EP4078642A1 - Isolationsmedium für eine elektroenergieübertragungseinrichtung - Google Patents

Isolationsmedium für eine elektroenergieübertragungseinrichtung

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Publication number
EP4078642A1
EP4078642A1 EP21708119.9A EP21708119A EP4078642A1 EP 4078642 A1 EP4078642 A1 EP 4078642A1 EP 21708119 A EP21708119 A EP 21708119A EP 4078642 A1 EP4078642 A1 EP 4078642A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insulation
insulation medium
medium
volume
transmission device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21708119.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Lutz
Alexander Nijhuis
Karsten Pohlink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4078642A1 publication Critical patent/EP4078642A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/22—Selection of fluids for arc-extinguishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/56—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches

Definitions

  • Insulation medium for an electrical energy transmission device Insulation medium for an electrical energy transmission device
  • the invention relates to an insulation medium for an electrical energy transmission device, such as for a high-voltage switch or a fluid-insulated pipe conductor, the insulation medium being a fluid at room temperature and atmospheric pressure.
  • the invention also relates to an electrical energy transmission device which has such an Isolati onsmedium.
  • Electrical power transmission devices such as gas-insulated pipe conductors or high-voltage switches or circuit breakers, are well known in the art.
  • DE 102017 220 570 A1 relates to an insulation medium for an electrical energy transmission device, the insulation medium being a fluid at room temperature and atmospheric pressure, and the insulation medium having at least the following components: synthetic air in a content of> 50% by volume
  • the object is achieved according to the invention by an insulation medium for an electrical energy transmission device with the features of claim 1.
  • the object is also achieved according to the invention by using an insulation medium as an electrically insulating atmosphere in a fluid-insulated electrical energy transmission device according to claim 6.
  • the object is achieved according to the invention is also carried out by a fluid-insulated electrical energy transmission device with the features of claim 7.
  • Preferred embodiments of the invention are described in the subclaims, in the description or the figures, with further features described or shown in the subclaims or in the description or in the figures or in any combination an object of the invention can represent if the context does not clearly indicate the opposite.
  • insulation medium for an electrical energy transmission device is proposed, the insulation medium being a fluid at room temperature and atmospheric pressure, and the insulation medium having at least the following components:
  • An insulation medium described above allows a reliable reduction or extinction of an arc in a high-voltage switch and allows long-term stable or long-term functional operation of the high-voltage switch and is also particularly advantageous as an insulating atmosphere in a fluid-insulated pipe.
  • a high-voltage switch or a fluid-insulated pipe conductor can be used as such.
  • a high-voltage switch can in particular be understood to mean a switching device that has an electrical conductor that can be opened or closed by appropriate contact elements and thus allow or interrupt a current flow.
  • the high-voltage switch can be suitable for carrying high currents or the application of a high voltage, and arcing can occur when the contacts are disconnected or opened.
  • Exemplary currents that can be separated by a circuit breaker of a high-voltage switch can be in a range of up to 80,000 A.
  • voltages in a range of up to 800,000 V can be applied to the switching device.
  • a fluid-insulated pipe conductor can be understood in particular as a conductor in which normal operating voltages of approximately up to 500 kV with rated currents per conductor of up to approximately 5 kA can be present.
  • the conductor can be present in an outer tube, with an insulating atmosphere being present in the outer tube and surrounding the conductor and with post insulators being present for mechanical support of the conductor.
  • the insulation medium should thus serve to isolate a volume occurring in the electrical energy transmission device, in particular the high-voltage switch or disconnector or earthing switch, and, if necessary, to prevent an arc that may occur, particularly when contact elements are disconnected, but also when they are closed delete or ensure sufficient insulation in the pipe.
  • this is a fluid, for example gaseous, at room temperature and atmospheric pressure, for example in a range from atmospheric pressure to 10 bar (absolute).
  • room temperature is also understood to mean a temperature of 22 ° C.
  • atmospheric pressure is understood to mean a pressure of 1 bar and pressures mentioned in principle are to be understood as absolute values.
  • the isolation medium is a fluid, for example gaseous, even under the operating conditions, that is to say under an increased pressure and / or an increased or decreased temperature, as is described below.
  • the insulation medium By providing a fluid insulation medium, it can be made possible in a particularly simple manner that the insulation medium is introduced into an insulation space of the high-voltage switch or pipe and remains there. As a result, the insulation medium can completely surround contact elements, between which an arc can arise when they are separated or closed, or a conductor in a pipe conductor. Thus, in principle, the formation of an arc can be counteracted or extinguishing of the arc can be effectively supported or effective insulation of the conductor can be brought about.
  • a gaseous insulation medium enables simple handling, for example when it is introduced into the insulation space, when it is held in the insulation space and, if necessary, when it is exchanged.
  • the amount of existing isolation medium in the isolation space can be easily adapted and so the insulation capacity can be tailored to the desired application area.
  • the insulation medium has at least the following components:
  • the insulation medium can consist of nitrogen and the at least one organic fluorine compound in the proportions mentioned above, with any impurities being or impurities in the substances or, in principle, other substances must be taken into account and may be present in a content of ⁇ 0.1% by volume, for example in a content of ⁇ 0.01% by volume.
  • Characteristic of this insulation medium is therefore in particular its special composition, which can be composed of nitrogen and the organic fluorine compound in particular.
  • synthetic air or carbon dioxide is not used, or only to a very limited extent, in addition to the organic fluorine compound, but rather nitrogen that is as pure as possible.
  • oxygen and water are present together in the insulation medium in a content of ⁇ 0.1% by volume, for example ⁇ 0.01% by volume, for example ⁇ 1 ppm by volume, about ⁇ 0.5 ppm by volume, or the insulation medium is also completely free of oxygen and water.
  • the insulation medium has:
  • Oxygen and optionally other components in the insulation medium can be present in a content of ⁇ 0.1% by volume, for example ⁇ 0.01% by volume.
  • an improved long-term stability or a improved long-term functionality are made possible. It was found that compared to oxygen-containing and in particular water-containing gas mixtures with in particular fluoronitrile components, the risk of corrosion mechanisms in particular, which can limit the service life of switchgear, can be significantly reduced. In addition, in switching cases with high energy input (for example arcing faults, short-circuit connections), according to the invention, the risk of flammability, in particular in the case of fluoronitrile proportions greater than or equal to 5%, is significantly reduced.
  • insulation media which comprise a fluoronitrile and an oxidizing carrier gas, such as oxygen, and possibly water
  • an oxidizing carrier gas such as oxygen, and possibly water
  • connections between the material of the component (usually Copper or silver) and the oxidizing effect of the carrier gas (usually oxygen) It is therefore usually a matter of metal complexes, in particular oxides, on the surface of the conductive components, which in turn react with the organic fluorine compound, in particular fluoronitrile.
  • the use of the insulation gas described here prevents the formation of metal complexes or the formation of oxides on the surface. terbindet or so greatly reduced that a reaction with the fluorine compound, in particular with nitrile groups of fluoronitrile, is sustainably reduced on the surface of the components and thus the aging properties of the insulating medium are significantly improved.
  • Current-carrying components are understood to mean the components in the switchgear that are used to conduct electrical current, in particular the contacts and the electrical supply lines.
  • improved properties can be made possible according to the invention.
  • improved long-term tightness can be made possible light.
  • permeation mechanisms for example on elastomeric sealing materials, are significantly reduced, as described in greater detail below.
