ES2644567T3 - Aparellaje eléctrico con aislamiento gaseoso con un compuesto fluorado - Google Patents

Aparellaje eléctrico con aislamiento gaseoso con un compuesto fluorado Download PDF

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  • Organic Insulating Materials (AREA)

Description

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DESCRIPCION
Aparellaje electrico con aislamiento gaseoso con un compuesto fluorado Campo tecnico
La invencion se refiere a una aparellaje electrico con aislamiento gaseoso para una lmea de transporte de corriente para media o alta tension, que comprende medios de regulacion de la cantidad de gas aislante en suspension en el volumen interior de la envoltura aislante.
Estado de la tecnica anterior
En un aparellaje electrico para media o alta tension, por lo general las funciones de aislamiento electrico y de extincion de arco electrico se aseguran mediante un gas aislante que esta confinado en el interior del aparellaje. En su acepcion habitual, el termino "media tension" designa una tension superior a 1 000 voltios en corriente alterna y estrictamente superior a 1500 voltios en corriente continua, pero que no supere los 52000 voltios en corriente alterna y los 75000 voltios en corriente continua, mientras que el termino "alta tension" designa una tension estrictamente superior a 52000 voltios en corriente alterna y a 75000 voltios en corriente continua.
De acuerdo con un modo de realizacion conocido, el gas aislante que se utiliza en el interior de estos aparellajes contiene hexafluoruro de azufre, SF6. Aunque ofrece excelentes propiedades, en especial dielectricas y qmmicas, el hexafluoruro de azufre presenta cierta toxicidad desde el punto de vista del medio ambiente; en particular, su PCG (Potencial de Calentamiento Global, que tambien se conoce con la sigla GWP de Global Warming Potential) es muy elevado.
Para reemplazar el hexafluoruro de azufre, se ha propuesto utilizar fluorocetonas, tal como se describe por ejemplo en el documento WO 2010/142346. Las fluorocetonas tienen una buena rigidez dielectrica y mejores caractensticas medioambientales que el hexafluoruro de azufre. Tambien se han contemplado otros gases fluorados utilizados solos o mezclados, debido a su rigidez dielectrica y en vista de sus caractensticas medioambientales, en especial las hidrofluorolefinas (solicitud no publicada FR 11 56062), los hidrofluorocarbonos, los fluoroxiranos (solicitud no publicada FR 11 60971), asf como las hidroclorolefinas o los hidrofluoroeteres.
Sin embargo, la temperatura de ebullicion en estos compuestos fluorados es relativamente elevada, sobre todo porque su molecula, en especial la de fluorocetona, es grande. Ahora bien, ciertos aparellajes electricos estan destinados para ser montados en exteriores, donde la temperatura puede descender a temperaturas negativas, hasta -40° C. Por debajo de tales temperaturas negativas, no es posible mantener la presion de los gases fluorados, sobre todo de la fluorocetona, que en la forma gaseosa tiene un valor limitado, lo que reduce su eficacia: de hecho, a tales temperaturas, la fluorocetona por ejemplo se condensa, formando un lfquido en el fondo de la envoltura.
El documento WO 2010/142346 describe un aparellaje electrico que comprende medios de regulacion de la presion del gas de fluorocetona. Estos medios de regulacion comprenden medios de inyeccion de gas de fluorocetona y de medios de calentamiento de por lo menos una parte de la envoltura externa del aparellaje; el calentamiento parcial de la envoltura permite calentar el gas de fluorocetona y limitar la condensacion del mismo.
No obstante, cuando la temperatura ambiente exterior a la envoltura es relativamente fna, una gran parte del calor producido para calentar la envoltura se intercambia con el exterior, lo que se traduce en perdidas termicas importantes. Asimismo, este sistema consume grandes cantidades de energfa para calentar la envoltura y el gas de aislamiento a base de fluorocetona.
Exposicion de la invencion
El objetivo de la invencion es proponer un aparellaje electrico, como se define en la reivindicacion 1, que comprende medios de regulacion de la presion de gas de gas fluorado que limitan las perdidas del calor producido.
