用于電力的氣體絕緣裝置及其操作方法
【專利摘要】公開了一種用于電力的氣體絕緣裝置，包括：固定接觸單元和可移動接觸單元，它們在氣密容器中被布置為面向彼此，該氣密容器被填充了用作滅弧氣體的二氧化碳氣體或包括二氧化碳氣體的氣體混合物。所述固定接觸單元包括：固定電弧觸點；固定傳導(dǎo)觸點，其被布置在固定電弧觸點之外；以及，傳導(dǎo)支撐構(gòu)件，用于在所述固定電弧觸點和所述固定傳導(dǎo)觸點之間電連接，并且支撐這些觸點。
【專利說明】用于電力的氣體絕緣裝置及其操作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及用于電力的氣體絕緣裝置及其操作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電力傳輸/分布和變換系統(tǒng)已經(jīng)采用了使用六氟化硫(SF6)作為絕緣介質(zhì)的各種裝置，諸如氣體絕緣開關(guān)設(shè)備、氣體斷路器、氣體隔離開關(guān)、氣體絕緣變壓器、氣體絕緣電力線等。SF6氣體作為:冷卻介質(zhì)，用于通過對流來冷卻在電傳導(dǎo)中產(chǎn)生的熱量；以及，用于這些裝置的高壓絕緣介質(zhì)；或者，滅弧介質(zhì)，用于熄滅在涉及電流開關(guān)的裝置的開關(guān)操作中產(chǎn)生的弧光放電，該裝置例如是氣體斷路器和氣體隔離開關(guān)等。
[0003]SF6氣體是很穩(wěn)定的、無害的和不可燃燒的惰性氣體，其具有很高的電絕緣能力和放電熄滅能力(滅弧能力)，并且對于電力傳輸/分布和變換裝置的高性能和緊湊性有很大的貢獻。
[0004]然而，已知SF6氣體參與了嚴(yán)重的全球變暖，并且近來對于SF6的使用的減少有越來越多的需要。全球變暖的水平一般用全球變暖因子表示，該全球變暖因子用相對于被假定為“I”的二氧化碳(CO2)氣體的相對值表達。已知，SF6的全球變暖因子數(shù)量達到23，900。
[0005]在上面的背景下，已經(jīng)提出了將SF6氣體替換為CO2氣體來作為用于電力傳輸/分布和變換裝置的絕緣氣體(例如參見，UCHII, KAWAN0, ΝΑΚΑΜ0Τ0, MIZOGUCHI, “Fundamental Properties of CO2Gas as an Arc Quenching Medium and Thermal Interrupt1nPerformance of Full-S cale GCB Model (二氧化碳氣體作為電弧熄滅媒質(zhì)的基本性質(zhì)以及全尺度GCB模型的熱中斷性能)”，The transact1ns of the Institute of ElectricalEngineers of Japan (日本電氣工程師協(xié)會學(xué)報).B, 124 (3)，pp.469-475，2004)。因為 CO2氣體的全球變暖作用小到SF6氣體的1/23，900，所以有可能通過將SF6氣體替換為CO2氣體來用于電力傳輸/分布和變換裝置來控制對于全球變暖的影響。
[0006]另外，雖然CO2氣體在絕緣能力和滅弧能力上次于SF6氣體，但是已知CO2氣體具有優(yōu)越的滅弧能力，與在SF6氣體被用于用于電力的氣體絕緣裝置之前主要被用作絕緣和滅弧介質(zhì)的空氣相比，具有相同或更高的絕緣能力。即，當(dāng)用CO2氣體替換SF6氣體時，有可能提供具有高性能和對于全球變暖的受控效果的環(huán)境友好的電力傳輸/分布和變換裝置。
[0007]然而，諸如氣體斷路器或氣體隔離開關(guān)等的、涉及電流開關(guān)的裝置基本上會隨著其操作在氣密容器中產(chǎn)生電弧放電。當(dāng)在氣密容器中產(chǎn)生電弧放電時，用于填充氣密容器的氣體在放電的過程中被等離子化，以引起氣體的分子的還原和重新組合。