  • insulation media according to the present invention do not have a significant tendency to form soot in disconnectors and earthing switches, which in combination with vacuum circuit breakers can also improve long-term functionality or long-term stability.
  • an insulation medium described here in particular in combination with vacuum circuit breakers, enables an arc to be effectively extinguished in disconnectors and earthing switches and also enables long-term stable operation even with several switching operations of the high-voltage switch, or that one effective insulation of a conductor in an outer wall of a pipe is made possible.
  • insulation media which contain nitrogen and one or more organofluorine components in the amounts described above, and where oxygen and in particular water is essentially dispensed with, that an improved long-term sealing. activity of switching devices or in pipelines is made possible, as was already indicated above. This can be due in particular to the fact that the insulation medium has a comparatively low permeation rate based on common polymers, which are mostly used as sealing materials. In particular, nitrogen has a particularly low permeation rate through common polymers.
  • Exemplary polymers as sealing materials include, for example, EPDM (ethylene-propylene-diene rubber), NBR (nitrile-butadiene rubber), CR (chloroprene rubber), IIR (isobutene-isoprene rubber), SBR (styrene-butadiene rubber) Rubber) or FKM (fluoropolymer rubber).
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • NBR nitrile-butadiene rubber
  • CR chloroprene rubber
  • IIR isobutene-isoprene rubber
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • FKM fluoropolymer rubber
  • the dielectric strength of the insulation medium is improved.
  • the effectiveness of an insulation can be particularly high, especially when compared to pure synthetic air or also compared to pure nitrogen.
  • organofluorine compound in the insulation medium is in a range of
  • the at least one organofluorine compound is selected from the group consisting of fluoronitriles, such as perfluoronitriles, fluorethers, such as hydrofluoromonoethers, fluoroolefins, such as hydrofluoroolefins, and fluoroketones, such as perfluoroketones.
  • Preferred organofluorine compounds can have hydrofluoromonoethers with at least three carbon atoms, fluoroketones with a number of four to twelve carbon atoms, for example five or six carbon atoms.
  • the organofluorine compound can be a perfluoroalkylnitrile, such as a compound selected from perfluoroacetonitrile, perfluoropropionitrile (C 2 F 5 CN), perfluorobutyronitrile (C 3 F 7 CN), perfluoroisobutyronitrile (CF 3 ) 2 CFCN), perfluoro-2 -methoxypropanenitrile (CF 3 CF (OCF 3 ) CN), or mixtures thereof, as described for example in WO2015 / 071303 A1. These compounds are generally described as fluoronitriles.
  • perfluoroalkylnitrile such as a compound selected from perfluoroacetonitrile, perfluoropropionitrile (C 2 F 5 CN), perfluorobutyronitrile (C 3 F 7 CN), perfluoroisobutyronitrile (CF 3 ) 2 CFCN), perfluoro-2 -methoxypropanenitrile (CF 3
  • the dielectric strength or the insulation quality can be particularly high even when using such organofluorine compounds.
  • the effect of extinguishing an arc can be particularly effective or effective electrical insulation of the contact elements or the conductor can be made possible even with high currents.
  • the insulation medium is essentially free of at least one, for example all of water, carbon dioxide, and noble gases.
  • the insulation medium can be completely free of water, Be carbon dioxide and noble gases.
  • essentially free should in particular mean that the aforementioned substances are present in the insulation medium in a proportion of ⁇ 0.1% by volume, for example of
  • ⁇ 1 ppm by volume for example ⁇ 0.5 ppm by volume, or completely free thereof.
  • the aforementioned corrosion mechanisms can be prevented particularly effectively, so that the long-term stability can be improved in particular in this embodiment, especially in the absence of water.
  • the purity in this embodiment is particularly high, so that the insulation medium has defined and predictable properties.
  • High-voltage switching devices based on the insulation medium according to the invention in particular in combination with vacuum circuit breakers, also have an improved service life, especially compared to SF 6 technology, for example due to the decomposition of the gas through switching operations and material burn-off.
  • the insulation medium consists of nitrogen and at least one organofluorine compound.
  • the insulation medium should only contain further substances in a proportion of ⁇ 0.1% by volume, for example of
  • ⁇ 1 ppm by volume for example ⁇ 0.5 ppm by volume, or completely absent.
  • the insulation medium has other constituents, such as nitrogen oxides or carbon dioxide oxide. However, this is preferably in a range of a maximum of 1% by volume, for example a maximum of 0.5% by volume.
  • the present invention also relates to the use of an insulating medium, as described in detail above, as an electrically insulating atmosphere in a fluid-insulated electrical energy transmission device, such as in a high-voltage switch or as an electrically insulating atmosphere in a fluid-insulated pipe.
  • the isolation medium previously defined in detail, it is possible, in particular, to combine a high level of isolation with long-term stable operation of the electrical energy transmission device. Furthermore, a particularly good insulation quality and long-term stability of the insulating atmosphere in the pipe conductor can be made possible.
  • the present invention also relates to a fluid-insulated electrical energy transmission device, having a fluid-tight sealed isolation space, an isolation medium being arranged in the isolation space or in a reservoir that can be connected to the isolation space, the isolation medium being designed as described in detail above.
  • An electrical energy transmission device can in principle be understood to mean any device in which energy, in particular in the form of electricity, can be transmitted.
  • the electrical energy transmission device has at least one of a high-voltage switch and a fluid-insulated pipe conductor.
  • a high-voltage switch or a fluid-insulated pipe conductor are designed in particular, as described in detail above and below.
  • the space of the pipe that surrounds the conductor and is surrounded by an outer wall is the insulation space in which the insulation medium is preferably permanently contained in a pipe.
  • the high-voltage switch comprises an insulation space also referred to as a fluid receiving space.
  • a first switching unit is arranged, which can be designed in particular as an earthing switch or as a disconnector or as an earthing switch and disconnector.
  • an insulation medium is provided in the insulation space itself, that is, preferably permanently and independently of switching operations taking place, or also in a reservoir that can be connected to the insulation space, for example when a switching operation is imminent.
  • the insulation medium is used to isolate the insulation space and can also be used to extinguish an arc.
  • a second switching unit and optionally a third switching unit are arranged in the insulation space in addition to the first switching unit, the first switching unit and the third switching unit each having at least one of a disconnector and an earthing switch , and wherein the second switching unit has a circuit breaker, such as in particular a vacuum switch.
  • a circuit breaker such as in particular a vacuum switch.
  • an earthing switch, a circuit breaker and a circuit breaker, in particular a vacuum switch are provided, wherein the earthing switch and the circuit breaker can be separated from one another or can be designed as a single switching unit.
  • the vacuum switch can be advantageous.
  • the circuit breaker in particular a vacuum switch, can be triggered independently of disconnectors and earthing switches, for example if faults, such as short circuits in the power supply system, occur and high short-circuit currents have to be interrupted.
  • Disconnectors and earthing switches are safety-relevant switching devices in particular and are triggered comparatively less often, for example when maintenance work is to be carried out or when there is a change between busbars. Switching a disconnector and earthing switch is usually preceded by switching the circuit breaker.
  • a disconnector and an earthing switch in the insulation space which are preferably both surrounded by the insulation medium.
  • a vacuum switch is provided in the insulation space, the contact elements of the vacuum switch not being in contact with the insulation medium, but rather being present in a vacuum atmosphere. This shows that the main task of the insulation medium is not to prevent the formation of soot or to extinguish an electric arc.
