WO2014202386A1 - High or medium voltage switching installation with an insulating gas - Google Patents

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WO2014202386A1
WO2014202386A1 PCT/EP2014/061543 EP2014061543W WO2014202386A1 WO 2014202386 A1 WO2014202386 A1 WO 2014202386A1 EP 2014061543 W EP2014061543 W EP 2014061543W WO 2014202386 A1 WO2014202386 A1 WO 2014202386A1
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gas
plant according
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gas mixture
insulating gas
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PCT/EP2014/061543
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Denis Imamovic
Sylvio Kosse
Katrin Benkert
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/16—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a high or medium voltage switchgear comprising a gas mixture as insulating gas.
  • voltage-carrying elements such as switching contacts
  • Busbars and conductors, each with each other and the housing galvanically isolated It must also be ensured that the ur ⁇ nal galvanic isolation is restored after the occurrence of an arc fault.
  • sulfur hexafluoride or mixtures of SF 6 and molecular nitrogen (N 2 ) or SF 6 and tetrafluoromethane (CF 4 ) is used as insulating gas in high and medium voltage switchgear.
  • Pure sulfur hexafluoride is odorless, tasteless, non-toxic, non-corrosive and non-flammable.
  • the dielectric strength of sulfur hexafluoride is about three times greater than that of air or nitrogen at atmospheric pressure.
  • the sulfur hexafluoride is maintained in the high and medium voltage switchgear under a higher pressure of about 0.15 MPa to 1 MPa.
  • the mean path length of the free electrons in the gas is advantageously reduced, so that the dielectric strength is increased.
  • the toxic substances can form hydrogen fluoride and thionyl fluoride.
  • the highly toxic Dischwefeldecafluorid occur.
  • sulfur hexafluoride is the strongest known greenhouse gas. It is therefore desirable to dispense with the use of sulfur hexafluoride as far as possible.
  • the document GB 2086656 A describes the galvanic insulation of electrical switch contacts which are arranged in a DIE lektrischen liquid, by means of the step dielekt ⁇ liquid.
  • the most commonly used dielectric fluids such as fluids with sulfur hexafluoride, are volatile.
  • the document therefore proposes to overcome the disadvantage of providing the surface of the dielectric liquid with another, substantially non-volatile liquid which is immiscible with the dielectric liquid.
  • the non-volatile liquid comprises dimethylsiloxanes.
  • air-like gas mixtures are also considered as an alternative to sulfur hexafluoride.
  • these have so far had a low electrical breakdown ⁇ strength, which is about one-third of the fürschlagfestig ⁇ speed of sulfur hexafluoride.
  • known plant technologies are difficult or impossible to realize.
  • insulating gases which have a higher dielectric strength than air- ⁇ similar gas mixtures.
  • a disadvantage of these gas mixtures is that they are usually chemically reactive, toxic and / or thermally unstable.
  • their dielectric strength is greatly reduced after the occurrence of a Störlicht ⁇ arc.
  • the present invention has for its object to provide a high and medium voltage switchgear, which avoids the ⁇ called disadvantages of the insulating gas sulfur hexafluoride ver ⁇ .
  • the high or medium voltage switchgear has at least one electrical switching contact, which is arranged surrounded by a gas mixture in a gas container, wherein the insulating gas according to the invention comprises molecular nitrogen (N 2 ) and at least one further gas component from the chemical group of siloxanes.
  • the insulating gas essentially only the two gas components mentioned above.
  • Particularly advantageous is an oxygen-free insulating gas mixture.
  • Inventions according to the proper combination or mixture of molecular nitrogen and siloxanes to a insulating gas results in an iso ⁇ liergas, which has a very high dielectric strength. It is advantageous that molecular nitrogen is chemically reakti ⁇ onsarm.
  • siloxanes no known greenhouse gases and as far as known, the majority of Siloxa ⁇ ne is harmless for humans. It is advantageous that siloxanes are inexpensive to produce.
  • the siloxane concentration is between 1% and 10%. This allows sufficient redu be ⁇ ed the danger of explosion or spontaneous combustion of the gas mixture and significantly appropriate use.
  • a plurality of silo ⁇ xanen in said concentration range is gas-like, so that no steam is present.
  • hexamethyldisiloxane (C 2 HisOSi 2 ) is used as siloxane additive.
  • hexamethyldisiloxane is not a greenhouse gas and as far as known harmless to humans. It has a very good dielectric strength in combination with molecular nitrogen and is thus suitable as insulating gas in high and medium voltage switchgear.
  • the concentration of hexamethyldisiloxane is essentially 2%.
  • the concentration of molecular nitrogen is then substantially 98%.
  • the gas mixture in experimental systems has in accordance with Figure 1 advantageously has a breakdown voltage of 28 kV in Wesentli ⁇ chen.
