PL241109B1 - Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia - Google Patents

Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia Download PDF

Info

Publication number
PL241109B1
PL241109B1 PL438241A PL43824121A PL241109B1 PL 241109 B1 PL241109 B1 PL 241109B1 PL 438241 A PL438241 A PL 438241A PL 43824121 A PL43824121 A PL 43824121A PL 241109 B1 PL241109 B1 PL 241109B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
helium
air
pressure
dielectric strength
increasing
Prior art date
Application number
PL438241A
Other languages
English (en)
Other versions
PL438241A1 (pl
Inventor
Michał Lech
Paweł Węgierek
Czesław Kozak
Original Assignee
Lubelska Polt
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 Lubelska Polt filed Critical Lubelska Polt
Priority to PL438241A priority Critical patent/PL241109B1/pl
Publication of PL438241A1 publication Critical patent/PL438241A1/pl
Publication of PL241109B1 publication Critical patent/PL241109B1/pl

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • 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
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • H01H2033/566—Avoiding the use of SF6

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia. Polega on na tym, że do rozłącznikowej komory próżniowej wtłacza się hel do momentu uzyskania w komorze ciśnienia o wartości 2,00 x 101Pa.

Description

PL241 109 Β1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia poprzez wykorzystanie helu jako medium izolacyjnego.
W artykułach: Devins, J. C., Replacement gases for SFe. IEEE Trans. Electr. Insul., 1980, s. 81-86 (DOI: 10.1109/TEI.1980.298243). Yamamoto, O., Takuma, T., Hamada, S., Applying a gas mixture containing C-C4F8 as an insulation medium. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 8 (6), 2001, s. 1075-1081 (DOI: 10.1109/94.971467). Weijun, X., Guoqiang, Z., Kang, L, Wenhao, N., Xin, W., Yingying, W., Experimental study on partial discharge characteristics of C4F8/N2 mixed gas. Chin. J. Electr. Eng. (07), 2011, s. 119-124 (DOI: 10.3969/i.issn.1003-6520.2013.02.005 oraz Kieffel. Y„ Irwin, T„ Ponchon, P„ et al„ Green gas to replace SFs in electrical grids. IEEE Power Energy Mag. 14 (2), 2016, s. 32-39 (DOI: 10.1109/MPE.2016.2542645), opisano badania dotyczące wykorzystania różnych gazów izolacyjnych oraz ich mieszanin w elektroenergetycznej aparaturze łączeniowej. W tabeli 1 wyróżniono opisane media izolacyjne oraz ich najważniejsze parametry fizyczne.
Tabela 1. Właściwości fizyczne oraz środowiskowe wybranych gazów dielektrycznych wykorzystywanych w badaniach naukowych w ostatnich latach
Medium izolacyjne Wytrzymałość elektryczna w stosunku do sf6 Temperatura skraplania, °C Czas życia w atmosferze, lata GWP
sf6 1 -63 3200 23900
N? 0,36 -196 0 0
CO2 0,30 -78,5 CC 1
Powietrze 0,30 -183 cc 0
C2F6 0,78-0,79 -78 10000 9200
CsFe 0,96-0,97 -37 2600 7000
C-C4F8 1,25/1,31 -6 3200 8700
CF3I 1,23 -22,5 0,005 1 -5
C4F7N 2,74 -4,8 35 2700
W artykule: Lee, W., Jun, J., Oh, H., Park, J., Oh, Y., Song, K., Jang, H., Comparison of the Interrupting Capability of Gas Circuit Breaker According to SFs, g3, and CO2/O2 Mixture. Energies 2020, 13, 6388 (DOI: 10.3390/en13236388)oraz w książce Ciok, Z., Ochrona środowiska w elektroenergetyce, rozdz. 8., PWN, Warszawa, 2001 opisane zostały używane obecnie gazy izolacyjne oraz ich mieszaniny, a także prognozowane kierunki badań dotyczące izolacji gazowych w urządzeniach elektroenergetycznych. Zbiorcze zestawienie tych informacji ujęto w tabeli 2.
Tabela 2. Zestawienie obecnie używanych oraz prognozowanych do użycia gazów izolacyjnych oraz ich mieszanin
Wyszczególnienie Zastosowanie w izolacji Zastosowanie do gaszenia tuku elektrycznego
Używane obecnie gazy i ich mieszaniny 40% SF6 + 60% N2 50% SFe + 50% N2 40% SF6 + 60% N2 50% SFe + 50% N2
Kierunki obecnie trwających badań czysty azot (N2) pod wysokim ciśnieniem, mała koncentracja SFe, oraz czysty azot SFe+ He
PL241 109 Β1
Prognozowane kierunki badań CO2 SO2 N2O Np+SO? N2+C-C4FB SOa+SFe SO2+CCłFeSFe+COa SFs+Ar SF6+CF4 SFe+CsFe SFe+Np+He SFe+Np+ArHe+gazy elektroujemne
Z opisu zgłoszenia wynalazku „System izolacji elektrycznej dla rozdzielnic elektrycznych średniego i wysokiego napięcia” PL/EP 3249656 znany jest sposób izolacji elektrycznej oparty o:
a) ośrodek gazowy zawierający mieszaninę jednego lub więcej wysoce fluorowanych fluoroketonów mających między 4 a 12 węgli, co najmniej jeden dodatkowy gaz dielektryczny, inny niż fluoroketony, o ciśnieniu pary większym niż 500 mbarów i mniejszym niż 15000 mbarów w 0°C i jeden lub więcej z gazów wektorowych,