[0008]因為用于傳統(tǒng)電力變換裝置的SF6氣體具有很穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)，所以甚至當(dāng)5^氣體的分子被放電還原一次時，已知該等分子大多數(shù)時候在正常環(huán)境下被組合為最初的SF6分子。另一方面，被電弧放電還原的CO2難以組合為最初的CO2,并且被還原為一氧化碳(CO)氣體和氧氣。雖然氧氣被與在氣密容器中的諸如銅或鐵的金屬的氧化反應(yīng)消耗，但是有可能剩下有毒的CO氣體。
[0009]在用戶打開填充氣體以進行諸如氣體斷路器的、執(zhí)行電流開關(guān)的CO2氣體絕緣裝置的內(nèi)部檢查時，剩余的CO氣體可能被用戶吸入。因此，在當(dāng)前的情況下，CO氣體必須在其排放位置或方向上被限制或必須被收集，這引起了與SF6氣體斷路器作比較的氣體交換、檢查和維護的不良的工作效率的問題。
[0010]雖然已經(jīng)將合成沸石用作吸附劑來在電流開關(guān)后吸收和分離在填充氣體中浮動的SF6分解氣體，但是如果用CO2氣體替換SF6氣體，則存在當(dāng)沸石吸收絕緣CO2氣體時沸石不能充分地去除CO的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，在本公開的一個方面中的目的是提供了一種環(huán)境友好的用于電力的氣體絕緣裝置，其以CO2氣體用作滅弧氣體，所述氣體絕緣裝置能夠去除通過CO2氣體的還原而產(chǎn)生的CO氣體，并且安全地執(zhí)行內(nèi)部檢查和維護。
[0012]根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于電力的氣體絕緣裝置，包括:固定接觸單元和可移動接觸單元，它們在氣密容器中被布置為面向彼此，該氣密容器被填充了用作滅弧氣體的二氧化碳氣體或包括二氧化碳氣體的氣體混合物。所述固定接觸單元包括:固定電弧觸點；固定傳導(dǎo)觸點，其被布置在固定電弧觸點之外；以及，傳導(dǎo)支撐構(gòu)件，用于在所述固定電弧觸點和所述固定傳導(dǎo)觸點之間電連接，并且支撐這些觸點。所述可移動接觸單元包括:可移動電弧觸點，其被布置為能夠相對于所述固定電弧觸點滑動；可移動傳導(dǎo)觸點，其被布置為經(jīng)由在所述可移動電弧觸點之外的絕緣噴嘴相對于所述固定電弧觸點可滑動；中空操作桿，其被布置為與所述可移動電弧觸點的后邊緣相結(jié)合，并且具有在其后邊緣處形成的開口 ；氣缸，其被布置為支撐在所述操作桿外部的所述絕緣噴嘴和所述可移動傳導(dǎo)觸點，并且在與所述固定接觸單元相對的一側(cè)具有一個開口端；以及，活塞，其從所述氣缸的所述開口端可滑動地被插入在所述氣缸與所述操作桿之間形成的間隙中，并且被布置為與所述氣缸和所述操作桿一起分隔出熱壓縮室。在與由所述固定接觸單元和所述可移動接觸單元的電弧放電產(chǎn)生的熱流接觸的部分處布置了金屬氧化物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是示出根據(jù)一個實施例的氣體斷路器的一般配置的截面圖。

【具體實施方式】
[0014]圖1是根據(jù)一個實施例的、作為用于電力的氣體絕緣裝置的一個示例的、用于斷開在高壓系統(tǒng)中的突發(fā)電流的壓氣型氣體斷路器的截面結(jié)構(gòu)視圖。在圖1中所示的各種部分具有同軸圓柱體形狀，并且圖1示出在電流斷開操作下的狀態(tài)。
[0015]在圖1中所示的壓氣型氣體斷路器I具有由接地的金屬、絕緣體或類似物構(gòu)成的氣密容器2。氣密容器2被填充作為電絕緣介質(zhì)和滅弧(arc extinguishing)介質(zhì)的CO2氣體或包括作為主要成分的CO2氣體的氣體混合物la。與CO2氣體混合的氣體的示例可以包括非反應(yīng)氣體，諸如氮氣或惰性氣體等。
[0016]在氣密容器2中設(shè)置了固定接觸單元3，固定接觸單元3經(jīng)由支撐絕緣材料7以絕緣的方式被固定，并且包括:固定電弧觸點3a ;固定傳導(dǎo)觸點3b，其被布置在固定電弧觸點3a外部；以及，傳導(dǎo)支撐構(gòu)件3c，用于在固定電弧觸點3a和固定傳導(dǎo)觸點3b之間電連接，并且支撐這些觸點3a和3b。