La invencion propone un aparellaje electrico con aislamiento gaseoso para media y/o alta tension, que comprende una envoltura cerrada de manera hermetica a los gases cuyo volumen interior esta lleno de un gas aislante electricamente, que comprende al menos un compuesto fluorado cuyo PCG es inferior a 3500, en especial una fluorocetona, una hidrofluorolefina, un hidrofluorocarbono y/o un fluoroxirano, incluso una hidroclorolefina o un hidrofluoroeter. Al menos un componente electrico se dispone en el volumen interior de la envoltura, que se realiza de tal manera que un lfquido formado por condensacion en el interior de la envoltura, en especial a partir de un compuesto fluorado, se recoge en un deposito cuyo volumen interior se comunica con el volumen interior de la envoltura. El aparellaje electrico comprende asimismo medios de regulacion de la cantidad de compuesto fluorado en el volumen interior de la envoltura que comprenden medios de calentamiento de un lfquido resultante de la condensacion del compuesto fluorado presente en el gas aislante, estando dispuestos dichos medios de calentamiento del lfquido, al menos en parte, dentro del deposito. El calentamiento del lfquido formado por condensacion provoca su vaporizacion y aumenta asf la presion del gas dentro de la envoltura. Asf, las perdidas del calor producido por los medios de calentamiento son limitadas, lo que mejora la eficacia de los medios de regulacion de la presion del gas de aislamiento.
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Preferentemente, el Ifquido de condensacion fluye por gravedad hacia el deposito. En especial, los medios de calentamiento pueden constar de una resistencia que permite calentar el interior del deposito; alternativamente, los medios de calentamiento comprenden un solenoide y un nucleo, preferentemente ferromagnetico, que permite calentar el interior del deposito.
En otro modo de realizacion, los medios de calentamiento comprenden un componente conductor termico que atraviesa la pared del deposito, estando situada una parte del conductor termico en el exterior del deposito y estando alojada otra parte del conductor termico en el interior del deposito. Preferentemente, dicho conductor termico consiste en un tubo que permite rellenar el volumen interior de la envoltura con gas de aislamiento. El conductor termico se asocia a medios que permiten modificar su temperatura, en especial una resistencia, o respectivamente un solenoide y su nucleo asociado, dispuesta en el exterior del deposito y de la envoltura, y que es capaz de calentar dicha parte del conductor termico que se situa en el exterior del deposito; una parte del conductor termico, o del tubo, puede estar en el interior de los medios de modificacion de su temperatura, en especial en el interior del solenoide dado el caso.
En otro modo de realizacion, los medios de calentamiento podnan disponerse en una cavidad abierta hacia el exterior que sobresale hacia arriba en relacion con una pared inferior del fondo del deposito. Preferentemente, el volumen interior de la cavidad se rellena entonces con un lfquido caloportador capaz de conducir el calor producido por una resistencia hacia la pared de la cavidad.
Breve descripcion de los dibujos
Otras caractensticas y ventajas de la invencion se pondran de manifiesto con la lectura de la descripcion detallada que sigue, para cuya comprension se hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:
- la figura 1 es una representacion esquematica en perspectiva de un aparellaje electrico que comprende medios de regulacion de acuerdo con la invencion;
- la figura 3 es un corte que sigue un plano longitudinal vertical del fondo de la envoltura de la figura 1;
- las figuras 3A, 3B y 3C son detalles a mayor escala del deposito representado en corte en la figura 2, que muestran tres modos de realizacion de los medios de calentamiento;
- la figura 4 es una representacion esquematica en perspectiva de otro modo de realizacion de la envoltura;
- la figura 5 es un corte del deposito representado en la figura 4, que muestra otro modo de realizacion de los medios de calentamiento.
Exposicion detallada de los modos de realizacion particulares
El aparellaje electrico representada en la figura 1 es un interruptor seccionador, que permite conectar o cortar la tension en una lmea de transporte de corriente de media y/o alta tension; otros tipos de aparellajes y/o geometnas para los interruptores seccionadores pueden desde luego considerarse para la invencion.
El aparellaje 10 comprende, en particular, una envoltura exterior 12 del eje principal longitudinal, que delimita un volumen hueco en el que se dispone un componente electrico (no representado). El volumen interior de la envoltura 10 esta cerrado de manera hermetica a los gases y esta lleno de un gas de aislamiento electrico cuyo PCG es, preferentemente, inferior al 85%, o al 95%, incluso al 99%, del SF6. En particular, el gas de aislamiento dielectrico comprende un compuesto fluorado cuyo PCG es inferior a 3500, solo o mezclado, elegido a fin de tener las mejores cualidades de aislamiento, al tiempo que se tiene una presion de vapor de saturacion lo bastante elevada. En el modo de realizacion detallado, la envoltura esta llena de un gas que comprende al menos una fluorocetona, aunque alternativamente podna tratarse de una hidrofluorolefina, como HFO 1234 zeE y HFO 1234 yf, incluso HFO 1336 mzzzM; de un hidrofluorocarbono como HfC R-125 o HFC R-236cb, y/o de un fluoroxirano como C4F8O, asf como de una hidroclorolefina como HCFO trans 1233zd o de hidrofluoroeteres como HFE 245fa.
