電力輸送和分配設備的製作方法
2023-09-13 23:25:50 1
專利名稱：電力輸送和分配設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力輸送和分配的設備。
當從地球表面釋放到大氣中的一些化合物吸收由黑體輻射所發射的紅外線時，產生了環球暖化，因此加熱了大氣並且使空氣溫度升高。已經升高了的空氣溫度值表示成在CFC11和二氧化碳釋放到大氣中的情況下已經升高的空氣溫度的相對值。環球暖化因子(GWP)常常根據下面這些來表示在一些化合物以1ppb的濃度(vol)均勻地擴散到大氣中的情況下的大氣的溫度升高與該化合物在大氣中的壽命之積對於在二氧化碳以相同方式進行擴散的情況下的大氣的溫度升高與大氣中的二氧化碳的壽命的積的比率。
最近，從防止事故的觀點來看，電力輸送和分配設備需要阻燃性和不燃性。已經開始使用不燃性的變壓器或者類似物，而這些變壓器或者類似物採用SF6或者全氟化碳(PFC)流體作為絕緣或者冷卻介質，而這些絕緣或者冷卻介質具有較高的介電擊穿強度並且不能燃燒及化學性能穩定。但是，與二氧化碳相比，SF6和PFC具有大得多的環球暖化因子。因此，當這些化合物釋放到大氣中時，發生了由於溫室效應或者環球暖化所引起的地球表面的溫度升高，從而產生了地球環境問題。SF6和PFC的使用已經受到限制，並且認為在未來將加強實施對它們的排放控制。由於在實踐中難以製造完全不將SF6和PFC釋放到大氣中的電力輸送和分配設備，因此電力輸送和分配設備需要採用這樣的絕緣介質和冷卻介質來取代SF6和PFC，該絕緣介質和冷卻介質具有較高的介電擊穿強度、阻燃性或者不燃性和較低的環球暖化因子。
特開平No.59612/1997公開了使用CF3I作為冷卻循環裝置的冷卻劑。
總之，隨著分子量的增加，氣體的介電擊穿強度增加。並且，含有氯原子或者溴原子的化合物是阻燃性的或者不燃性的。如果氯原子或者溴原子加入到分子中，從而得到阻燃性的或者不燃性的化合物，所得到的化合物具有較高的破環臭氧的因子。人們知道，在分子中含有氟、氯或者溴的化合物之中，化學性能穩定並且難以分解的阻燃的那些化合物在大氣中具有較長的壽命和大的環球暖化因子。
為此，設計具有較高的介電擊穿強度、阻燃性或者不燃性並具有較低的環球暖化因素從而可以用作SF6和PFC的取代物的絕緣介質的分子非常困難。
特開平59612/1997公開了使用CF3I作為冷卻循環裝置的冷卻劑；但是，它沒有公開關於介電擊穿強度的內容。
CF3I作為冷卻循環裝置所需要的介電絕緣性能是這種程度的介電絕緣性能即局部放電和介電擊穿不會產生於安裝在壓縮機中的馬達內的線圈等中；而未考慮到電力輸送和分配設備中的絕緣介質所需要的介電擊穿強度。
本發明的發明者試驗了CF3I的介電擊穿強度，並且發現了CF3I可以用作電力輸送和分配設備的絕緣介質，並且發明了採用CF3I作為絕緣介質的電力輸送和分配設備。
本發明的目的是提供採用了一種絕緣介質的電力輸送和分配設備，該絕緣介質具有較高的介電擊穿強度、阻燃性或者不燃性和極小的環球暖化因子，而該電力輸送和分配設備具有較高的性能並且對環球暖化產生的影響非常小。
實現前述目的的本發明在於，包含在電力輸送和分配設備如變壓器、電抗器、母線、氣體絕緣開關裝置(GIS)、斷路器和開關中的絕緣介質含有用下面化學式(1)或者(2)所表示的化合物CxHyFzI (1)(這裡y＋z＝2x＋1，z＞y，x是6或者更小的自然數，z是自然數，並且y是0或者自然數。)CaHbFcI(2)(這裡CaHbFcI是環狀化合物，b＋c＝2a，c＞b，a是3到6的自然數，c是自然數，並且b是0或者自然數。)用化學式(1)所表示的化合物包括如CF3CHFCF2I和CH2CF2CF2I。用化學式(2)所表示的化合物包括如環狀化合物如 用化學式(1)或者(2)所表示的化合物在分子中含有碘並且具有較高的分子量；因此氣體的介電強度較高。此外，在分子中含有碘，容易藉助於光來分解，並且在大氣中壽命較短。因此，用化學式(1)或者(2)所表示的化合物具有極小環球暖化因子和幾乎可以忽略的臭氧破壞因子。而且，這些化合物在烴中超過一半的氫為氟和碘所取代，因此是阻燃性的。