[0017]另外，設(shè)置了可移動接觸單元4以面向固定接觸單元3?？梢苿咏佑|單元4包括:絕緣噴嘴4a ;可移動電弧觸點4b，其被布置為能夠相對于固定電弧觸點3a滑動；可移動傳導(dǎo)觸點4c，其被布置為經(jīng)由在可移動電弧觸點4b之外的絕緣噴嘴4a相對于固定電弧觸點3a可滑動；中空操作桿4d，其被布置為與可移動電弧觸點4b的后邊緣相結(jié)合，并且具有在其后邊緣處形成的開口 ；氣缸4e，其被布置為支撐在操作桿4d外部的絕緣噴嘴4a和可移動傳導(dǎo)觸點4c，并且在與固定接觸單元3相對的一側(cè)具有一個開口端；以及，活塞4f，其從氣缸4e的開口端可滑動地被插入在氣缸4e和操作桿4d之間形成的間隙中，并且被布置為與氣缸4e和操作桿4d —起分隔出熱壓縮室。
[0018]絕緣噴嘴4a由作為具有高電弧電阻的絕緣材料的聚四氟乙烯等構(gòu)成。
[0019]經(jīng)由導(dǎo)體10和套管(未示出)，電流流出。導(dǎo)體10被間隔物11以絕緣方式支撐，并且在氣密容器2中的氣體空間的區(qū)域被間隔物11分隔。當(dāng)操作桿4d經(jīng)由支撐絕緣材料7連接到在致動器8中的可移動部分時實現(xiàn)可移動接觸單元4的可移動性。
[0020]在與由在氣密容器2中布置的固定接觸單元3和可移動接觸單元4的電弧放電6產(chǎn)生的熱流接觸的部分處布置了金屬氧化物。具體地說，如下面在壓氣型氣體斷路器I的操作方法中所述，當(dāng)由氣流9傳送的電弧放電6的熱流與該接觸部分接觸時，在其中接觸部分的溫度不小于攝氏200度的部分處布置金屬氧化物。在圖1中所示的壓氣型氣體斷路器I中，在許多情況中，該部分對應(yīng)于固定電弧觸點3a、傳導(dǎo)支撐構(gòu)件3c、絕緣噴嘴4a和活塞4f中的至少一個。
[0021]具體上，在固定電弧觸點3a中，與電弧放電6接近(或接觸)的前端3d有可能通過與電弧放電6的熱流接觸而達到不小于攝氏200度的高溫。另外，在活塞4f中，與電弧放電6接近的凹槽部分4g也可能通過與電弧放電6的熱流接觸而達到不小于攝氏200度的高溫。
[0022]金屬氧化物布置方法的示例可以包括:使用金屬氧化物形成電弧放電6的熱流的接觸部分的方法；使用金屬氧化物的覆蓋材料來涂敷接觸部分的方法；使用金屬氧化物膜來涂敷接觸部分的方法；等等。
[0023]在其中使用金屬氧化物來形成電弧放電6的熱流的接觸部分的情況下，可以通過下述方式來獲得該接觸部分:在具有符合諸如固定電弧觸點3a等的接觸部分的大小和形狀的空間的形成模具中填充金屬氧化物的粉末，并且，在預(yù)定溫度下將該粉末燒結(jié)。另外，相似地，對于覆蓋該接觸部分的覆蓋材料來說，可以通過下述方式來獲得該覆蓋材料:在具有符合諸如固定電弧觸點3a等的接觸部分的外部尺寸的空間的形成模具中填充金屬氧化物的粉末，并且，在預(yù)定溫度下將該粉末燒結(jié)。該覆蓋材料被適配到該接觸部分。另外，在其中使用金屬氧化物膜來覆蓋該接觸部分的情況下，通過使用金屬氧化物靶的濺射等，膜粘附到諸如固定電弧觸點3a等的接觸部分。
[0024]金屬氧化物優(yōu)選地是選自由下述物質(zhì)構(gòu)成的組的至少一種:錳氧化物(MnO2)、鈷氧化物(CoO, CoO2)、銅氧化物(CuO)、五氧化二釩(V2O5)、鎳氧化物(NiO)、鐵氧化物(Fe2O3)、錯氧化物(Rh2O3)、釕氧化物(RuO2)、錫氧化物(SnO2)和鑰氧化物(MoO2),不特別限制,只要金屬氧化物可以作為氧化劑。當(dāng)這些氧化物與通過CO2氣體的還原產(chǎn)生的CO氣體反應(yīng)時，可以將CO氣體改變?yōu)镃O2氣體，如下面在壓氣型氣體斷路器I的操作方法中所述。