  • the isolation space is separated into a plurality of areas, for example by fluid-tight, e.g. the area of the isolation space surrounding the first switching unit and optionally the area of the isolation space surrounding the third switching unit, is filled with the isolation medium.
  • the circuit breaker can in particular be a vacuum circuit breaker and serve to interrupt high currents, in particular short-circuit currents, whereas the disconnector and the earthing switch can serve to interrupt small currents, in particular commutation currents, charging currents and induced currents, with the isolation medium as Arc extinguishing medium is used for disconnectors and earthing switches.
  • the circuit breaker such as the vacuum switch, can separate currents in a range from 25,000 A to 80,000 A or voltages in a range from 72,500 V to 800,000 V can be applied to it.
  • a circuit breaker can also separate currents in a range from 0.1 A to 8,000 A, or voltages in a range from 10 V to 1,000 V can be applied to it.
  • An earthing switch can also separate currents in a range from 0.4 A to 500 A, or voltages in a range from 500 V to 70,000 V can be applied to it.
  • the use of the insulation medium described above in combination with a vacuum switch as the preferred circuit breaker can be an optimal solution for switching devices with a long service life, which is particularly true for use in high-voltage technology.
  • the isolation medium is present in the isolation space with a pressure in a range from greater than or equal to 4 bar (absolute) to less than or equal to 10 bar (absolute).
  • Fig. 1 schematically shows an embodiment of a high-voltage switch as an electrical energy transmission device according to the present invention.
  • FIG. 1 a schematic example of a configuration of an electrical power transmission device in the form of a high-voltage switch 10 according to the invention is shown.
  • the high-voltage switch 10 comprises a gastight To closed insulation space 12, in which an insulation medium 13 is deposited, as will be described in detail below.
  • first arrangement 14 of first switching units 16 is arranged in the isolation space 12.
  • second arrangement 18 composed of first switching units 16 is arranged in the insulation space 12.
  • the first switching unit 16 is designed as a combined earthing switch and disconnector.
  • a second Druckein unit 20 is also arranged in the isolation space 12.
  • the second switching unit 20 comprises a circuit breaker and is preferably designed as a vacuum switch.
  • the vacuum switch has a switch room with a separable contact, with an exemplary pressure of less than or equal to 10 6 bar being present in the switch room. It is shown that the isolation space 12 is separated into a plurality of areas 15 by gas-tight or gas-permeable partitions 11, all areas 15 of the isolation space 12 being filled with the isolation medium 13 in this embodiment.
  • the first switching unit 16 merely represents an earthing switch and accordingly a third switching unit would be provided which comprises the isolating switch.
  • the third switching unit could then be part of the first arrangement 14 and the second arrangement 18, or further arrangements not shown.
  • control cabinet 22 by means of which the high-voltage switch 10 can be controlled and which sits on a console 24.
  • a spring-loaded drive 26 with a power switch control drive is also provided.
  • a voltage converter 28 and a high-speed earth electrode 30 are also shown.
  • the Overpressure can be present, for example, in a range from greater than or equal to 4 bar to less than or equal to 10 bar. So with the entire insulation space 12 is gas-tight even with a corre sponding overpressure.
  • the insulation medium 13 is designed in that it has the following components:
  • the fluorine compound for example, fluoronitrile, such as such as perfluoronitriles, fluoroethers such as hydrofluoromonoethers, fluoroolefins such as hydrofluoroolefins, and fluoroketones such as perfluoroketones.
  • fluoronitrile such as such as perfluoronitriles
  • fluoroethers such as hydrofluoromonoethers
  • fluoroolefins such as hydrofluoroolefins
  • fluoroketones such as perfluoroketones.
  • oxygen and, for example, other compounds are generally present in the insulation medium in a Ge content of ⁇ 0.5% by volume.
  • the insulation medium 13 can consist of nitrogen and the at least one organofluorine compound, so that the insulation medium 13 is essentially free of at least one of water, carbon dioxide and sulfur hexafluoride.
  • the insulation medium 13 has:

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isolationsmedium für eine Elektroenergieübertragungseinrichtung, wobei das Isolationsmedium (13) bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck ein Fluid ist, und wobei das Isolationsmedium (13) wenigstens die folgenden Bestandteile aufweist: synthetische Luft in einem Gehalt von > 50 Vol.-% bis < 99 Vol.-%; und eine organische FluorVerbindung in einem Gehalt von > 1 Vol.-% bis < 50 Vol.-%.

Description

Beschreibung
Isolationsmedium für eine Elektroenergieübertragungseinrich tung
Die Erfindung betrifft ein Isolationsmedium für eine Elektro energieübertragungseinrichtung, wie etwa für einen Hochspan nungsschalter oder einen fluidisolierten Rohrleiter, wobei das Isolationsmedium bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck ein Fluid ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Elektro energieübertragungseinrichtung, die ein derartiges Isolati onsmedium aufweist.
Elektroenergieübertragungseinrichtungen, wie etwa gasisolier te Rohrleiter oder Hochspannungsschalter beziehungsweise Leistungsschalter, sind auf dem Gebiet weitläufig bekannt.
Sie dienen dazu, hohe Ströme zu führen beziehungsweise zu trennen. Bei Hochspannungsschaltern sind meist Kontaktelemen te vorgesehen, welche in Kontakt bringbar sind, um eine elektrische Verbindung zu ermöglichen, und welche getrennt werden können, um eine elektrische Verbindung beziehungsweise einen elektrischen Strom trennen zu können. Rohrleiter umfas sen meist einen in einer isolierenden Atmosphäre befindlichen Leiter.
Bei einem Trennen der Kontaktelemente oder auch bei einem Zu sammenführen der Kontaktelemente kann es zu einem Lichtbogen kommen. Lichtbögen können das Material der Kontaktelemente belasten und so zu einer Beschädigung dieser führen.
Um dies zu verhindern, ist es bekannt, die Kontaktelemente in einem Isolationsmedium anzuordnen. Dieses kann beispielsweise gasförmig ausgestaltet sein und einen Isolationsraum ausfül len, in dem die Kontaktelemente angeordnet sind. Ferner sind zur Verhinderung von Lichtbögen Vakuum-Leistungsschalter be kannt. DE 102017 220 570 Al betrifft ein Isolationsmedium für eine Elektroenergieübertragungseinrichtung, wobei das Isolations- medium bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck ein Fluid ist, und wobei das Isolationsmedium wenigstens die folgenden Be standteile aufweist: synthetische Luft in einem Gehalt von > 50 Vol.-% bis
< 99 Vol.-%; und eine organische Fluorverbindung in einem Gehalt von
> 1 Vol.-% bis < 50 Vol.-%.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich einer möglichen Langzeitstabilität und Langzeit funktionalität der Kontaktelemente und des Isolationsmediums selbst.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche die Langzeitstabilität beziehungsweise Langzeitfunktionalität und Isolationsgüte von Elektroenergieübertragungseinrichtungen verbessert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Iso lationsmedium für eine Elektroenergieübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe er folgt erfindungsgemäß ferner durch eine Verwendung eines Iso lationsmediums als elektrisch isolierende Atmosphäre in einer fluidisolierten Elektroenergieübertragungseinrichtung nach Anspruch 6. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner durch eine fluidisolierte Elektroenergieübertragungs einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder in den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Es wird ein Isolationsmedium für eine Elektroenergieübertra gungseinrichtung vorgeschlagen, wobei das Isolationsmedium bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck ein Fluid ist, und wobei das Isolationsmedium wenigstens die folgenden Bestand teile aufweist:
Stickstoff in einem Gehalt von > 75 Vol.-% bis
< 99 Vol.-%; und wenigstens eine organische Fluorverbindung in einem
Gehalt von > 1 Vol.-% bis < 15 Vol.-%, wobei
Sauerstoff in dem Isolationsmedium in einem Gehalt von
< 0,5 Vol.-% vorliegt.
