedurer udført.

En typisk 500 kVA 11000/433 volt trefaset forde1 ingstansformer blev underkastet en katastrofefej lafprøvning ved at tilveje-35 bringe en indre kortslutning og tilføre en fejlenergi på 12 kV; 13 kA i en periode på 300 msek. Transformeren indeholdt 585 liter af blandingen: (66% perchlorethylen med 28,3% tetra-

DK 160063 B

12 chlordif1uorethan tilsat 5,7 vægt% 1,1,2-trichlortrif1uorethan) i et lukket rum. Under disse afprøvningsforhold slap en lille mængde damp ud via trykudløsningsventilen. Der opstod hverken flammer eller eksplosive gasser. Ved infrarød måling blev det 5 konstateret, at udslippet ikke havde en temperatur på over 175° C i en periode på mindre end 200 msek.

Prøver af den lille gassky omkring transformeren i det 1ukkede rum under de destruktive afprøvninger blev udtaget 10 i intervaller på nul sekunder, dvs. momentant, 10 sekunder og 1 minut. Prøverne blev analyseret ved infrarød teknik og boble- og "Draeger"-rørteknikker. Koncentrationerne i vpm af halogencarbonerne og de frembragte gasser blev identificeret og er angivet i tabel 4.

15

Der blev anvendt 7 prøveudtagningsanordninger (i hovedhøjde): 3 momentane, 20 2 ved 10 sekunder senere, 2 ved 1 minut senere.

Tabellen angiver koncentrationerne af kemiske prøver identificeret i gas/damp-skyen omkring transformeren efter ka-25 tas trofefej1 , idet der som transformerfluidum anvendes 66%/28.3% perchlorethylen/tetrachlordifluorethan tilsat 5,7 ‘ vægt% (af blandingen) af trich1 ortrif1uorethan.

Under de ovenfor beskrevne afprøvningsforhold repræsenterer 30 ingen af koncentrationerne af de detekterede kemiske prøven en alvorlig toksisk risiko.

Under sammenlignende prøveforhold med transformeren fyldt med perchlorethylen alene er koncentrationen af perch 1 orethyl en 35 ved katastrofefejl typisk 3000 ppm over 2 minutter og momentant 5000 ppm.

DK 160063 B

13 I en tredje henseende består nærværende opfindelse af et forseglet afbryderanlæg indeholdende et afbryderapparat med mindst to elektriske kontakter, og organer til at slutte og bryde kontakterne, idet kontakterne brydes under tilstedevæ-5 relse af et bue-udslukkende fluidum omfattende en blanding af perchlorethylen og tetrachlordif1uorethan.

Brydeafprøvninger under anvendelse af hermetisk lukkede enheder fyldt med fluidumblandinger ifølge opfindelsen har vist 10 negligible trykstigninger efter 30 afbryderoperationer ved 12 kV, 500 A og en effektfaktor på 0,7. Med BS 148 hydrocarbon-isolationsolie i stedet for det nævnte fluidum og under de samme afbryderforhold opbyggedes et betydeligt tryk efter kun få afbryderoperationer, hvilket gav anledning til dannelse af 15 brud i anbryderanordningens tank. Forseglede afbryderanlæg med f.eks. et nitrogenfyldt hovedvolumen har fordelene ved et forudbestemt miljø, medens ikke-forseglede afbryderan 1 æg kan påvirkes af indtrængninger af uønskede udefra kommende urenheder, såsom fugt eller oxygen.

20

Fluidet indeholder fortrinsvis mellem 10 og 30 vægt% af tetrachl ordi fluorethankomponenten.

Typiske afprøvninger viser, at perchlorethylen alene har en 25 meget utilfredsstillende afbryderkarakteristik og er ude af stand til på passende måde at udslukke buer under gentagne elektriske afbrydelser foretaget ved hjælp af en afbryder.

Det vil forstås, at dette til dels skyldes dekompositions-30 produkterne dannet under bue-dannelsen og nedbrydningen af perch 1 orethylenmolekylet, der danner chlor i betydelige mængder. Tilsætningen af fluorholdige molekyler til blandingen forbedrer den bue-udslukkende karakteristik af fluidet. Årsagen til denne forbedring menes at være tilstedeværelsen af 35 e1ektron indfangende frie radikaler, såsom, -CF3, -CF2CI osv.