因此，由於這個特徵，由於使用了具有上述性能的、含有用化學式(1)和(2)所表示的化合物的絕緣介質，因此可以得到這樣的電力輸送和分配設備它具有較高的性能、阻燃性並且對環球暖化的影響非常小。
還有，絕緣介質可含有用下面化學式(3)或者(4)所表示的化合物。
CxF(2x＋1)I (3)(這裡x是6或者小於6的自然數)CaF2aI (4)(這裡CaF2aI是環狀化合物，a是3到6的自然數)化學式(3)和化學式(4)的化合物是分別相應於y＝0時的化學式(1)的化合物和b＝0時的化學式(2)的化合物的化合物。用化學式(3)所表示的化合物包括如CF3I、CF3CF2I和CF3CF2CF2I。而化學式(4)所表示的化合物包括如環狀化合物如 這些化合物在烴中的所有氫為氟和碘所取代，並且，如果x或者a相等，那麼由於分子量大於用化學式(1)和化學式(2)所表示的化合物，因此氣體的介電強度較高，並且它是阻燃劑或者不燃物。
因此，即使使用用化學式(3)和化學式(4)所表示的化合物，但是可以得到具有高性能、阻燃性或者不燃性並且對環球暖化影響非常小的電力輸送和分配設備。而且，由於這類化合物如CF3I、CF3CF2I和CF3CF2CF2I的滅火性高，因此可以把自滅火性特性賦予電力輸送和分配設備。
此外，電力輸送和分配設備可以使用這樣的絕緣介質該介質是用化學式(1)到(4)所表示的化合物與氮或者氦的混合物。
附圖的簡短描述
圖1是示出了第一例子的氣體絕緣開關裝置的圖；圖2是示出了第二例子中的母線的圖；圖3是示出了第三例子的斷路器的圖；圖4是示出了第四例子的氣體絕緣變壓器的圖；圖5是示出了用於測量AC擊穿電壓的電極的結構的圖；圖6是示出了相對於壓力CF3I的AC擊穿電壓的變化的圖；圖7是示出了相對於壓力CF3I和氮的混合物的AC擊穿電壓的變化的圖。
優選實施例的描述首先描述用於本發明的電力輸送和分配設備的絕緣介質。表1示出了用於本發明的電力輸送和分配設備中的絕緣介質(CF3I，CF3CF2I，CF3CF2CF2I，CF3CF2CF2CF2I，CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，c-C4F7I，c-C5F9I，c-C6F11I，CF3-c-C4F6I，CF3CHFCF2I，CF3CHFCF(CF2CF3)CF2I，CH3CF2CF2I，CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，CH3-c-C4F6I，c-C5H2F7I，c-C8H2F8I和CF3-c-C4H2F4I)和它們的分子量。由於它們含有碘並且具有較大的分子量，因此氣體的絕緣強度較高。此外，由於它們在分子內含有碘，因此光容易使它們分解並且在大氣中具有較短的壽命。因此，它們使全球暖化的因子非常小，並且它們的臭氧破壞的因子幾乎可以忽略不計。而且，這些化合物的烴中具有超過一半以上的為氟和碘所取代的氫，並且是阻燃性的。
表1
對於這些絕緣介質而言，測量AC擊穿電壓。藉助於絕緣介質密封在壓力容器中來測量AC擊穿電壓，在該壓力容器中，由SUS所形成的球形電極(直徑為12.5mm)(如圖5所示一樣)布置成1mm的間隔，而電壓在球形電極之間以0.5KVrms的電壓升高率來施加。
表2示出了CF3I、CF3CF2I、CF3CF2CF2I、CF3CF2CF2CF2I、CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，c-C4F7I，c-C5F9I，c-C6F11I，CF3-c-C4F6I，CF3CHFCF2I，CF3CHFCF(CF2CF3)CF2I，CH3CF2CF2I，CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，CH3-c-C4F6I，c-C5H2F7I，c-C8H2F8I和CF3-c-C4H2F4I的和它們中的每一個與氮或者氦的混合介質的擊穿電壓。每個AC擊穿電壓在表2所示出的溫度和壓力下進行測量。它們的AC擊穿電壓大約為7-17KV；因此，這些絕緣介質和混合介質可以用作使用了SF6的電力輸送和分配設備(如變壓器、電抗器、母線、氣體絕緣開關裝置、斷路器和開關)的SF6和PFC的替代物。