Ein vorbeschriebenes Isolationsmedium erlaubt eine sichere Reduzierung oder Löschung eines Lichtbogens in einem Hoch spannungsschalter und erlaubt dabei einen langzeitstabilen beziehungsweise langzeitfunktionalen Betrieb des Hochspan nungsschalters und ist ferner als isolierende Atmosphäre in einem fluidisolierten Rohrleiter besonders vorteilhaft geeig net.
Das hier beschriebene Isolationsmedium dient insbesondere dem Einsatz in einer Elektroenergieübertragungseinrichtung. Als solche kann beispielsweise ein Hochspannungsschalter oder auch ein fluidisolierter Rohrleiter Verwendung finden. Unter einem Hochspannungsschalter kann dabei im Sinne der vorlie genden Erfindung insbesondere ein Schaltgerät verstanden wer den, welches einen elektrischen Leiter aufweist, der durch entsprechende Kontaktelemente geöffnet oder geschlossen wer den kann und somit einen Stromfluss erlauben oder unterbre chen kann. Der Hochspannungsschalter kann dabei zum Führen von hohen Strömen beziehungsweise dem Anliegen einer hohen Spannung geeignet sein, wobei bei einem Trennen beziehungs weise beim Öffnen der Kontakte Lichtbögen auftreten können. Beispielhafte Ströme, welche durch einen Leistungsschalter eines Hochspannungsschalters getrennt werden können, können in einem Bereich von bis zu 80.000 A liegen. Ferner können an dem Schaltgerät Spannungen in einem Bereich von bis zu 800.000 V anliegen.
Ferner kann unter einem fluidisolierten Rohrleiter insbeson dere ein Leiter verstanden werden, bei dem übliche Betriebs spannungen von etwa bis 500 kV mit Nennströmen pro Leiter bis etwa 5 kA vorliegen können. Dabei kann der Leiter in einem Außenrohr vorliegen, wobei in dem Außenrohr und den Leiter umgebend eine isolierende Atmosphäre vorliegt und wobei zur mechanischen Stütze des Leiters Stützisolatoren vorliegen können.
Insbesondere soll das Isolationsmedium somit dazu dienen, ein in der Elektroenergieübertragungseinrichtung, insbesondere dem Hochspannungsschalter oder auch Trenn- oder Erdungsschal ter, auftretendes Volumen zu isolieren und gegebenenfalls ei nen auftretenden Lichtbogen, der insbesondere bei dem Trennen aber auch beim Schließen von Kontaktelementen auftreten kann, zu löschen beziehungsweise eine ausreichende Isolation in dem Rohrleiter sicherstellen zu können.
Um dies zu bewirken ist es bezüglich des Isolationsmediums vorgesehen, dass dieses bei Raumtemperatur und Atmosphären druck, etwa in einem Bereich von Atmosphärendruck bis 10 bar (absolut) ein Fluid ist, beispielsweise gasförmig ist. Unter Raumtemperatur wird ferner im Sinne der vorliegenden Erfin dung eine Temperatur von 22°C verstanden, wohingegen unter Atmosphärendruck ein Druck von lbar verstanden wird und grundsätzlich genannte Drücke als Absolutwerte zu verstehen sind. Vorzugsweise kann es vorgesehen sein, dass das Isolati onsmedium auch unter den Betriebsbedingungen ein Fluid, bei spielswiese gasförmig, ist, also etwa unter einem erhöhten Druck und/oder einer erhöhten oder erniedrigten Temperatur, wie dies nachfolgend beschrieben ist. Durch das Vorsehen eines fluiden Isolationsmediums kann es besonders einfach ermöglicht werden, dass das Isolationsmedi um in einen Isolationsraum des Hochspannungsschalters oder Rohrleiters eingebracht wird und dort verbleibt. Dadurch kann das Isolationsmedium Kontaktelemente vollständig umgeben, zwischen denen bei einem Trennen beziehungsweise Schließen ein Lichtbogen entstehen kann oder auch einen Leiter in einem Rohrleiter. Somit kann grundsätzlich dem Entstehen eines Lichtbogens entgegengewirkt beziehungsweise ein Löschen des Lichtbogens effektiv unterstützt werden beziehungsweise kann eine effektive Isolation des Leiters bewirkt werden.
Grundsätzlich kann durch das Vorsehen eines gasförmigen Iso lationsmediums eine einfache Handhabbarkeit etwa bei einem Einbringen in den Isolationsraum, bei einem Halten in dem Isolationsraum und gegebenenfalls bei einem Austauschen er möglicht werden.
Schließlich kann insbesondere bei einem gasförmigen Isolati onsmedium durch das Ausbilden eines geeigneten Überdrucks in dem Isolationsraum die Menge an in dem Isolationsraum vorhan denem Isolationsmedium auf einfache Weise angepasst werden und so das Isoliervermögen an das gewünschte Anwendungsge biet maßgeschneidert werden.
Darüber hinaus ist es bei dem hier beschriebenen Isolations medium vorgesehen, dass das Isolationsmedium wenigstens die folgenden Bestandteile aufweist:
Stickstoff in einem Gehalt von > 75 Vol.-% bis
< 99 Vol.-%; und wenigstens eine organische Fluorverbindung in einem Gehalt von > 1 Vol.-% bis < 15 Vol.-%, wobei Sauerstoff in dem Isolationsmedium in einem Gehalt von
< 0,5 Vol.-% vorliegt.
Beispielsweise kann das Isolationsmedium aus Stickstoff und der wenigstens einen organischen Fluorverbindung in den vor genannten Anteilen bestehen, wobei etwaige Unreinheiten be- ziehungsweise Verunreinigungen der Substanzen oder grundsätz lich andere Substanzen zu beachten sind und etwa in einem Ge halt von < 0,1 Vol.-%, beispielsweise in einem Gehalt von < 0,01 Vol.-%, vorliegen können.
Charakteristisch bei diesem Isolationsmedium ist somit insbe sondere seine Zusammensetzung, die insbesondere im Wesentli chen aus Stickstoff und der organischen Fluorverbindung be stehen kann. Insbesondere im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik wird somit nicht oder nur sehr begrenzt synthetische Luft oder Kohlendioxid zusätzlich zu der organi schen Fluorverbindung verwendet, sondern vielmehr möglichst reiner Stickstoff. Diesbezüglich kann es besonders bevorzugt sein, wenn Sauerstoff und Wasser gemeinsam in dem Isolations medium in einem Gehalt vorliegen von < 0,1 Vol.-%, beispiels weise < 0,01 Vol.-%, beispielsweise von < 1 Vol.-ppm, etwa von < 0,5 Vol.-ppm, oder das Isolationsmedium auch vollstän dig frei von Sauerstoff und Wasser vorliegt.