  • the gas mixture based on the dielectric strength of sulfur hexafluoride, has a dielectric strength of 65%.
  • the gas mixture has a gas pressure in the range of 0.1 MPa and 1 MPa.
  • the gas pressure may be between 0.7 MPa and 0.8 MPa. This results in a higher breakdown ⁇ strength of the gas mixture, since the mean free path of the free electrons in the gas mixture is reduced (Paschen's law).
  • a wetting liquid layer is applied to a surface of one of the electrical switching contacts. Thereby, the through ⁇ impact resistance, particularly after a first impact by ⁇ increased.
  • the applied liquid layer may have a low vapor pressure, a low surface tension, and a good wetting to accomplish the purpose.
  • the gas container contains an additional liquid.
  • a wet de ⁇ liquid layer for example on one of the switching contacts in the gas container ⁇ be achieved (wet steam).
  • wet steam wet steam
  • a catalyst may be attached in the gas container comprising a gas mixture for insulation.
  • the catalyst in the gas tank as the gas and / or steam may be present.
  • An attachment as a solid is appropriate.
  • the catalyst comprises copper. It is particularly advantageous that a copper Kata ⁇ lyst for the recovery of hexamethyldisiloxane (Müller-Rochow method), which has been decomposed at a first punch. According to a first punch is the through ⁇ impact strength of hexamethyldisiloxane reduced to about 60% of the original value.
  • the attached in the gas container catalyst promotes the restoration of the Si Loxane after the first blow, so that in a second punch, the initial breakdown strength is restored in ⁇ We sentlichen.
  • the copper is mounted on one of the electrical switch contacts within the gas container.
  • the attachment or application of the copper can be designed over a large area or partially.
  • Figures 1, 2, 3 illustrate a three-dimensional graph of a system for experimental investigations of Isoliergasgemischen
  • Figure 4 shows a typical measurement result for the breakdown voltage of a gas mixture of molecular nitrogen and hexamethyldisiloxane.
  • the high or medium voltage switchgear comprises at least one switchgear for switching and / or re-voltage of electrical energy.
  • the range of medium-voltage switchgear span ⁇ voltages of 3 kV to 30 kV.
  • the voltage range of high-voltage switchgear is typically above 52 kV.
  • busbar ⁇ NEN, conductors, electrodes, and / or simple electrical switching contacts are arranged in the switchgear, which must be compared to each other and to the grounded housing of the switchgear Ge ⁇ galvanically isolated.
  • a gas-tight encapsulated switchgear is used in which an insulating gas is introduced for galvanic isolation.
  • the gas tank of the high or medium voltage switchgear is a gas-tight encapsulated switchgear. It is also possible to use the gas mixture according to the invention in gas-insulated pipelines.
  • Figures 1, 2, 3 show various embodiments of a
  • FIG. 1 shows a gas container 6 in which two electrodes 8, 10 are attached.
  • the electrodes 8, 10 are driven elekt ⁇ conductive spherical and at one end.
  • the gas container 6 has a gas mixture consisting of cLUs 98% molecular nitrogen and 2% hexamethyldisiloxane.
  • the Gasge ⁇ mixture has a pressure of 0.1 MPa.
  • a Zulei ⁇ processing unit 12, for example, gas pressure, gas mixture, voltage and the prior art can further physical sizes are regulated in the gas tank. 6
  • the electrode 8 is plate-shaped and the electric ⁇ de 10 a conical configuration at a respective end.
  • Figure 4 shows a representative measurement result for the breakdown voltage by ⁇ .
  • a measuring apparatus one of the systems of Figures 1, 2 or 3 can be used.
  • molecular nitrogen is in admixture with hexamethyldisiloxane at a pressure of 0.1 MPa.
  • the concentration of molecular nitrogen is 98% and that of hexamethyldisiloxane 2%.
  • the abscissa 2 shows the individual punches, numbered according to their order.
  • the ordinate axis 4 shows the breakdown voltage in kV.
  • the mixture of molecular nitrogen and hexamethyldisiloxane reaches a breakdown voltage of more than -28 kV at the first breakdown.
  • the breakdown voltage drops to about -12 kV, but then remains constant at further breakdowns.
  • the breakdown voltage value of -12 kV corresponds essentially to the breakdown voltage of molecular nitrogen. This suggests a decomposition of the hexamethyldisiloxane by the first breakdown.
  • the catalyst may in particular comprise copper and on the Be applied electrodes.
  • the Reset factory ⁇ lung is promoted by hexamethyldisiloxane, so that the initial breakdown voltage is obtained.