El rendimiento de un gas aislante, como una fluorocetona, es tanto mas importante cuanto mas grande sea su molecula; es decir, cuanto mayor sea su atomos de carbono y de fluor, y cuanto mas ramificada este la molecula. Por contra, cuanto mas grande sea la molecula de fluorocetona, mas elevada sera su temperatura de ebullicion; es decir, que su presion de vapor de saturacion a una temperatura dada es baja. Por ejemplo, la temperatura de ebullicion para la molecula C5F10O es de aproximadamente 22 °C, la temperatura de ebullicion para la molecula de C6F12O es de aproximadamente 49 °C y la temperatura de ebullicion para la molecula C7F18O es de aproximadamente 73 °C. En consecuencia, a une temperatura dada, el gas de aislamiento puede contener una mayor cantidad de fluorocetona que tenga una molecula pequena que una fluorocetona que tenga una molecula mas grande, pero la capacidad de extincion de arco de esta molecula mas pequena es inferior.
Cuando el aparellaje 10 se utiliza en el exterior, una temperatura ambiente relativamente baja tiene como consecuencia que una parte del producto fluorado presente en el gas de aislamiento se condense, reduciendo entonces su presion parcial en el gas de aislamiento y reduciendo entonces su eficacia del aislamiento gaseoso. Para mantener la presion parcial del compuesto fluorado utilizado a un nivel suficiente, el aparellaje 10 comprende pues medios de regulacion de la presion del gas de aislamiento en el interior de la envoltura 12 y, en particular, de medios de calentamiento para compensar la condensacion de fluorocetona y mantenerla en forma gaseosa.
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Segun la invencion, los medios de regulacion comprenden medios para recuperar en un mismo lugar el Kquido resultante de la condensacion del gas de aislamiento y reunirlo un deposito 14. En la descripcion que sigue, se utilizara el termino "condensado" para definir el lfquido resultante de la condensacion del gas de aislamiento.
Segun el modo de realizacion preferido de la invencion, la envoltura 12 del aparellaje 10 se realiza de tal manera que el condensado fluye por la gravedad terrestre, y se recupera por un deposito 14 hacia el cual se dirige el condensado. En particular, en el modo de realizacion de las figuras 1 y 2, el fondo 16 de la envoltura 12 es concavo y esta abierto hacia arriba; la superficie interior del fondo 16 es redondeada y el fondo 16 esta inclinado con respecto a la horizontal, de tal manera que el condensado 18 que fluye hacia el fondo tambien fluye hacia un extremo longitudinal del fondo 16 de la envoltura 12. En consecuencia, el conjunto de gotas de condensado 18 converge por gravedad hacia una parte inferior del extremo longitudinal del fondo 16 de la envoltura.
El deposito 14 segun la invencion esta dispuesto al nivel de este extremo longitudinal del fondo 16 para que el condensado 20 asf recuperado fluya al interior del deposito 14. Asf, el deposito 14 se situa en una posicion vertical inferior al punto mas bajo del fondo 16 de la envoltura 12 y el deposito 14 esta abierto hacia arriba. El deposito 14 se realiza de manera que su volumen interior se comunica directamente con el volumen interior de la envoltura 12.
En la figura 4 se representa otro modo de realizacion de la envoltura 12 en la que todas las paredes son globalmente planas y estan inclinadas hacia abajo. El deposito 14 se situa entonces en el extremo vertical inferior de la envoltura 12 y esta centrado horizontalmente con respecto a la envoltura 12. Asf, las paredes de la envoltura 12 estan todas orientadas en direccion al deposito 14, de manera que las gotas 18 de fluorocetona condensada fluyen hasta el deposito 14. Son posibles otras alternativas.
La envoltura 12 se realiza de un material aislante termicamente, lo que permite limitar los efectos de las condiciones climaticas externas (figura 1). De manera alternativa, para reducir el coste total del aparellaje 10, la envoltura 12 puede realizarse de un material conductor termico, por ejemplo de metal (figura 4).