Grundsätzlich kann es für besonders effektive Vorteile wie nachfolgend beschrieben vorgesehen sein, dass das Isolations medium aufweist:
Stickstoff in einem Gehalt von > 94 Vol.-% bis < 97 Vol.-%, beispielsweise von 95 Vol.-%; und wenigstens eine organische Fluorverbindung in einem Ge halt von > 3 Vol.-% bis < 7 Vol.-%, beispielsweise von 5 Vol.-%, wobei
Sauerstoff und gegebenenfalls andere Komponenten in dem Iso lationsmedium in einem Gehalt von < 0,1 Vol.-%, beispielswei se < 0,01 Vol.-%, vorliegen können.
Die hier beschriebene Ausgestaltung des Isolationsmediums kann gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen deutliche Vorteile aufweisen.
Insbesondere gegenüber Lösungen, die synthetische Luft in dem Isolationsmedium aufweisen kann gemäß der vorliegenden Erfin dung eine verbesserte Langzeitstabilität beziehungsweise eine verbesserte Langzeitfunktionalität ermöglicht werden. Denn es konnte gefunden werden, dass gegenüber sauerstoffhaltigen und insbesondere wasserhaltigen Gasgemischen mit insbesondere Fluornitril-Anteilen insbesondere die Gefahr von Korrosions mechanismen, die begrenzend in Bezug auf die Lebensdauer von Schaltanlagen sein können, deutlich verringert werden kann. Zudem ist bei Schaltfällen mit hohem Energieeintrag (z.B. Störlichtbogen, Kurzschlusseinschaltungen) erfindungsgemäß das Risiko der Brennbarkeit, insbesondere bei Fluornitril- Anteilen größer oder gleich 5%, deutlich reduziert.
Hinsichtlich der vorgenannten Korrosionsmechanismen, welche erfindungsgemäß verhindert oder zumindest signifikant redu ziert werden können, sei folgendes erwähnt.
Bei Isoliermedien gemäß des Standes der Technik, die ein Flu ornitril und ein oxidierend wirkendes Trägergas, wie etwa Sauerstoff, und gegebenenfalls Wasser umfassen, konnte gefun den werden, dass sich auf den Oberflächen der stromführenden Komponenten Verbindungen zwischen dem Material der Komponente (in der Regel Kupfer oder Silber) und dem oxidierend wirken den Trägergases (in der Regel Sauerstoff) bilden. Es handelt sich dabei also in der Regel um Metallkomplexe, insbesondere Oxide, auf der Oberfläche der leitenden Komponenten, die wie derum eine Reaktion mit der organischen Fluorverbindung, ins besondere Fluornitril, eingehen.
Dies führt dazu, dass der Bestandteil der organischen Fluor verbindung, wie etwa Fluornitril, aus dem Isoliermedium zer setzt wird und das Isoliermedium nach und nach an isolierend wirkender organischer Fluorverbindung verarmt. Somit werden die elektrisch isolierende Wirkung und die Löschwirkung des Isoliermediums durch den beschriebenen Alterungsprozess zu nehmend verschlechtert.
Es hat sich herausgestellt, dass durch die Verwendung des hier beschriebenen Isolationsgases die Bildung von Metallkom plexen beziehungsweise die Oxidbildung an der Oberfläche un- terbindet beziehungsweise so stark reduziert, dass eine Reak tion mit der Fluorverbindung, insbesondere mit Nitrilgruppen von Fluornitril, an der Oberfläche der Komponenten nachhaltig reduziert wird und somit die Alterungseigenschaften des Iso liermediums deutlich verbessert sind.
Unter stromführenden Komponenten werden die Komponenten in der Schaltanlage verstanden, die zur Führung von elektrischem Strom dienen, dies sind insbesondere die Kontakte und die elektrischen Zuleitungen.
Aber auch gegenüber C02-haltigen Gasgemischen können erfin dungsgemäß verbesserte Eigenschaften ermöglicht werden. Bei spielsweise kann eine verbesserte Langzeitdichtigkeit ermög licht werden. Dies deshalb, da bei dem hier beschriebenen Isolationsmedium Permeationsmechanismen, etwa an elastomeren Dichtungsmaterialien, deutlich reduziert sind, wie nachfol gend in größerem Detail beschrieben. Darüber hinaus neigen Isolationsmedien gemäß der vorliegenden Erfindung in Trenn- und Erdungsschaltern nicht signifikant zu einer Rußbildung, was in Kombination mit Vakuumleistungsschaltern die Langzeit funktionalität beziehungsweise Langzeitstabilität ebenfalls verbessern kann.
Somit kann es durch ein hier beschriebenes Isolationsmedium insbesondere in Kombination mit Vakuumleistungsschaltern es ermöglicht werden, dass in Trenn- und Erdungsschaltern ein effektives Löschen eines Lichtbogens ermöglicht wird und fer ner ein langzeitstabiler Betrieb auch bei mehreren Schalt handlungen des Hochspannungsschalters ermöglicht wird, bezie hungsweise dass eine effektive Isolation eines Leiters in ei ner Außenwandung eines Rohrleiters ermöglicht wird.
Weiterhin kann es durch Isolationsmedien, welches Stickstoff und eine oder mehrere fluororganische Komponenten in den vor stehend beschriebenen Mengen aufweisen, und wobei auf Sauer stoff und insbesondere Wasser im Wesentlichen verzichtet wird, ermöglicht werden, dass eine verbesserte Langzeitdich- tigkeit von Schaltgeräten oder auch in Rohrleitern ermöglicht wird, wie vorstehend bereits angedeutet war. Dies kann insbe sondere darin begründet sein, dass bezogen auf gängige Poly mere, welche meist als Dichtmaterialien verwendet werden, das Isolationsmedium eine vergleichsweise geringe Permeationsrate aufweist. Insbesondere weist Stickstoff durch gängige Polyme re eine besonders geringe Permeationsrate auf. Beispielhafte Polymere als Dichtungsmaterialien umfassen etwa EPDM (Ethyl- en-Propylen-Dien-Kautschuk) , NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk), CR (Chloropren-Kautschuk), IIR (Isobuten-Isopren-Kautschuk), SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk) oder FKM (Fluor-Polymer- Kautschuk). Dadurch kann es begünstigt werden, dass das Iso lationsmedium auch bei einem Überdruck sicher und langzeit stabil in dem Isolationsraum verbleibt, ohne dass aufwändige Dichtmaterialien beziehungsweise Dichtanordnungen verwendet werden müssten.
Es wird ferner so effektiv möglich, dass auch bei einem ein fachen Aufbau des Isolationsraums dieser mit einem Überdruck betrieben werden kann. Dadurch kann die Isolationsfestigkeit bei einfachem Aufbau besonders effektiv gestaltet werden.
Durch das Vorsehen wenigstens einer fluororganischen Verbin dung, also einer oder mehreren fluororganischer Verbindungen kann es ferner ermöglicht werden, dass die dielektrische Fes tigkeit des Isolationsmediums verbessert wird. Dadurch kann die Effektivität einer Isolation besonders hoch sein, insbe sondere gegenüber reiner synthetischer Luft oder auch gegen über reinem Stickstoff.
Dabei kann es bereits ausreichend sein, wenn die fluororgani sche Verbindung in dem Isolationsmedium in einem Bereich von
> 1 Vol.-% bis < 15 Vol.-% vorliegt. Diese Mengen können sich dabei auf den Fülldruck des Isolationsraums beziehen, der bei
> 4bar bis <10 bar, etwa bei > 6 bar bis <8 bar, liegen kann, wobei die vorstehenden Druckwerte als Absolutwerte zu verste hen sind. Hinsichtlich des Stickstoffs kann es beispielsweise vorgese hen sein, dass dieser beispielsweise unmittelbar aus der Um gebung der Elektroenergieübertragungseinrichtung gewonnenen oder aus Flaschen entnommenen wird.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die wenigstens eine fluororganische Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe be stehend aus Fluornitrilen, wie etwa Perfluornitrilen, Fluo- rethern, wie etwa Hydrofluormonoethern, Fluorolefinen, wie etwa Hydrofluorolefinen, und Fluorketonen, wie etwa Perfluor ketonen.