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Abstract

The invention relates to a high or medium voltage switching installation comprising a gas container. Said gas container contains a gas mixture of molecular nitrogen and siloxanes. As a result, the high climate-damaging insulating gas sulfur hexafluoride is replaced by a climate friendly insulating gas mixture.

Description

Beschreibung description
Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage mit einem Isoliergas Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hoch- oder Mittel¬ spannungsschaltanlage, die ein Gasgemisch als Isoliergas um- fasst . The present invention relates to a high or medium voltage switchgear comprising a gas mixture as insulating gas.
In gasisolierten Anlagen der Hoch- und Mittelspannung müssen spanungsführende Elemente, beispielsweise Schaltkontakte,In gas-insulated systems of high and medium voltage, voltage-carrying elements, such as switching contacts,
Sammelschienen und Leiter, jeweils untereinander und zum Gehäuse galvanisch isoliert werden. Zudem muss sichergestellt werden, dass nach dem Auftreten eines Störlichtbogens die ur¬ sprüngliche galvanische Isolation wiederhergestellt wird. Busbars and conductors, each with each other and the housing galvanically isolated. It must also be ensured that the ur ¬ nal galvanic isolation is restored after the occurrence of an arc fault.
Nach dem Stand der Technik wird Schwefelhexafluorid (SFe) oder Gemische aus SF6 und molekularem Stickstoff (N2) oder SF6 und Tetrafluormethan (CF4) als Isoliergas in Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen verwendet. Reines Schwefelhexa- fluorid ist geruchlos, geschmacksneutral, ungiftig, nicht korrosiv und nicht entzündbar. Die Durchschlagsfestigkeit von Schwefelhexafluorid ist bei Atmosphärendruck in etwa dreimal höher als die von Luft oder Stickstoff. Diese Eigenschaften sowie die geringen dielektrischen Verluste machen es als Iso- liergas für Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen geeignet. Nach dem Stand der Technik wird das Schwefelhexafluorid in den Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen unter einem höheren Druck von etwa 0,15 MPa bis 1 MPa gehalten. Dadurch wird vorteilhafterweise die mittlere Weglänge der freien Elektro- nen im Gas reduziert, so dass sich die Durchschlagsfestigkeit erhöht . According to the prior art, sulfur hexafluoride (SFe) or mixtures of SF 6 and molecular nitrogen (N 2 ) or SF 6 and tetrafluoromethane (CF 4 ) is used as insulating gas in high and medium voltage switchgear. Pure sulfur hexafluoride is odorless, tasteless, non-toxic, non-corrosive and non-flammable. The dielectric strength of sulfur hexafluoride is about three times greater than that of air or nitrogen at atmospheric pressure. These properties as well as the low dielectric losses make it suitable as an insulating gas for high and medium voltage switchgear. In the prior art, the sulfur hexafluoride is maintained in the high and medium voltage switchgear under a higher pressure of about 0.15 MPa to 1 MPa. As a result, the mean path length of the free electrons in the gas is advantageously reduced, so that the dielectric strength is increased.
Durch einen Störlichtbogen in Kombination mit gegebenenfalls vorhandenen Verunreinigungen, beispielsweise bei dem Vorhan- densein eines geringen Wasseranteils, bilden sich neben den ungiftigen Stoffen wie Tetrafluormethan auch giftige Fluorverbindungen . Beispielsweise können sich die giftigen Substanzen Fluorwasserstoff und Thionylfluorid bilden. Insbesondere kann das hochgiftige Dischwefeldecafluorid auftreten. Bei Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen, die als Isoliergas Schwefel- hexafluorid verwenden, müssen daher vor Wartungsarbeiten ausreichende Sicherheitsrichtlinien zur Entlüftung beachtet werden. Zudem ist gemäß einer Studie des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen Schwefelhexafluorid das stärkste bekannte Treibhausgas. Es ist daher wünschenswert auf die Verwendung von Schwefelhexafluorid weitestgehend zu verzichten . An arc in combination with possibly present impurities, for example in the presence of a small proportion of water, forms not only non-toxic substances such as tetrafluoromethane but also toxic fluorine compounds. For example, the toxic substances can form hydrogen fluoride and thionyl fluoride. In particular, the highly toxic Dischwefeldecafluorid occur. For high and medium voltage switchgear, which uses sulfur hexafluoride as insulating gas, sufficient safety guidelines for ventilation must be observed before maintenance work. In addition, according to a study by the Intergovernmental Panel on Climate Change, sulfur hexafluoride is the strongest known greenhouse gas. It is therefore desirable to dispense with the use of sulfur hexafluoride as far as possible.