表2
在表2所示出的絕緣介質和混合介質中，將更加詳細地描述CF3I。圖6示出了CF3I的AC擊穿電壓。為了比較，也示出了SF6的AC擊穿電壓。CF3I的AC擊穿電壓在氣體壓力範圍為0.1-0.2MPa的情況下優於SF6的AC擊穿電壓。因此，CF3I可以作為SF6的替代物施加到使用了SF6的電力輸送和分配設備中。
接下來，當CF3I與氮混合時(在20℃的CF3I的分壓處於0.1MPa和0.2MPa的情況下)，可以測量AC擊穿電壓。圖7示出了CF3I和氮的混合物的AC擊穿電壓。為了比較，還示出了SF6的AC擊穿電壓。CF3I和氮的混合介質的AC擊穿電壓稍稍小於SF6的AC擊穿電壓，但是在氣體壓力範圍為0.2-0.5MPa時高於10KVrms。
在與其它化合物混合的方式來使用CF3I的情況下，氮是理想的，因為它具有較高的介電擊穿強度、阻燃劑和為零的環球暖化因子。按以下得到具有較高的介電擊穿強度的介質也是可能的藉助於還使用惰性氣體如氦、氖、氬和氙或者二氧化碳和其它通常目的的化合物。因此，考慮到CF3I和氮的混合介質和CF3I和氦的混合介質，可以作為SF6的替代物應用到使用了SF6的電力輸送和分配設備中。
此外，表1所示的絕緣介質(CF3I、CF3CF2I、CF3CF2CF2I、CF3CF2CF2CF2I、CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，c-C4F7I，c-C5F9I，c-C6F11I，CF3-c-C4F6I，CF3CHFCF2I，CF3CHFCF(CF2CF3)CF2I，CH3CF2CF2I，CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，CH3-c-C4F6I，c-C5H2F7I2，c-C8H2F8I和CF3-c-C4H2F4I)在分子中含有氟和碘，因此具有較小的分子間的相互作用。因此，與具有相同分子量的烴類化合物相比，它的沸點較低。這些化合物藉助於調整它們的使用溫度和容器內的壓力可以以氣體形式使用，也可以以液態形式使用。
由於CF3I具有-22.5℃的沸點，因此它在正常溫度(30℃)下可以以氣體形式使用，並且在高壓下它還可以以液化形式進行使用。此外，具有12℃的沸點的CF3CF2I和具有41℃的沸點的CF3CF2CF2I可以以氣體形式進行使用，如果調整了溫度也可以在大氣壓力下以液體形式進行使用；在高壓作用下，它還可以以液化形式進行使用。
此外，SF6、C2F6、八氟丁烷(c-C4F8)等具有較高的環球暖化因子；但是，藉助於與表2中的絕緣介質或者它們的混合介質進行混合可以減少使用這些化合物的用量。
(實施例1)將給出作為本發明第一例子的氣體絕緣的開關裝置(GIS)的解釋。圖1示出了這個例子的氣體絕緣的開關。這個例子的氣體絕緣開關沿著是主電流通道的母線導體21具有襯管1、連接母線18、連接到連接母線18中的避雷器19、連接母線16、連接有接地裝置15和變壓器17的連接母線16、線路斷路器11、配置有接地裝置12的連接母線13、變流器10、斷路器8、在下部具有工作裝置14的斷路器8、變流器9、連接母線7、母線斷路器4、連接母線5、接地裝置6和放置在每個母線2上的母線斷路器4。在母線2的箱體內裝有三相母線導體3。
母線2、母線斷路器4、連接母線5和7、變流器9和10、斷路器8、連接母線13、16和18、變壓器17和避雷器19充有表2所示的絕緣介質或者它們的混合介質以作為絕緣介質23(CF3I、CF3CF2I、CF3CF2CF2I、CF3CF2CF2CF2I、CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，c-C4F7I，c-C5F9I，c-C6F11I，CF3-c-C4F6I，CF3CHFCF2I，CF3CHFCF(CF2CF3)CF2I，CH3CF2CF2I，CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，CH3-c-C4F6I，c-C5H2F7I，c-C8H2F8I和CF3-c-C4H2F4I)，並且它們藉助於絕緣分隔件20來隔開。