Bevorzugte Fluororganische Verbindungen können Hydrofluoromo- noether mit wenigstens drei Kohlenstoffatomen, Fluoroketone mit einer Anzahl von vier bis zwölf Kohlenstoffatomen, bei spielsweise fünf oder sechs Kohlenstoffatomen aufweisen.
Weiter bevorzugt kann die fluororganische Verbindung ein Per fluoralkylnitril, wie etwa eine Verbindung ausgewählt aus Perfluoracetonitril, Perfluoropropionitril ( C2F5CN) , Perflu- orobutyronitril ( C3F7CN) , Perfluoroisobutyronitril (CF3 ) 2CFCN) , Perfluoro-2-methoxypropannitril ( CF3CF ( OCF3 ) CN) , oder Mischungen hieraus aufweisen, wie diese etwa in W02015/071303 Al beschrieben sind. Diese Verbindungen werden generell als Fluornitrile beschrieben.
Es hat sich gezeigt, dass auch in der Verwendung derartiger fluororganischer Verbindungen die dielektrische Festigkeit beziehungsweise die Isolationsgüte besonders hoch sein kann. Dadurch kann die Wirkung des Löschens eines Lichtbogens be sonders effektiv sein beziehungsweise kann eine effektive elektrische Isolierung der Kontaktelemente oder des Leiters auch bei hohen Strömen ermöglicht werden.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Isolationsmedium im Wesentlichen frei ist von wenigstens einem, beispielsweise allen von Wasser, Kohlendioxid, und Edelgasen. Beispielsweise kann das Isolationsmedium vollständig frei sein von Wasser, Kohlendioxid und Edelgasen sein. Im Wesentlichen frei soll dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeu ten, dass die vorgenannten Stoffe in dem Isolationsmedium in einem Anteil von < 0,1 Vol.-%, beispielsweise von
< 1 Vol.-ppm, etwa von < 0,5 Vol.-ppm, oder auch vollständig frei hiervon, enthalten sein können.
In dieser Ausgestaltung können die vorgenannten Korrosionsme chanismen besonders effektiv verhindert werden, so dass die Langzeitbeständigkeit insbesondere in dieser Ausgestaltung, vor allem bei einer Abwesenheit von Wasser, verbessert werden kann. Darüber hinaus ist die Reinheit in dieser Ausgestaltung besonders hoch, so dass definierte und vorhersagbare Eigen schaften des Isolationsmediums vorliegen.
Hochspannungsschaltgeräte auf Basis des erfindungsgemäßen Isolationsmediums insbesondere in Kombination mit Vakuumleis tungsschaltern besitzen ferner insbesondere gegenüber der SF6-Technologie eine verbesserte Lebensdauer, z.B. aufgrund der Zersetzung des Gases durch Schalthandlungen und durch Ma terialabbrand.
Um diese Vorteile besonders effektiv zu ermöglichen kann es besonders bevorzugt sein, dass das Isolationsmedium aus Stickstoff und wenigstens einer fluororganischen Verbindung besteht. Somit sind außer Stickstoff und wenigstens einer fluororganischen Verbindung im Wesentlichen keine weiteren Substanzen in dem Isolationsmedium vorhanden. Im Wesentlichen soll dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung wiederum ins besondere bedeuten, dass neben den vorgenannten Stoffen in dem Isolationsmedium weitere Stoffe nur enthalten sein sollen in einem Anteil von < 0,1 Vol.-%, beispielsweise von
< 1 Vol.-ppm, etwa von < 0,5 Vol.-ppm, oder gänzlich fehlen.
Es ist jedoch ferner im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen, dass das Isolationsmedium weitere Be standteile aufweist, wie etwa Stickstoffoxide oder Kohlendi- oxid. Dies jedoch bevorzugt in einem Bereich von maximal 1 Vol.-%, beispielsweise maximal 0,5 Vol.-%.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Isolationsmediums wird auf die Ausführungen betreffend die Verwendung und die Elektroenergieübertragungseinrichtung wie auch auf die Figur und die Beschreibung der Figur verwiesen und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung ei nes Isolationsmediums, wie dieses vorstehend im Detail be schrieben ist, als elektrisch isolierende Atmosphäre in einer fluidisolierten Elektroenergieübertragungseinrichtung, etwa in einem Hochspannungsschalter oder als elektrisch isolieren de Atmosphäre in einem fluidisolierten Rohrleiter.
Durch die Verwendung des zuvor im Detail definierten Isolati onsmediums kann insbesondere eine hohe Isolationsgüte mit ei nem langzeitstabilen Betrieb der Elektroenergieübertragungs einrichtung kombiniert werden. Ferner kann eine besonders gu te Isolationsgüte und Langzeitstabilität der isolierenden At mosphäre in dem Rohrleiter ermöglicht werden.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Verwendung wird auf die Ausführungen betreffend das Isolati onsmedium und die Elektroenergieübertragungseinrichtung wie auch auf die Figur und die Beschreibung der Figur verwiesen und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine fluidisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung, aufweisend einen flu iddicht abgeschlossenen Isolationsraum, wobei in dem Isolati onsraum oder in einem mit dem Isolationsraum verbindbaren Re servoir ein Isolationsmedium angeordnet ist, wobei das Isola tionsmedium ausgestaltet ist, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist. Unter einer Elektroenergieübertragungseinrichtung kann dabei grundsätzlich jegliche Einrichtung verstanden werden, bei der Energie, insbesondere in Form von Strom, übertragen werden kann.
Besonders bevorzugt kann es im Rahmen der Erfindung sein, dass die Elektroenergieübertragungseinrichtung wenigstens ei nes von einem Hochspannungsschalter und einem fluidisolierten Rohrleiter aufweist.
Dabei sind ein Hochspannungsschalter beziehungsweise ein flu idisolierter Rohrleiter insbesondere ausgestaltet, wie dies vorstehend und nachfolgend im Detail beschrieben ist.
Entsprechend kann es vorteilhaft sein, dass bei einem Rohr leiter, der meist einen in einer Außenwandung angeordneten und von einer isolierenden Atmosphäre umgebenen Leiter auf weist, eine hohe Isolationsgüte des Leiters ermöglicht wird. Somit ist der den Leiter umgebende und von einer Außenwandung umgebene Raum des Rohrleiters der Isolationsraum, in dem bei einem Rohrleiter bevorzugt permanent das Isolationsmedium enthalten ist.
Bezüglich des Hochspannungsschalters kann es insbesondere von Vorteil sein, dass eine verbesserte Langlebigkeit durch das Verhindern von Korrosionsmechanismen erzielt werden kann.