Die Druckschrift GB 2 086 656 A beschreibt die galvanische Isolation von elektrischen Schaltkontakten, die in einer die- lektrischen Flüssigkeit angeordnet sind, mittels der dielekt¬ rischen Flüssigkeit. Die meist genutzten dielektrischen Flüssigkeiten, beispielsweise Flüssigkeiten mit Schwefelhexa- fluorid, sind flüchtig. Die Druckschrift schlägt daher zur Überwindung des Nachteils vor die Oberfläche der dielektri- sehen Flüssigkeit mit einer weiteren, im Wesentlichen nicht flüchtigen Flüssigkeit zu versehen, die nicht mischbar mit der dielektrischen Flüssigkeit ist. In einer Ausführungsform umfasst die nicht flüchtige Flüssigkeit Dimethylsiloxane . Nach dem Stand der Technik werden auch luftähnliche Gasgemische als Alternative zu Schwefelhexafluorid betrachtet. Diese weisen jedoch bisher eine geringe elektrische Durchschlags¬ festigkeit auf, die etwa ein Drittel der Durchschlagsfestig¬ keit von Schwefelhexafluorid beträgt. Dadurch sind bekannte Anlagentechniken nur schwer bzw. nicht zu realisieren. The document GB 2086656 A describes the galvanic insulation of electrical switch contacts which are arranged in a DIE lektrischen liquid, by means of the step dielekt ¬ liquid. The most commonly used dielectric fluids, such as fluids with sulfur hexafluoride, are volatile. The document therefore proposes to overcome the disadvantage of providing the surface of the dielectric liquid with another, substantially non-volatile liquid which is immiscible with the dielectric liquid. In one embodiment, the non-volatile liquid comprises dimethylsiloxanes. According to the state of the art, air-like gas mixtures are also considered as an alternative to sulfur hexafluoride. However, these have so far had a low electrical breakdown ¬ strength, which is about one-third of the Durchschlagfestig ¬ speed of sulfur hexafluoride. As a result, known plant technologies are difficult or impossible to realize.
Weiterhin sind Isoliergase bekannt, die eine höhere Durch¬ schlagsfestigkeit als luftähnliche Gasgemische aufweisen. Ein Nachteil dieser Gasgemische ist, dass sie meist chemisch re- aktiv, giftig und/oder thermisch instabil sind. Zudem ist ihre Durchschlagsfestigkeit nach dem Auftreten eines Störlicht¬ bogens stark herabgesetzt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Hoch- und Mittelspannungsschaltanlage anzugeben, die die ge¬ nannten Nachteile des Isoliergases Schwefelhexafluorid ver¬ meidet . Furthermore, insulating gases are known which have a higher dielectric strength than air-¬ similar gas mixtures. A disadvantage of these gas mixtures is that they are usually chemically reactive, toxic and / or thermally unstable. In addition, their dielectric strength is greatly reduced after the occurrence of a Störlicht ¬ arc. The present invention has for its object to provide a high and medium voltage switchgear, which avoids the ¬ called disadvantages of the insulating gas sulfur hexafluoride ver ¬ .
Die Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des un¬ abhängigen Anspruches gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by a system having the features of the independent claim. In dependent claims advantageous embodiments and developments of the invention are given.
Die Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage weist wenigstens einen elektrischen Schaltkontakt auf, der von einem Gasgemisch umgeben in einem Gasbehälter angeordnet ist, wobei das erfindungsgemäße Isoliergas molekularen Stickstoff (N2) sowie wenigstens eine weitere Gaskomponente aus der chemischen Stoffgruppe der Siloxane aufweist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Isoliergas im Wesentlichen nur die zwei genannten Gaskomponenten auf. Besonders vorteilhaft ist ein Sauerstofffreies Isoliergasgemisch. Gemäß der erfindungs- gemäßen Kombination bzw. Vermischung von molekularem Stickstoff und Siloxanen zu einem Isoliergas, ergibt sich ein Iso¬ liergas, das eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit besitzt. Vorteilhaft ist, dass molekularer Stickstoff chemisch reakti¬ onsarm ist. Vorteilhafterweise sind Siloxane keine bekannten Treibhausgase und soweit bekannt ist die Mehrzahl der Siloxa¬ ne unbedenklich für den Menschen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass Siloxane kostengünstig herzustellen sind. The high or medium voltage switchgear has at least one electrical switching contact, which is arranged surrounded by a gas mixture in a gas container, wherein the insulating gas according to the invention comprises molecular nitrogen (N 2 ) and at least one further gas component from the chemical group of siloxanes. In an advantageous embodiment, the insulating gas essentially only the two gas components mentioned above. Particularly advantageous is an oxygen-free insulating gas mixture. Inventions according to the proper combination or mixture of molecular nitrogen and siloxanes to a insulating gas, results in an iso ¬ liergas, which has a very high dielectric strength. It is advantageous that molecular nitrogen is chemically reakti ¬ onsarm. Advantageously, siloxanes no known greenhouse gases and as far as known, the majority of Siloxa ¬ ne is harmless for humans. It is advantageous that siloxanes are inexpensive to produce.