El aparellaje electrico 10 consta asimismo de medios de regulacion de la presion del gas de aislamiento en el volumen interior de la envoltura 12. Estos medios de regulacion comprenden medios de medicion (no representados) de la cantidad de fluorocetona presente en el volumen interior de la envoltura 12, que consisten por ejemplo en al menos un sensor de presion, medios de medicion de la densidad de la fluorocetona o medios de medicion de la temperatura del gas de aislamiento.
Los medios de regulacion constan asimismo de medios de calentamiento permiten provocar una vaporizacion de la fluorocetona en el volumen interior de la envoltura 12. Estos medios de calentamiento se controlan en funcion de la cantidad de fluorocetona medida por los medios de medicion definidos arriba. Los medios de calentamiento se realizan de manera que solo se caliente el condensado 20 que se ha recuperado en el deposito 14. Asf, los medios de calentamiento provocan una vaporizacion del condensado 20 recogido en el deposito 20, lo que produce entonces un aumento de la cantidad de fluorocetona en forma gaseosa presente en el gas de aislamiento.
En un primer modo de realizacion ilustrado en la figura 3A, los medios de calentamiento comprenden una resistencia 22, por ejemplo una resistencia electrica, que produce calor que se trasmite al condensado; el calor producido por la resistencia 22 se transmite al condensado por medio de un conductor termico 24. Esta transmision de calor es particularmente ventajosa en el caso para el que la envoltura 12 esta realizada de material aislante termicamente, porque solamente el conductor termico 24 permite que el calor producido por la resistencia 22 llegue al condensado 20. Sin embargo, se entendera que el conductor termico 24 tambien puede utilizarse para el modo de realizacion segun el cual la envoltura 12 se realiza de material conductor termico.
Asf, la resistencia 22 se dispone en el exterior del deposito 14, preferentemente en el exterior de la envoltura 12, y el conductor termico 24 atraviesa la pared del deposito 14. Un primer extremo 26 del conductor termico se situa en el exterior de la envoltura 12 y se calienta mediante la resistencia, y un segundo extremo 28 del conductor termico 24 se situa en el interior del deposito 14 y calienta el condensado 20: el calor producido por la resistencia se transmite al condensado 20 por medio del conductor termico 24.
El conductor de calor 24 puede ser un tubo utilizado para rellenar el volumen interior de la envoltura 12 con gas aislante. Esto permite hacer un solo orificio en la envoltura 12, a fin de cumplir dos funciones, lo que reduce los riesgos de fuga de gas, asf como el coste total del aparellaje 10.
De acuerdo con una variante ilustrada en la figura 3B, la resistencia 22 se aloja directamente en el deposito 14. Asimismo, es posible observar que el deposito 14 consiste en un elemento cilmdrico cuyo extremo axial interior esta cerrado de manera hermetica a los gases por un tapon 30 que lleva la resistencia.
De acuerdo con un segundo modo de realizacion representado en la figura 3C, los medios de calentamiento 22' comprenden un solenoide 22'1 y su nucleo 22'2. El calor producido se transmite al condensado 20, preferentemente por medio de un conductor termico 24, que puede igualmente ser un tubo un tubo de rellenado: el solenoide 22'1 y su nucleo 22'2 estan por tanto dispuestos en el exterior del deposito 14, en el exterior de la envoltura 12, y el conductor termico 24 atraviesa la pared del deposito 14, estando situado un primer extremo 26 del conductor termico 24 en el exterior de la envoltura 12 y siendo calentado por los medios 22', y estando situado el segundo extremo 28 en el
interior del deposito 14 calentando el condensado 20. Asf, el calor producido por el solenoide y su nucleo se transmite al condensado 20 por medio del conductor termico 24.
En otro modo de fabricacion ilustrado en la figura 5, el deposito 14 de condensado comprende una pared inferior de fondo 32 en la que se practica una cavidad 34. La cavidad 34 sobresale verticalmente hacia arriba en relacion con la 5 pared de fondo 32: se extiende pues en el interior del deposito 14. La cavidad 34 se abre hacia abajo y se realiza de tal manera que su volumen interior no se comunica con el volumen interior del deposito 14. Una resistencia 22 de calentamiento del condensado 20 se dispone en el interior de la cavidad 34, separada de las paredes 36 de la cavidad 34. Un tapon 30 cierra de manera hermetica la abertura inferior de la cavidad 34 y lleva la resistencia 22. El espacio que separa la resistencia 22 de las paredes de la cavidad 34 esta lleno de un lfquido caloportador 38 que 10 transmite el calor producido por la resistencia 22 a las paredes 36 de la cavidad.