In an sich bekannter Weise umfasst der Hochspannungsschalter einen auch als Fluidaufnahmeraum bezeichneten Isolationsraum. In diesem ist eine erste Schalteinheit angeordnet, die insbe sondere als Erdungsschalter oder als Trennschalter oder als Erdungsschalter und Trennschalter ausgebildet sein kann. Bei einem Trennen von Kontaktelementen der ersten Schalteinheit kann ein Lichtbogen entstehen, der somit von der ersten Schalteinheit verursacht ist und ferner gelöscht werden soll te. Hierzu ist es vorgesehen, dass in dem Isolationsraum selbst, also bevorzugt permanent und unabhängig von stattfindenden Schalthandlungen, oder auch in einem mit dem Isolationsraum etwa bei bevorstehender Schalthandlung verbindbaren Reservoir ein Isolationsmedium vorgesehen ist. Das Isolationsmedium dient dazu, den Isolationsraum zu isolieren und kann ferner einer Löschung eines Lichtbogens dienen.
Dadurch, dass ein Isolationsmedium wie vorstehend beschrieben verwendet wird, kann eine deutlich verbesserte Langzeitstabi- lität ermöglicht werden, indem etwa die Permeationsrate be sonders gering sein kann und ferner Korrosionsmechanismen, welche auf dem Isolationsgas basieren, verhindert werden kön nen.
Besonders bevorzugt kann es bezüglich eines Hochspannungs schalters vorgesehen sein, dass in dem Isolationsraum zusätz lich zu der ersten Schalteinheit eine zweite Schalteinheit und gegebenenfalls eine dritte Schalteinheit angeordnet sind, wobei die erste Schalteinheit und die dritte Schalteinheit jeweils wenigstens eines von einem Trennschalter und einem Erdungsschalter aufweisen, und wobei die zweite Schalteinheit einen Leistungsschalter, wie insbesondere einen Vakuumschal ter, aufweist. Somit sind in dieser Ausgestaltung ein Er dungsschalter, ein Trennschalter und ein Leistungsschalter, insbesondere ein Vakuumschalter, vorgesehen, wobei der Er dungsschalter und der Trennschalter voneinander getrennt sein können oder als einheitliche Schalteinheit ausgebildet sein können. Insbesondere der Vakuumschalter kann vorteilhaft sein.
Der Leistungsschalter, insbesondere ein Vakuumschalter, ist dabei unabhängig von Trenn- und Erdungsschaltern auslösbar, etwa wenn Fehlerfälle, wie beispielsweise Kurzschlüsse im Stromnetz auftreten und hohe Kurzschlussströme unterbrochen werden müssen. Trenn- und Erdungsschalter stellen insbesondere sicherheits relevante Schaltgeräte dar und werden vergleichsweise selte ner ausgelöst, etwa wenn Wartungsarbeiten durchzuführen sind oder ein Wechsel zwischen Sammelschienen stattfindet. Einer Schaltung eines Trenn- und Erdungsschalters geht meist eine Schaltung des Leistungsschalters voraus.
In anderen Worten liegen in dieser Ausgestaltung in dem Iso lationsraum ein Trennschalter und ein Erdungsschalter vor, die bevorzugt beide von dem Isolationsmedium umgeben sind. Ferner ist in dem Isolationsraum ein Vakuumschalter vorgese hen, wobei die Kontaktelemente des Vakuumschalters nicht mit dem Isolationsmedium in Kontakt sind, sondern in einer Vakuu matmosphäre vorliegen. Daraus wird ersichtlich, dass die Hauptaufgabe des Isolationsmediums nicht die Verhinderung der Entstehung von Ruß beziehungsweise das Löschen eines Lichtbo gens ist.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Isolationsraum, bei spielsweise durch fluiddichte, etwa gasdichte, oder fluid durchlässige, etwa gasdurchlässige, Abtrennungen, in eine Mehrzahl an Bereichen getrennt ist, wobei die einzelnen Be reiche des Isolationsraums allesamt oder nur teilweise, ins besondere jedoch der die erste Schalteinheit umgebende Be reich des Isolationsraums und gegebenenfalls der die dritte Schalteinheit umgebende Bereich des Isolationsraums, mit dem Isolationsmedium gefüllt ist.
Dabei kann der Leistungsschalter insbesondere ein Vakuumleis tungsschalter sein und zur Unterbrechung von hohen Strömen, insbesondere Kurzschlussströmen, dienen, wohingegen der Trennschalter und der Erdungsschalter zur Unterbrechung von kleinen Strömen, insbesondere Kommutierungsströmen, Ladeströ men und induzierten Strömen, dienen kann, wobei das Isolati onsmedium als Lichtbogenlöschmedium für Trenn- und Erdungs schalter dient. Der Leistungsschalter, wie etwa der Vakuumschalter, kann Ströme in einem Bereich von 25.000 A bis 80.000 A trennen be ziehungsweise es können an diesem Spannungen in einem Bereich von 72.500 V bis 800.000 V anliegen.
Ein Trennschalter kann ferner Ströme in einem Bereich von 0,1 A bis 8.000 A trennen beziehungsweise an diesem können Spannungen in einem Bereich von 10 V bis 1.000 V anliegen.
Ein Erdungsschalter kann weiterhin Ströme in einem Bereich von 0,4 A bis 500 A trennen beziehungsweise an diesem können Spannungen in einem Bereich von 500V bis 70.000 V anliegen.
Die vorbeschriebenen Werte sind dabei nicht zwingend be schränkend zu verstehen.
Eine Erhöhung der Lebensdauer der Schaltgeräte kann dabei be sonders effektiv dadurch erreicht werden, dass ein Vakuum leistungsschalter verwendet wird, wobei insbesondere abbrand arme Materialien Verwendung finden können, wie beispielsweise Wolfram-Kupfer oder Kupfer-Chrom Legierungen. Darüber hinaus liegen aufgrund des Vakuums keine oder nur wenige Moleküle vor, welche einem Abbrand der Kontaktelemente dienen würden und die sich ferner zersetzen könnten. In anderen Worten kann aufgrund des „Nicht-Vorhandenseins" von Gasmolekülen keine Gasalterung stattfinden. Dadurch kann die Langzeitstabilität weiter verbessert werden.
Somit kann insbesondere das Verwenden des vorstehend be schriebenen Isolationsmediums in Kombination mit einem Vaku umschalter als bevorzugtem Leistungsschalter eine optimale Lösung für Schaltgeräte mit einer hohen Lebensdauer sein, was insbesondere für eine Anwendung in der Hochspannungstechnik gilt.
Bezüglich des Vakuumschalters kann es von Vorteil sein, dass in einem Schaltraum des Vakuumschalters beziehungsweise der zweiten Schalteinheit ein Druck in einem Bereich von 1010 bar bis 106 bar (absolut) vorliegt.
Ferner kann es bezüglich des Isolationsraums besonders bevor zugt sein, dass das Isolationsmedium in dem Isolationsraum mit einem Druck in einem Bereich von größer oder gleich 4 bar (absolut) bis kleiner oder gleich 10 bar (absolut) vorliegt.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Elektroenergieübertragungseinrichtung wird auf die Ausführun gen betreffend das Isolationsmedium und die Verwendung wie auch auf die Figur und die Beschreibung der Figur verwiesen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Figur und dem zugehörigen Beispiel. In der Figur zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Ausgestaltung eines Hochspannungs schalters als Elektroenergieübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Figur 1 ist ein schematisches Beispiel für eine Ausge staltung einer Elektroenergieübertragungseinrichtung in Form eines Hochspannungsschalters 10 gemäß der Erfindung gezeigt.
Der Hochspannungsschalter 10 umfasst einen gasdicht abge schlossenen Isolationsraum 12, in dem ein Isolationsmedium 13 abgeordnet ist, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist.