[0025]上述的金屬氧化物允許所產(chǎn)生的CO氣體幾乎完全被改變?yōu)镃O2氣體，由此大大減少CO氣體的殘余量，因為據(jù)推斷在與在Inm的深度內(nèi)存在的CO氣體的反應(yīng)中涉及的氧原子的數(shù)量等于或多于由電弧放電6產(chǎn)生的CO氣體的分子的數(shù)量。另外，這些金屬氧化物被熱穩(wěn)定化，因為它們的熔點或分解溫度不小于攝氏500度。因此，即使當(dāng)這些金屬氧化物被布置在因為電弧放電6導(dǎo)致的熱流的接觸部分處時，這些金屬氧化物在該熱流與接觸部分接觸之前不會分解，由此防止CO氣體到CO2氣體的變化受到阻礙。
[0026]現(xiàn)在將描述在圖1中所示的氣體斷路器I的操作。當(dāng)閉合氣體斷路器I時，固定電弧觸點3b和可移動電弧觸點4b處于接觸傳導(dǎo)狀態(tài)中。在斷路操作中，固定電弧觸點3b和可移動電弧觸點4b通過它們的相對移動而彼此分開，并且同時，在兩個觸點3b和4b之間產(chǎn)生斷路電弧放電6。
[0027]隨后，固定活塞4f壓縮壓氣型氣缸4e的內(nèi)部空間以增大其壓力。然后，在壓氣型氣缸4e中存在的CO2氣體Ia被提供到高壓氣流內(nèi)，該高壓氣流被噴嘴4a整流，并且然后被噴灑到在電弧觸點3b和4b之間產(chǎn)生的電弧放電6。這可以導(dǎo)致在電弧觸點3b和4b之間產(chǎn)生的傳導(dǎo)電弧放電6的熄滅和電流斷路。向電弧放電6噴灑的氣體被提供到氣流9內(nèi)，氣流9通過固定接觸單元3的內(nèi)部，并且被擴散到氣密容器2內(nèi)。
[0028]當(dāng)在CO2氣體中產(chǎn)生電弧放電6時，最初必須作為絕緣氣體存在的CO2氣體的量減少，而作為CO2氣體的分解氣體的CO氣體增多。然而，在該實施例中，在與通過在氣密容器2中布置的固定接觸單元3和可移動接觸單元4的電弧放電6產(chǎn)生的熱流接觸的部分處布置金屬氧化物，具體地說是固定電弧觸點3a、傳導(dǎo)支撐構(gòu)件3c、絕緣噴嘴4a和活塞4f中的至少一個。當(dāng)通過氣流9傳送的電弧放電6的熱流與接觸部分接觸時，因為接觸部分的溫度達到不小于攝氏200度，所以金屬氧化物作為氧化劑來基于例如下面的反應(yīng)式將CO氣體改變?yōu)镃O2氣體。
[0029]Mn02+2C0 — Mn+2C02
[0030]因此，在CO2氣體被用作滅弧氣體的情況下，甚至當(dāng)將CO2氣體還原以產(chǎn)生CO氣體時，CO氣體被金屬氧化物瞬時氧化，以改變?yōu)镃O2氣體。結(jié)果，在氣密容器2中不剩余CO氣體，由此防止當(dāng)釋放填充氣體以進行內(nèi)部檢查時人員受到傷害。
[0031 ] 即，本實施例可以提供一種環(huán)境友好的用于電力的氣體絕緣裝置，其以CO2氣體用作滅弧氣體，所述氣體絕緣裝置能夠去除通過CO2氣體的還原而產(chǎn)生的CO氣體，并且安全地執(zhí)行內(nèi)部檢查和維護。
[0032]另外，通過CO2氣體的還原而產(chǎn)生的氧(O2)氣將在氣密容器2中的金屬具體來說是銅和鐵氧化為諸如CuO和FeO的氧化物。
[0033]雖然在本實施例中已經(jīng)使用壓氣型氣體斷路器說明了用于電力的氣體絕緣裝置，但是本實施例可以被應(yīng)用到使用CO2氣體作為絕緣氣體的各種裝置，諸如氣體絕緣開關(guān)設(shè)備、氣體隔離開關(guān)、氣體絕緣變壓器和氣體絕緣電力線等。
[0034]雖然上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施例，但是這些實施例是舉例提供的，并且不意欲限制本發(fā)明的范圍?？梢砸栽S多不同的形式來修改這些新穎的實施例。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以進行各種省略、替代和修改。