Este modo de realizacion esta particularmente adaptado para una envoltura 12 cuyas paredes esten realizadas de un material conductor termico. Asf, las paredes del deposito 14 y las paredes de la cavidad 34 se realizan tambien de material conductor termico para conducir el calor, que se produce por la resistencia 22, procedente del lfquido caloportador 38 hacia el condensado de fluorocetona 20. El calor asf transmitido hacia el condensado de 15 fluorocetona 20 se vaporiza entonces, para aumentar la presion del gas de aislamiento.
A modo de variante de realizacion, los medios de calentamiento del condensado 20 consisten en medios que utilizan el campo magnetico y/o electrico interno al aparellaje electrico 10, lo que permite no tener ninguna fuente de energfa externa, el aparellaje 10 es entonces autonomo en lo referente al calentamiento del condensado 20. Tambien es posible prever caloductos o evaporadores capilares.
20 El aparellaje electrico segun la invencion es particularmente ventajoso debido a que una proporcion reducida del volumen interior de la envoltura 12 se calienta por los medios de calentamiento. Estos medios de calentamiento consumen por tanto una baja cantidad de energfa.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Aparellaje electrico (10) con aislamiento gaseoso para media y/o alta tension, que comprende:
    - una envoltura (12) cerrada de manera hermetica a los gases cuyo volumen interior esta lleno de un gas aislante electricamente que comprende al menos un compuesto fluorado cuyo potencial de calentamiento global PCG es inferior a 3500;
    - al menos un componente electrico dispuesto en el volumen interior de la envoltura (12);
    - medios de regulacion de la cantidad de compuesto fluorado en el volumen interior de la envoltura (12).
    - un deposito (14) cuyo volumen interior se comunica con el volumen interior de la envoltura (12), estando realizada la envoltura (12) de tal manera que un lfquido (20) formado por condensacion se recoja en el deposito (14),
    caracterizado porque los medios de regulacion comprenden medios de calentamiento (22, 22', 24, 38) de un lfquido (20) que resulta de la condensacion del compuesto fluorado presente en el gas aislante, para provocar la vaporizacion de al menos una parte de dicho lfquido (20), estando dispuestos tales medios de calentamiento (22, 22', 24, 38) del lfquido (20), al menos en parte, dentro del deposito (14).
  2. 2. Aparellaje electrico (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los medios de calentamiento comprenden una resistencia (22) que permite calentar el interior del deposito (14).
  3. 3. Aparellaje electrico (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los medios de calentamiento (22') comprenden un solenoide (22'-i) y su nucleo (22'2), que permiten calentar el interior del deposito (14).
  4. 4. Aparellaje electrico (10) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los medios de calentamiento comprenden un componente conductor termico (24) que atraviesa la pared del deposito (14), estando situada una parte (26) del conductor termico (24) en el exterior del deposito (14) y estando alojada otra parte (28) del conductor termico (24) en el interior del deposito (14).
  5. 5. Aparellaje electrico (10) de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que los medios de calentamiento comprenden una resistencia (22) dispuesta en el exterior del deposito (14) y en el exterior de la envoltura (12), capaz de calentar dicha parte (26) del conductor termico (24) que esta situada en el exterior del deposito (14).
  6. 6. Aparellaje electrico (10) de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que los medios de calentamiento comprenden un conjunto de solenoide-nucleo (22') dispuesto en el exterior del deposito (14) y en el exterior de la envoltura (12), capaz de calentar dicha parte (26) del conductor termico (24) que esta situada en el exterior del deposito (14).
  7. 7. Aparellaje electrico (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que dicho conductor termico (24) consiste en un tubo que permite rellenar el volumen interior de la envoltura (12) con gas de aislamiento.
  8. 8. Aparellaje electrico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el compuesto fluorado se elige de entre fluorocetona, hidrofluorolefina, fluoroxirano, hidrofluorocarbono; o una mezcla de estos compuestos.
  9. 9. Aparellaje electrico (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la envoltura (12) esta formada de tal manera que dicho lfquido (20) fluye por gravedad hacia el deposito (14).
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