用於這個例子的氣體絕緣的開關裝置中的絕緣介質或者混合介質可以是一種，或者該種類可以根據設備來改變。
對於這個例子的氣體絕緣開關裝置，由於使用了含有具有較高的氣體介電強度的化合物的絕緣化合物23，因為它在分子中含有碘、是阻燃性的並且不能燃燒、具有極小的環球暖化因子和很小的臭氧破壞因子，因此環球暖化的作用極小並且可以高性能地打開和關閉電力電路。
(實施例2)
解釋作為本發明的第二例子的母線2。圖2示出了這個例子的母線2。在母線2的箱體24內，遍布著絕緣介質23，母線導體3藉助於絕緣支撐25來支撐。
由於作為絕緣介質23使用了表2所示的絕緣介質或者它們的混合介質(CF3I、CF3CF2I、CF3CF2CF2I、CF3CF2CF2CF2I、CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，c-C4F7I，c-C5F9I，c-C6F11I，CF3-c-C4F6I，CF3CHFCF2I，CF3CHFCF(CF2CF3)CF2I，CH3CF2CF2I，CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，CH3-c-C4F6I，c-C5H2F7I，c-C8H2F8I和CF3-c-C4H2F4I或者它們與氮或者氦的混合物，因此可能得到如同使用了SF6的情況下的高性能的母線2。
(實施例3)解釋作為本發明的第三例子的斷路器。圖3示出了這個例子的斷路器的剖視圖。
在斷路器的內部，遍布著絕緣介質23並且設置了斷開部分30。斷開部分30包括固定的緩衝活塞31和可移動的緩衝氣缸(cylinder)32。在緩衝氣缸32的端部處形成了移動接觸33，該移動接觸33與固定接觸36處於接觸之中。在緩衝氣缸32的前端形成了氣口37，並且連接絕緣噴嘴38。移動接觸33連接到藉助於控制器(未示出)來驅動的杆35。緩衝室34位於緩衝氣缸32和緩衝活塞31之間。在緩衝室34中，遍布著絕緣介質23。
在斷開部分30進行斷開運動時，杆35藉助於控制器來拖出，緩衝氣缸32被移動，並且緩衝室34內的絕緣介質23被壓縮。從移動接觸33和絕緣噴嘴38中拖固定接觸36。伴隨著電路斷路在固定接觸36以及移動接觸33之間產生電弧。在較大的電流斷開時緩衝室34內的氣體壓力由於產生於打開的移動接觸33和固定接觸36之間的等離子弧的加熱而進一步升高。緩衝室34內的增壓氣體通過氣口37進入絕緣噴嘴38中，然後從絕緣噴嘴38的前端噴出，因此熄滅了等離子弧。在對著等離子弧噴吹之後，氣體變成了高溫氣體並且排出到固定側或者移動側中。
由於使用了作為絕緣介質23的、表2所示的絕緣介質或者它們的混合介質(CF3I，CF3CF2I，CF3CF2CF2I，CF3CF2CF2CF2I，CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，c-C4F7I，c-C5F9I，c-C6F11I，CF3-c-C4F6I，CF3CHFCF2I，CF3CHFCF(CF2CF3)CF2I，CH3CF2CF2I，CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，CH3-c-C4F6I，c-C5H2F7I，c-C8H2F8I和CF3-c-C4H2F4I或者它們與氮或者氦的混合物)，因此在可以得到如同使用了SF6的情況下的高性能的斷路器。
而且，由於這些絕緣介質或者混合介質是阻燃性的或者不能燃燒並且具有極小的環球暖化因子和幾乎可忽略不計的臭氧破壞因子，因此可以製造對環球環境具有非常小影響的斷路器。