這些實施例及其修改落在本公開的范圍和精神內(nèi)，并且被包括于在權(quán)利要求及其等同內(nèi)容中描述的本公開的范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電力的氣體絕緣裝置，包括: 固定接觸單元和可移動接觸單元，它們在主要包含二氧化碳氣體的容器中被布置為面向彼此， 其中，在與通過所述固定接觸單元和所述可移動接觸單元的電弧放電產(chǎn)生的熱流接觸的部分處布置金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力的氣體絕緣裝置，其中，所述金屬氧化物減少由所述電弧放電產(chǎn)生的一氧化碳的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電力的氣體絕緣裝置，其中，所述金屬氧化物是選自由下述物質(zhì)構(gòu)成的組的至少一種氧化物:錳氧化物、鈷氧化物、銅氧化物、五氧化二釩、鎳氧化物、鐵氧化物、銠氧化物、釕氧化物、錫氧化物和鑰氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電力的氣體絕緣裝置，其中，所述固定接觸單元或所述可移動接觸單元的至少一部分包括金屬氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電力的氣體絕緣裝置，進一步包括傳導(dǎo)支撐構(gòu)件，所述傳導(dǎo)支撐構(gòu)件的至少一部分包括金屬氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于電力的氣體絕緣裝置，其中，與由所述固定接觸單元和所述可移動接觸單元的電弧放電產(chǎn)生的熱流接觸的所述金屬氧化物包括與所述熱流充分的接觸，使得所述金屬氧化物用于將由所述電弧放電產(chǎn)生的任何CO氣體的至少一部分轉(zhuǎn)換為CO2氣體。
7.一種操作用于電力的氣體絕緣裝置的方法，所述裝置包括: 固定接觸單元和可移動接觸單元，它們在氣密容器中被布置為面向彼此，該氣密容器被填充了用作滅弧氣體的二氧化碳氣體或包括CO2氣體的氣體混合物， 其中，所述固定接觸單元包括:固定電弧觸點；固定傳導(dǎo)觸點，其被布置在所述固定電弧觸點之外；以及，傳導(dǎo)支撐構(gòu)件，用于在所述固定電弧觸點和所述固定傳導(dǎo)觸點之間電連接，并且支撐這些觸點， 其中，所述可移動接觸單元包括:可移動電弧觸點，其被布置為能夠相對于所述固定電弧觸點滑動；可移動傳導(dǎo)觸點，其被布置為經(jīng)由在所述可移動電弧觸點之外的絕緣噴嘴相對于所述固定電弧觸點可滑動；中空操作桿，其被布置為與所述可移動電弧觸點的后邊緣相結(jié)合，并且具有在其后邊緣處形成的開口 ；氣缸，其被布置為支撐在所述操作桿外部的所述絕緣噴嘴和所述可移動傳導(dǎo)觸點，并且在與所述固定接觸單元相對的一側(cè)具有一個開口端；以及，活塞，其從所述氣缸的所述開口端可滑動地被插入在所述氣缸和所述操作桿之間形成的間隙中，并且被布置為與所述氣缸和所述操作桿一起來分隔出熱壓縮室，并且 其中，在與由所述固定接觸單元和所述可移動接觸單元的電弧放電產(chǎn)生的熱流接觸的部分處布置金屬氧化物， 所述方法包括:將通過將所述滅弧氣體還原而產(chǎn)生的一氧化碳氣體通過所述一氧化碳與所述金屬氧化物的反應(yīng)而改變?yōu)槎趸細怏w。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述接觸部分是所述固定電弧觸點、所述傳導(dǎo)支撐構(gòu)件、所述絕緣噴嘴和所述活塞中的至少一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，所述金屬氧化物是選自由下述物質(zhì)構(gòu)成的組的至少一種氧化物:錳氧化物、鈷氧化物、銅氧化物、五氧化二釩、鎳氧化物、鐵氧化物、銠氧化物、釕氧化物、錫氧化物和鑰氧化物。
【文檔編號】H02B13/035GK104051976SQ201410098863
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】山田昂, 大村恒雄, 岡部寬史, 川崎圭, 真島周也 申請人:株式會社東芝