In einer vorteilhaften Weiterbildung liegt die Siloxan Kon- zentration zwischen 1% und 10%. Dadurch kann die Gefahr einer Explosion bzw. einer Selbstentzündung des Gasgemisches signifikant und für die zweckmäßige Verwendung ausreichend redu¬ ziert werden. Vorteilhafterweise ist eine Mehrzahl von Silo¬ xanen in dem genannten Konzentrationsbereich gasartig, so dass kein Dampf vorliegt. In an advantageous development, the siloxane concentration is between 1% and 10%. This allows sufficient redu be ¬ ed the danger of explosion or spontaneous combustion of the gas mixture and significantly appropriate use. Advantageously, a plurality of silo ¬ xanen in said concentration range is gas-like, so that no steam is present.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird Hexamethyldisiloxan (C2HisOSi2) als Siloxanzusatz verwendet. Hexamethyldisiloxan ist kein Treibhausgas und soweit bekannt unbedenklich für den Menschen. Es weist in Kombination mit molekularem Stickstoff eine sehr gute Durchschlagsfestigkeit auf und ist somit als Isoliergas in Hoch- und Mittelspannungsschaltanlagen geeig- net . In an advantageous embodiment, hexamethyldisiloxane (C 2 HisOSi 2 ) is used as siloxane additive. hexamethyldisiloxane is not a greenhouse gas and as far as known harmless to humans. It has a very good dielectric strength in combination with molecular nitrogen and is thus suitable as insulating gas in high and medium voltage switchgear.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Konzentration des Hexamethyldisiloxan im Wesentlichen 2%. Die Konzentration des molekularen Stickstoffs beträgt dann im Wesentlichen 98%. Bei einer Konzentration von 2% Hexamethyldisiloxan besitzt das Gasgemisch in experimentellen Anlagen gemäß Figur 1 vorteilhafterweise eine Durchschlagsspannung von im Wesentli¬ chen 28 kV. Das Gasgemisch weist, bezogen auf die Durchschlagsfestigkeit von Schwefelhexafluorid, eine Durchschlags- festigkeit von 65% auf. In an advantageous embodiment, the concentration of hexamethyldisiloxane is essentially 2%. The concentration of molecular nitrogen is then substantially 98%. At a concentration of 2% hexamethyldisiloxane the gas mixture in experimental systems has in accordance with Figure 1 advantageously has a breakdown voltage of 28 kV in Wesentli ¬ chen. The gas mixture, based on the dielectric strength of sulfur hexafluoride, has a dielectric strength of 65%.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anlage weist das Gasgemisch einen Gasdruck im Bereich von 0,1 MPa und 1 MPa auf. Insbesondere kann der Gasdruck zwischen 0,7 MPa und 0,8 MPa liegen. Dadurch ergibt sich eine höhere Durchschlag¬ festigkeit des Gasgemisches, da sich die mittlere Weglänge der freien Elektronen im Gasgemisch reduziert (Paschen- Gesetz) . Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf eine Oberfläche einer der elektrischen Schaltkontakte eine benetzende Flüssigkeitsschicht aufgebracht. Dadurch wird die Durch¬ schlagsfestigkeit, insbesondere nach einem ersten Durch¬ schlag, erhöht. Zweckdienlicherweise kann die aufgebrachte Flüssigkeitsschicht einen niedrigen Dampfdruck, eine niedrige Oberflächenspannung und eine gute Benetzung zur Erfüllung des Zweckes aufweisen. In an advantageous development of the system, the gas mixture has a gas pressure in the range of 0.1 MPa and 1 MPa. In particular, the gas pressure may be between 0.7 MPa and 0.8 MPa. This results in a higher breakdown ¬ strength of the gas mixture, since the mean free path of the free electrons in the gas mixture is reduced (Paschen's law). According to an advantageous embodiment, a wetting liquid layer is applied to a surface of one of the electrical switching contacts. Thereby, the through ¬ impact resistance, particularly after a first impact by ¬ increased. Conveniently, the applied liquid layer may have a low vapor pressure, a low surface tension, and a good wetting to accomplish the purpose.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung enthält der Gasbehäl- ter eine zusätzliche Flüssigkeit. Dadurch kann eine benetzen¬ de Flüssigkeitsschicht, beispielsweise auf einem der Schalt¬ kontakte im Gasbehälter, erreicht werden (Nassdampf) . Hier- durch kann die Durchschlagsfestigkeit, insbesondere nach einem ersten Durchschlag, erhöht werden. According to an advantageous development, the gas container contains an additional liquid. Thereby, a wet de ¬ liquid layer, for example on one of the switching contacts in the gas container ¬ be achieved (wet steam). Here- By the dielectric strength, in particular after a first breakdown, can be increased.