(實施例4)解釋作為本發明的第四實施例的氣體絕緣的變壓器。圖4示出了這個例子的氣體絕緣的變壓器。在容器41的內部，裝配有鐵芯42和線圈43與絕緣介質23。冷卻器44和吹風機45通過冷卻管46連接到容器41的外部。絕緣介質23藉助於冷卻器44來冷卻，如箭頭所示一樣，然後通過下方冷卻管藉助於吹風機45輸送到容器41中，並且它進入到鐵芯42和線圈43中，除去它們所產生的熱量並且再一次通過冷卻管返回到冷卻器44中，並流過循環通道。
由於使用了作為絕緣介質23的、表2所示的絕緣介質或者它們的混合介質(CF3I，CF3CF2I，CF3CF2CF2I，CF3CF2CF2CF2I，CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，c-C4F7I，c-C5F9I，c-C6F11I，CF3-c-C4F6I，CF3CHFCF2I，CF3CHFCF(CF2CF3)CF2I，CH3CF2CF2I，CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I，CH3-c-C4F6I，c-C5H2F7I，c-C8H2F8I和CF3-c-C4H2F4I或者它們與氮或者氦的混合物)，因此可以得到如同使用了SF6的情況下的高性能的氣體絕緣的變壓器。
而且，由於這些絕緣介質或者混合介質是阻燃性的或者不能燃燒並且具有極小的環球暖化因子和幾乎可忽略的臭氧破壞因子，因此可以製造對環球環境具有非常小影響的氣體絕緣的變壓器。
根據本發明，由於使用了含有用化學式(1)或者化學式(2)所表示的化合物的絕緣化合物23，而該化合物由於它在分子中含有碘而具有較高的氣體介電強度、是阻燃物並且不可以燃燒，並且具有極小的環球暖化因子和極小的臭氧損壞因子，因此可以得到高性能的電力輸送和分配設備，該設備對環球暖化影響非常小。
如果x或者a相等，那麼用化學式(3)和化學式(4)所表示的化合物的氣體介電強度大於用化學式(1)和化學式(2)所表示的化合物。藉助於使用含有用化學式(3)和化學式(4)所表示的化合物的絕緣介質，可以得到對環球暖化影響非常小的電力輸送和分配設備。
權利要求
1.一種容納了絕緣介質的電力輸送和分配的設備，其特徵在於所述絕緣介質含有用下面化學式(1)或者(2)所表示的化合物CxHyFzI (1)(這裡y＋z＝2x＋1，z＞y，x是6或者更小的自然數，z是自然數，並且y是0或者自然數)CaHbFcI (2)(這裡CaHbFcI是環狀化合物，b＋c＝2a，c＞b，a是3到6的自然數，c是自然數，並且b是0或者自然數。)
2.一種容納了絕緣介質的電力輸送和分配的設備，其特徵在於所述絕緣介質含有用下面化學式(3)或者(4)所表示的化合物CxF(2x＋1)I (3)(這裡x是6或者更小的自然數)CaF2aI (4)(這裡CaF2aI是環狀化合物，a是3到6的自然數。)
3.一種容納了絕緣介質的電力輸送和分配的設備，其特徵在於所述絕緣介質含有CF3I。
4.一種如權利要求1、2或者3所述的電力輸送和分配的設備，其特徵在於所述絕緣介質是含有氮或者氦的混合物。
全文摘要
藉助於使用絕緣介質來提供一種電力輸送和分配的設備,該設備具有較好的性能並且對環球暖化影響非常小,而該絕緣介質具有高的介電擊穿強度、阻燃性或者不可燃燒性及非常小的環球暖化因子。該絕緣介質密封在母線(2)、母線斷路器(4)、連接母線(5和7)、變流器(9和10)、斷路器(8)、連接母線(13、16和18)、變壓器(17)和避雷器(19)中,並且這些部件藉助於絕緣分隔件(20)來分隔開。該絕緣介質是用CxHyFzⅠ或者CaHbFcⅠ所表示的化合物(這裡y+z=2x+1,z>y,x是6或者更小的自然數,z是自然數,y是0或者自然數,b+c=2a,c>b,a是3到6的自然數,c是自然數,並且b是0或者自然數。)
文檔編號H01B3/56GK1329744SQ99813917
公開日2002年1月2日 申請日期1999年10月27日 優先權日1998年11月6日
發明者師岡壽至, 伊藤雄三, 白根隆志, 齋藤達 申請人:株式會社日立製作所