Es ist ferner gezeigt, dass in dem Isolationsraum 12 eine erste Anordnung 14 aus ersten Schalteinheiten 16 angeordnet ist. Ferner ist in dem Isolationsraum 12 eine zweite Anord nung 18 aus ersten Schalteinheiten 16 angeordnet. Die erste Schalteinheit 16 ist dabei als ein kombinierter Erdungsschal ter und Trennschalter ausgestaltet. Somit tragen die erste Anordnung 14 und die zweite Anordnung 18 jeweils Schaltein heiten 16 mit Erdungs- und Trennschaltern.
Ebenfalls in dem Isolationsraum 12 ist eine zweite Schaltein heit 20 angeordnet. Die zweite Schalteinheit 20 umfasst einen Leistungsschalter und ist vorzugsweise als Vakuumschalter ausgestaltet. Der Vakuumschalter weist einen Schaltraum mit einem trennbaren Kontakt auf, wobei in dem Schaltraum ein beispielhafter Druck von kleiner gleich 106 bar vorliegt. Dabei ist es gezeigt, dass der Isolationsraum 12 durch gas dicht oder gasdurchlässig ausgestaltete Abtrennungen 11, in eine Mehrzahl an Bereichen 15 getrennt ist, wobei in dieser Ausgestaltung alle Bereiche 15 des Isolationsraums 12 mit dem Isolationsmedium 13 gefüllt sind.
Alternativ zu dieser Ausgestaltung könnte es auch vorgesehen sein, dass die erste Schalteinheit 16 lediglich einen Er dungsschalter darstellt und entsprechend eine dritte Schalt einheit vorgesehen wäre, welche die Trennschalter umfasst.
Die dritte Schalteinheit könnte dann Bestandteil der ersten Anordnung 14 und der zweiten Anordnung 18 sein, oder weite rer, nicht gezeigter Anordnungen.
Weiter gezeigt sind ein Steuerschrank 22, mittels dem der Hochspanungsschalter 10 gesteuert werden kann und der auf ei ner Konsole 24 sitzt.
Um den Vakuumschalter als zweite Schalteinheit 20 zu betrei ben, ist ferner ein Federspeicherantrieb 26 mit einem Leis tungsschaltersteuerantrieb vorgesehen. Weiter gezeigt sind ein Spannungswandler 28 und ein Schnellerder 30. Schließlich zeigt Figur 1 noch einen Abgangsbaustein 32 mit weiteren Trenn- und Erdungsschaltern sowie einen Kabelendverschluss 34.
Zurückkommend auf den Isolationsraum 12 beziehungsweise das hierin angeordnete Isolationsmedium 13 ist es bevorzugt vor gesehen, dass dieses mit einem Überdruck vorliegt, wobei der Überdruck beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 4bar bis kleiner oder gleich lObar vorliegen kann. So mit ist der gesamt Isolationsraum 12 auch bei einem entspre chenden Überdruck gasdicht.
Ferner ist das Isolationsmedium 13 ausgestaltet, indem es die folgenden Bestandteile aufweist:
Stickstoff in einem Gehalt von > 75 Vol.-% bis
< 99 Vol.-%; und wenigstens eine organische Fluorverbindung in einem Ge halt von > 1 Vol.-% bis < 15 Vol.-%, wobei Sauerstoff in dem Isolationsmedium in einem Gehalt von < 0,5 Vol.-% vorliegt, wobei die Fluorverbindung beispielsweise Fluornitrile, wie etwa Perfluoronitrile, Fluorether, wie etwa Hydrofluoromonoether, Fluorolefine, wie etwa Hydrofluoroolefine, und Fluorketone, wie etwa Perfluoroketone, aufweisen kann.
Ferner liegt Sauerstoff und liegen beispielsweise grundsätz lich andere Verbindungen in dem Isolationsmedium in einem Ge halt von < 0,5 Vol.-% vor.
Beispielsweise kann das Isolationsmedium 13 aus Stickstoff und der wenigstens eine fluororganischen Verbindung bestehen, so dass das Isolationsmedium 13 im Wesentlichen frei von we nigstens einem von Wasser, Kohlendioxid und Schwefelhexafluo rid ist.
Weiter beispielsweise kann es dabei vorgesehen sein, dass das Isolationsmedium 13 aufweist:
Stickstoff in einem Gehalt von > 94 Vol.-% bis
< 97 Vol.-%; und wenigstens eine organische Fluorverbindung in einem Ge halt von > 3 Vol.-% bis < 7 Vol.-%.
Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Leh- ren, die in dieser Druckschrift enthalten sind mit den zi tierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Um fang der Erfindung abzuweichen.
Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendete Wort umfassen schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel „ein" schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werden kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen defi niert und den dazugehörigen Äquivalenten.

Claims

Patentansprüche
1. Isolationsmedium für eine Elektroenergieübertragungsein richtung, wobei das Isolationsmedium (13) bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck ein Fluid ist, und wobei das Isolations medium (13) wenigstens die folgenden Bestandteile aufweist:
Stickstoff in einem Gehalt von > 75 Vol.-% bis
< 99 Vol.-%; und wenigstens eine organische Fluorverbindung in einem Ge halt von > 1 Vol.-% bis < 15 Vol.-%, wobei Sauerstoff in dem Isolationsmedium in einem Gehalt von
< 0,5 Vol.-% vorliegt.
2. Isolationsmedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Sauerstoff und Wasser gemeinsam in dem Isolationsmedium in einem Gehalt von < 0,1 Vol.-% vorliegen.
3. Isolationsmedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmedium (13) aufweist:
Stickstoff in einem Gehalt von > 94 Vol.-% bis
< 97 Vol.-%; und wenigstens eine organische Fluorverbindung in einem Ge halt von > 3 Vol.-% bis < 7 Vol.-%.
4. Isolationsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmedium (13) aus Stickstoff und wenigstens einer fluororganischen Verbindung besteht.
5. Isolationsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine fluororganische Verbindung ein Fluorni tril ist.
6. Verwendung eines Isolationsmediums (13) nach einem der An sprüche 1 bis 5 als elektrisch isolierende Atmosphäre in ei ner fluidisolierten Elektroenergieübertragungseinrichtung.
7. Fluidisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung, auf weisend einen fluiddicht abgeschlossenen Isolationsraum (12), wobei in dem Isolationsraum (12) oder in einem mit dem Isola tionsraum (12) verbindbaren Reservoir ein Isolationsmedium (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isola tionsmedium (13) ausgestaltet ist nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
8. Elektroenergieübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroenergieübertragungseinrichtung wenigstens eines von einem Hochspannungsschalter (10) und einem fluidisolier ten Rohrleiter aufweist.
9. Elektroenergieübertragungseinrichtung nach Anspruch 7 oder
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroenergieübertragungseinrichtung einen Hochspan nungsschalter (10) aufweist, wobei in dem Isolationsraum (12) des Hochspannungsschalters (10) eine erste Schalteinheit (16) und zusätzlich zu der ersten Schalteinheit (16) eine zweite Schalteinheit (20) und gegebenenfalls eine dritte Schaltein heit angeordnet sind, wobei die erste Schalteinheit (16) und die dritte Schalteinheit jeweils wenigstens eines von einem Trennschalter und einem Erdungsschalter aufweisen, und wobei die zweite Schalteinheit (20) einen Leistungsschalter auf weist.
10. Elektroenergieübertragungseinrichtung nach einem der An sprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsschalter ein Vakuum-Leistungsschalter ist.
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