Im Gasbehälter der ein Gasgemisch zur Isolation umfasst, kann vorteilhafterweise ein Katalysator angebracht sein. Bei¬ spielsweise kann der Katalysator im Gasbehälter als Gas und/oder Dampf vorliegen. Auch eine Anbringung als Festkörper ist zweckmäßig. Typischerweise wird nach einem ersten Durch¬ schlag die Durchschlagsfestigkeit durch die Zersetzung und/oder Umwandlung eines Isoliergases herabgesetzt. Durch die Anbringung eines Katalysators im Gasbehälter erfolgt vor¬ teilhafterweise eine Rekombination bzw. eine Wiederherstel¬ lung des Isoliergases. Dadurch erreicht die Durchschlagsfes¬ tigkeit bei nachfolgenden Durchschlägen im Wesentlichen ihren ursprünglichen Wert. In the gas container comprising a gas mixture for insulation, advantageously, a catalyst may be attached. In ¬ play, the catalyst in the gas tank as the gas and / or steam may be present. An attachment as a solid is appropriate. Typically is reduced by ¬ impact the dielectric strength by the decomposition and / or converting an insulating gas according to a first. By placing a catalyst in the gas container, a recombination or a Reset factory ¬ development of the insulating gas is carried out before ¬ geous legally. This on subsequent beats essentially the Durchschlagsfes ¬ ACTION reaches its original value.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Katalysator Kupfer. Besonders vorteilhaft ist, dass Kupfer ein Kata¬ lysator für die Wiederherstellung von Hexamethyldisiloxan ist (Müller-Rochow-Verfahren) , das bei einem ersten Durchschlag zersetzt wurde. Nach einem ersten Durchschlag ist die Durch¬ schlagsfestigkeit von Hexamethyldisiloxan auf etwa 60% des ursprünglichen Wertes reduziert. Der im Gasbehälter angebrachte Katalysator fördert die Wiederherstellung der Si- loxane nach dem ersten Durchschlag, so dass bei einem zweiten Durchschlag die ursprüngliche Durchschlagsfestigkeit im We¬ sentlichen wiederhergestellt ist. According to an advantageous development, the catalyst comprises copper. It is particularly advantageous that a copper Kata ¬ lyst for the recovery of hexamethyldisiloxane (Müller-Rochow method), which has been decomposed at a first punch. According to a first punch is the through ¬ impact strength of hexamethyldisiloxane reduced to about 60% of the original value. The attached in the gas container catalyst promotes the restoration of the Si Loxane after the first blow, so that in a second punch, the initial breakdown strength is restored in ¬ We sentlichen.
Vorteilhafterweise ist das Kupfer auf einem der elektrischen Schaltkontakte innerhalb des Gasbehälters angebracht. Hierbei kann die Anbringung bzw. Aufbringung des Kupfers großflächig oder partiell ausgestaltet sein. Advantageously, the copper is mounted on one of the electrical switch contacts within the gas container. Here, the attachment or application of the copper can be designed over a large area or partially.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen Figuren 1, 2, 3 ein dreidimensionales Schaubild einer Anlage zur experimentellen Untersuchungen von Isoliergasgemischen verdeutlichen, Figur 4 ein typisches Messergebnis für die Durchschlagspannung eines Gasgemisches aus molekularem Stickstoff und Hexamethyldisiloxan zeigt. The invention will be described below with reference to four preferred embodiments with reference to the attached drawings in which: Figures 1, 2, 3 illustrate a three-dimensional graph of a system for experimental investigations of Isoliergasgemischen, Figure 4 shows a typical measurement result for the breakdown voltage of a gas mixture of molecular nitrogen and hexamethyldisiloxane.
In einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage wenigstens eine Schaltanlage zur Schaltung und/oder Umspannung von elektrischer Energie. Hierbei umfasst der Bereich von Mittelspannungsschaltanlage Span¬ nungen von 3 kV bis 30 kV. Der Spannungsbereich von Hochspannungsschaltanlage liegt typischerweise oberhalb von 52 kV. Zur Schaltung und/oder Umspannung von elektrischer Energie sind in der Schaltanlage elektrische Schalter, Sammelschie¬ nen, Leiter, Elektroden und/oder schlicht elektrische Schaltkontakte angeordnet, die gegeneinander und zum geerdeten Ge¬ häuse der Schaltanlage galvanisch isoliert sein müssen. Hier- zu wird eine gasdicht gekapselte Schaltanlage verwendet, in der zur galvanischen Isolierung ein Isoliergas eingebracht ist. Typischerweise ermöglicht die Verwendung eines Isolier¬ gases eine höhere Durchschlagsfestigkeit und daher eine kom¬ paktere Bauweise. In diesem Ausführungsbeispiel ist somit der Gasbehälter der Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage eine gasdicht gekapselte Schaltanlage. Auch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Gasgemisches bei gasisolierten Rohrleitern ist möglich. Figuren 1, 2, 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen einerIn a first embodiment, the high or medium voltage switchgear comprises at least one switchgear for switching and / or re-voltage of electrical energy. Here, the range of medium-voltage switchgear span ¬ voltages of 3 kV to 30 kV. The voltage range of high-voltage switchgear is typically above 52 kV. For switching and / or voltage transformation of electrical energy electrical switches, busbar ¬ NEN, conductors, electrodes, and / or simple electrical switching contacts are arranged in the switchgear, which must be compared to each other and to the grounded housing of the switchgear Ge ¬ galvanically isolated. For this purpose, a gas-tight encapsulated switchgear is used in which an insulating gas is introduced for galvanic isolation. Typically, the use of an insulating gas allows a higher dielectric strength and therefore a more com ¬ pact construction. In this embodiment, therefore, the gas tank of the high or medium voltage switchgear is a gas-tight encapsulated switchgear. It is also possible to use the gas mixture according to the invention in gas-insulated pipelines. Figures 1, 2, 3 show various embodiments of a
Anlage, die sich insbesondere für experimentelle Untersuchun¬ gen eignet. Allen Figuren gemeinsam ist der gasdichte Gasbehälter 6, die Zuleitungseinheit 12 und die beiden Elektroden 8, 10, wobei sich die Elektroden 8, 10 in den Figuren 1, 2, 3 gemäß ihren Ausführungsformen unterscheiden. Die Anordnung der Elektroden 8, 10 entspricht einem idealisierten elektrischen Schaltkontakt. Figur 1 zeigt einen Gasbehälter 6 in dem zwei Elektroden 8, 10 angebracht sind. Hierbei sind die Elektroden 8, 10 elekt¬ risch leitend und an einem Ende kugelförmig ausgebildet. Der Gasbehälter 6 weist ein Gasgemisch auf, das cLUs 98 % molekula- ren Stickstoff und 2% Hexamethyldisiloxan besteht. Das Gasge¬ misch weist einen Druck von 0,1 MPa auf. Über eine Zulei¬ tungseinheit 12 können beispielsweise Gasdruck, Gasgemisch, Spannung und nach dem Stand der Technik weitere physikalische Größen im Gasbehälter 6 reguliert werden. Plant, which is particularly suitable for experimental Untersuchun ¬ gen. Common to all figures is the gas-tight gas container 6, the feed unit 12 and the two electrodes 8, 10, wherein the electrodes 8, 10 differ in the figures 1, 2, 3 according to their embodiments. The arrangement of the electrodes 8, 10 corresponds to an idealized electrical switching contact. FIG. 1 shows a gas container 6 in which two electrodes 8, 10 are attached. Here, the electrodes 8, 10 are driven elekt ¬ conductive spherical and at one end. The gas container 6 has a gas mixture consisting of cLUs 98% molecular nitrogen and 2% hexamethyldisiloxane. The Gasge ¬ mixture has a pressure of 0.1 MPa. A Zulei ¬ processing unit 12, for example, gas pressure, gas mixture, voltage and the prior art can further physical sizes are regulated in the gas tank. 6
In Figur 2 ist die Elektrode 8 plattenförmig und die Elektro¬ de 10 konisch an einem jeweiligen Ende ausgebildet. In Figure 2, the electrode 8 is plate-shaped and the electric ¬ de 10 a conical configuration at a respective end.
In Figur 3 ist ein Ende der Elektrode 8, wie bereits in Figur 2, plattenförmig und ein Ende der Elektrode 10 kugelförmig ausgebildet . In Figure 3, one end of the electrode 8, as already in Figure 2, plate-shaped and one end of the electrode 10 is spherical.