Tilstedeværelsen af trich1 ortrif1uorethan i fluidumblandingen fremmer således (under bue-tilstande) dannelsen af forbinde!- °κ 160063 Β 14 ser, såsom CF4, C C1F3 og som ^ar ualmindelig gode di elektriske egenskaber, lav toksicitet og fremmer bue-udsluk-ni ngen sammenlignet med to-komponentfluidet som følge af reduktionen af koncentrationen af perchlorethylen i området af 5 buen. Tilstedeværelsen af elektronindfangende frie radikaler, såsom -CF3, -CF2C1 osv., synes også at forbedre elektronindfangningsegenskaberne af det bue-udslukkende fluidum.

10 15 20 25 30 35

DK 160063B

15 TABEL 1: Brandbarhed og temperturmålinger på fluida afprøvet ved katastrofefej1.

5 _____

Fluidum Brændte. Temperatur + Observationer varighed af damp eller flaimie 10

Perc+BS 148 ja 1000°C/5s Brandbar - (Isolerende olie) sure gasser BS 148 - olie ja 1000°C/10s Brandbar

Trichlor- Brandbar 15 o benzen ja 700 C/Is sure gasser

Perchlor- Dårlig afgivelse og ethylen nej 500°C/0,8s bue-dannelse, uacceptabelt flydepunkt

Siliconeolie ja 1000°C/5s Brandbar, høj viskositet A A t BS148/113 nej 600°C/ls Højt damptryk, betragte- j j (50/50%) lige syremængder i

Komplekse estere ja 1000°C/7s Brandbar

Phosphatester ja 1000°C/5s Brandbar D.C.3.T.F. ja 700°C/0,7s Brandbar - 25 sure gasser

Hvor: D.C.B.T.F. = Dichlorbenzotrifluorid

Perc. = Perchlorethylen 113 = Trichlortrifluorethan 30

Katastrofefejltilstande: Eventuel fejlenergi 3-faset 12kV, 13 kA for op til 500 msek.. Testudstyret indeholdt 60 liter fluidum.

35 TASEL 2.

DK 160063 B

16

Sammenlignelige elektriske og fysiske egenskaber 5 af dielektriske fluida.__ I Tstrachlor- Flyde- Koge- Elektrisk Volumen- Dielak- Tabs- difluorethan punkt punkt gennem- resisti- trisk faktor Å i perchlor- o„ bruds- vitet kon- Tg δ 10 ethylen c styrke (ohm cms)x stant x (kV) x 20 -26 113 60 4xl013 2,5 0,004 13 30 -32 111 60 4x10 2,5 0,004 15 50 -42 105 60 4xl013 2,5 0,004 23°C 111 60 ixlO13 2,35 0,007 30 i? 100°C 111 60 1x10 2,53 0,05

Perchlorethylen 121 60 IxlO""3 2,4 0,008 20 113 47 60 IxlO13 2,5 0,005 23°C 60 lxl0“4 2,24 0,0013 BS.148 η, 1C0°C 60 1x10 2,18 0,06

Isolaticnsolie 2 5 ---—----—-— v ^ o

Elektriske afprøvninger foretaget ved 20 C med mindre andet er angivet.

30 Flydepunktet reduceres ved ca. 3°C, når 5¾ ar 11 eller Ij.3 er tilsat til 2-kcmponentblandingen. De elektriske egenskaber er i hovedsagen usndrede. 1 = Trichlortrifluorethan 35 11 = Trichlcrmcnoflucrmethan.

TABEL 3.

DK 160063 B

17

Temperaturstigninger fra forskellige dielektriske og afkølende fluida.' (i °C) .

5 , _ — I en 500 kVA, 3-faset, 11000/433 volt forseglet transformer. Dimensioneret til BS 171: 1978, med en samlet total på 8050 watt.

10 i

Fluidum Værdier målt ved hjælp Opnået fra sammensætning af termoelementer data, typisk (vægt) m m m _m T viskositet

15 T AVE T AV HOT SPOT ved 50°C

Centipoise.

?:112:113 40,7 37,2 3,5 66,4 0,71 66,7:28,6:4,7 SS.148 Isoleret 48,0 40,1 7,9 86,0 12,0 2o olie

Kompleks ester 48,5 39,2 9,3 88,6 38,0

Silicone 48,5 38,0 10,5 93,4 43,0

Paraffinolie 54,7 40,5 14,5 101,2 85,0 2 5 _ NB:: Afprøvningsforholdene var de samme fer alle fluida, 30 35 TABEL 4.

DK 160063 B

18

Koncentrationer af kemiske stoffer identificeret 5 i gas/dampskyen omkring tranformeren efter kata- strofefejl._ 10 Kemisk Koncentrationer i VPM efter forbindelse øjeblik- 10 1 kelig sek. min.

15 Perchlorethylen 1100 1200 270 112 130 120 65 113 80 20 20

Carbontetrafluorid (14) 5 55 20 li 60 80 35 13 20 20 20

Chlorx 2 ND 3

Hydrogenchlorid 2,5 ND ND

Carbonylchlorid x ND ND ND

25 Carbonmonooxid ND ND ND

Carbonvlfluorchlorid ND ND ND

VPM = milliontedele på volumenbasis ND = ikke-detekteret under 1 vpm 30 11 = trichlormonofluormethan 13 = moncchlortrifiuormethan x = ikke-detekteret under 0,5 vpm.

35

DK 160063 B

19 TASSL 5: Afprøvninger ved katastrofefejl.

: Koncentration (ppm vægt/volumen) af ihalogencar- Væske Prøve-1 boner ved tidspunktet for brud af testudstyret udtag-’ (med en kapacitet på 60 1.) under katastrofe-nings-j afprøvninger. Forventet energi i 3 faser, 12 kV, tid 13 KA i 500 msek.

(min.) _____ j P 112 113 u,_12, ^ j j total x i0 -i--- 1 - i p !

Middel- 0 6000 - - værdien σ/er: 3 afprøv- ! j 5 ninger i 5 3500 - - ' i P/112 70/30 j middelrardi Ϊ ° 1500 930 - 1400 over 5 af- il 800 200 - 350 prøvninger ' j

20 ; I

i I

1 I

l P/112/113 : 66,7:28,6:4,7 0 1300 480 90 850 75 vægt/vægt : 1 | 500 50 10 90 middelværdi i | over 4 af- i prøvninger Nøcekspcnerir.gsgrsnse· 3 0 for 5 minutters eks- 1500 1500 4000 3000 pcneringstid

Hvor: p = perchlorethyien 3 5 112 = tetrachlcrdif lucre than (90:10 symuasym isomere vægt/vægt i 113 = 1,1,2-trichlcr-l,2,2-trifluorethan

Claims (14)

1. Dielektrisk afkølende eller bue-udslukkende fluidum, kendetegnet ved, at det omfatter en blanding af tetrachlord i fluorethan med perchlorethylen, idet andelen af tetrachlordifluorethan ligger mellem 10 og 50 vægt%. 15

2. Fluidum ifølge krav 1, kendetegnet ved, at andelen af tetrachlordifluorethan ligger mellem 20 og 40 vægt%.

3. Fluidum ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, 20 at det desuden indeholder en tredje komponent, som er en hydro genfri, fluorholdig alifatisk eller carbocyklisk halogencar-bon.

4. Fluidum ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den 25 tredje komponent er valgt fra gruppen bestående af perfluor-(n-peptan), perfluor-(n-hexan), perfluor-(cyklopentan), 30 perf 1uor-(cyklohexan), tetrafluordibromethan, monof 1uortrichlormethan og trichlortrifluorethan.

5. Fluidum ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den tredje komponent er trichlortrifluorethan. DK 160063 B

6. Fluidum ifølge krav 3, 4 eller 5, kendetegnet ved, at den tredje komponent er til stede i en mængde på op til 25 vægt$.

7. Fluidum ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den tredje komponent er til stede i en mængde på op til 10 vægt%.

8. Fluidum ifølge krav 7, k e n d e t e g n e t ved, at den tredje komponent er til stede i en mængde på 5 - 10 vægt% af 10 fluidet.

9. Transformerapparat kendetegnet ved, at det indeholder et dielektrisk kølefluidum ifølge krav 1-8.

10. Transformerapparat, kendetegnet ved, at det omkring vindingerne har et kølefluidum ifølge krav 1, 2, 3, 5 eller 7.

11. Forseglet afbryderanlæg indeholdende et afbryderapparat 20 med mindst to elektriske kontakter og organer til at slutte og bryde kontakterne og et dielektrisk fluidum, der omgiver kontakterne, k e n d e t e g n e t ved, at fluidet er et fluidum ifølge krav 1-8.

12. Afbryder an 1 æg ifølge krav 11, kendetegnet ved, at kontakterne brydes under tilstedeværelse af fluidet, som danner et bue-udslukkende fluidum såvel som et dielektrikum.

13. Afbryderan 1 æg ifølge krav 11, kendetegnet ved, 30 at kontakterne befinder sig i vakuumkamre omgivet af fluidet.

14. Smeltesikring med et smeltesikringselement i en bue-udslukkende væske i et isolerende kammer, kendetegnet ved, at væsken er et fluidum ifølge krav 1-8. 35