Figur 4 zeigt ein repräsentatives Messergebnis für die Durch¬ schlagspannung. Als Messapparatur kann eine der Anlagen aus den Figuren 1, 2 oder 3 verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel liegt molekularer Stickstoff im Gemisch mit Hexamethyldisiloxan bei einem Druck von 0,1 MPa vor. Die Konzentration des molekularen Stickstoffes beträgt 98% und die des Hexamethyldisiloxan 2%. Die Abszisse 2 zeigt die Einzel- durchschläge, nummeriert gemäß ihrer Reihenfolge. Die Ordina- tenachse 4 zeigt die Durchschlagspannung in kV. Hierbei erreicht das Gemisch aus molekularem Stickstoff und Hexamethyldisiloxan eine Durchschlagspannung von mehr als -28 kV beim ersten Durchschlag. Bei den folgenden Durchschlägen sinkt die Durchschlagspannung auf etwa -12 kV ab, bleibt aber anschließend bei weiteren Durchschlägen konstant. Der Durchschlag- spannungswert von -12 kV entspricht hierbei im Wesentlichen der Durchschlagspannung von molekularem Stickstoff. Dies spricht für eine Zersetzung des Hexamethyldisiloxan durch den ersten Durchschlag. Durch eine hier nicht gezeigte Anordnung eines Katalysators in dem Gasbehälter kann eine ausreichende thermische Stabilität des Gasgemisches erreicht werden. Der Katalysator kann insbesondere Kupfer umfassen und auf die Elektroden aufgebracht sein. Dadurch wird die Wiederherstel¬ lung von Hexamethyldisiloxan gefördert, so dass sich die anfängliche Durchschlagspannung ergibt. Figure 4 shows a representative measurement result for the breakdown voltage by ¬. As a measuring apparatus, one of the systems of Figures 1, 2 or 3 can be used. In this embodiment, molecular nitrogen is in admixture with hexamethyldisiloxane at a pressure of 0.1 MPa. The concentration of molecular nitrogen is 98% and that of hexamethyldisiloxane 2%. The abscissa 2 shows the individual punches, numbered according to their order. The ordinate axis 4 shows the breakdown voltage in kV. In this case, the mixture of molecular nitrogen and hexamethyldisiloxane reaches a breakdown voltage of more than -28 kV at the first breakdown. In the following breakdowns, the breakdown voltage drops to about -12 kV, but then remains constant at further breakdowns. The breakdown voltage value of -12 kV corresponds essentially to the breakdown voltage of molecular nitrogen. This suggests a decomposition of the hexamethyldisiloxane by the first breakdown. By not shown here arrangement of a catalyst in the gas container sufficient thermal stability of the gas mixture can be achieved. The catalyst may in particular comprise copper and on the Be applied electrodes. Thus, the Reset factory ¬ lung is promoted by hexamethyldisiloxane, so that the initial breakdown voltage is obtained.

Claims

Patentansprüche claims
1. Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage mit wenigstens ei¬ nem elektrischen Schaltkontakt, der von einem Gasgemisch um- geben in einem Gasbehälter (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch molekularen Stickstoff so¬ wie wenigstens eine weitere Gaskomponente aus der Stoffgruppe der Siloxane aufweist. 1. High or medium voltage switchgear with at least ei ¬ nem electrical switching contact, surrounded by a gas mixture in a gas container (6) is arranged, characterized in that the gas mixture molecular nitrogen ¬ as at least one further gas component from the group of siloxanes having.
2. Anlage nach Anspruch 1, bei der die Konzentration der Siloxane zwischen 1% und 10% beträgt. 2. Plant according to claim 1, wherein the concentration of the siloxanes is between 1% and 10%.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Siloxan ein Hexamethyldisiloxan ist. 3. Plant according to claim 1 or 2, wherein the siloxane is a hexamethyldisiloxane.
4. Anlage nach Anspruch 3, bei der die Konzentration des Hexamethyldisiloxans im Wesentlichen 2% beträgt. 4. Plant according to claim 3, wherein the concentration of hexamethyldisiloxane is substantially 2%.
5. Anlage gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, bei der das Gasgemisch einen Druck zwischen 0,1 MPa und 1 MPa besitzt. 5. Plant according to one of the preceding claims, wherein the gas mixture has a pressure between 0.1 MPa and 1 MPa.
6. Anlage gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, bei der eine Flüssigkeitsschicht auf einer Oberfläche einer der Schaltkontakte aufgebracht ist. 6. Plant according to one of the preceding claims, wherein a liquid layer is applied to a surface of one of the switching contacts.
7. Anlage gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, bei der der Gasbehälter (6) eine benetzende Flüssigkeit enthält. 7. Plant according to one of the preceding claims, wherein the gas container (6) contains a wetting liquid.
8. Anlage gemäß einem der vorangegangen Ansprüche mit einem Katalysator, der innerhalb des Gasbehälters (6) angebracht ist . 8. Plant according to one of the preceding claims with a catalyst which is mounted within the gas container (6).
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator Kupfer umfasst. 9. Plant according to claim 8, characterized in that the catalyst comprises copper.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator auf einem der elektrischen Schaltkontakte angebracht ist. 10. Plant according to claim 8 or 9, characterized in that the catalyst is mounted on one of the electrical switching contacts.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2086656A (en) 1980-10-24 1982-05-12 Aei Liquid-filled circuit-breaker
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WO2012080269A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 Abb Technology Ag Dielectric insulation medium

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