b) sito molekularne o wielkości porów wynoszącej od 3 do 4 A i powierzchni polarnej, pod warunkiem, że ośrodek gazowy nie zawiera CO2.
Z opisu patentowego WO2017034707A1 znany jest sposób izolacji dielektrycznej z wykorzystaniem mieszanin helu oraz wodoru pod ciśnieniem z przedziału od 0,5 do 2,0 MPa.
Przedstawione pozycje literaturowe oraz wynalazki opisują inny sposób rozwiązania problemu zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych. W wymienionych wyżej pracach wykorzystywane są inne wartości ciśnień gazów oraz inne ich mieszaniny, zawierające przede wszystkim szkodliwy sześciofluorek siarki SFs.
Celem wynalazku jest zwiększenie znamionowej wartości ciśnienia pracy komory próżniowej średniego napięcia przy zachowaniu pełnej, bezpiecznej wytrzymałości dielektrycznej przerwy międzystykowej.
Problemem do rozwiązania jest to, że znamionowe ciśnienie pracy aktualnie stosowanych komór próżniowych średniego napięcia wynosi poniżej 1,0 χ 10'3 Pa. Elementy pracujące przy tak niskich wartościach ciśnienia są narażone na występowanie różnego rodzaju rozszczelnień, które mogą być spowodowane nieszczelnościami rzeczywistymi lub pozornymi. Nieszczelności rzeczywiste mogą być spowodowane przeciekami gazu przez ścianki komory, niedostateczną szczelnością połączeń czy pęknięciem elementów próżniowych. Nieszczelności pozorne powstają na skutek desorpcji gazów z wewnętrznych powierzchni komory lub uwalniania gazów z nakładek stykowych na elektrodach. Szczególnie trudne może być utrzymanie szczelności w urządzeniach o dużych gabarytach. Istotnym problemem użytkowania próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia jest ich rozszczelnienie do momentu, w którym ciśnienie wewnątrz komory osiąga wartość pośrednią pomiędzy ciśnieniem sprawnej komory, a ciśnieniem atmosferycznym. Ciśnienie to na poziomie pojedynczych paskali nazywane jest „dołkiem” tzw. krzywej Paschena. Wytrzymałość dielektryczna przerwy międzystykowej w takim przypadku jest na tyle mała, że w łączniku elektroenergetycznym znajdującym się w pozycji otwartej może nastąpić trwałe snopienie, a tym samym przeniesienie wysokiego potencjału elektrycznego z jednej elektrody na drugą. Wystąpienie takiej sytuacji może spowodować porażenie elektryczne osób prowadzących eksploatację urządzenia, co w najgorszym przypadku może zakończyć się śmiercią.
Przedmiotem wynalazku jest sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia. Jego istotą jest to, że do rozłącznikowej komory próżniowej wtłacza się hel do momentu uzyskania w komorze ciśnienia o wartości 2,00 χ 101 Pa.
Korzystnym skutkiem zastosowania sposobu jest zwiększenie znamionowego ciśnienia pracy komór próżniowych średniego napięcia, dzięki czemu utrzymywana jest jej szczelność. Proponowany wynalazek może być zastosowany w urządzeniach elektroenergetycznych o znacząco większych gabarytach, gdzie utrzymanie szczelności jest jeszcze trudniejsze.
Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia został zobrazowany z wykorzystaniem rysunku przedstawiającego wykres zależności napięcia przebicia od ciśnienia panującego we wnętrzu komory próżniowej oraz rysunku stanu techniki obrazującego układ elektryczny do badania sposobu.
PL 241 109 B1
Przykład wykonania
Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia polegał na tym że do rozłącznikowej komory próżniowej 4, w której uzyskana została próżnia na bazie powietrza, wtłacza się hel, aż do uzyskania w komorze ciśnienia o wartości równej 2,00 χ 101 Pa.
Komorą próżniową 4 była komora typu HVKR 24/400 wyprodukowana przez Sieć Badawczą Łukasiewicz - Instytut Tele- i Radio Techniczny, poddana badaniom wytrzymałości dielektrycznej w przedziale odległości międzystykowych od 1 mm do 5 mm oraz ciśnienia z przedziału od 8,0 χ 10-4 do 3,0 χ 101 Pa, dozując w pierwsze kolejności powietrze do wnętrza komory.
Realizując sposób według wynalazku przeprowadzono pomiary z zastosowaniem tej samej komory próżniowej, dla tych samych wartości ciśnień oraz odległości międzystykowych, zwiększając ciśnienie poprzez dozowanie helu do jej wnętrza.
Wykorzystując stanowisko laboratoryjne, uwidocznione na fig. 2, które składa się z programowalnego pulpitu sterowniczego 1, transformatora probierczego 2 o napięciu wyjściowym 50 kV, dzielnika pojemnościowego 3, a także zestawu pomp próżniowych - wstępnej pompy 7 i turbomolekularnej pompy 8, pracujących z wydajnością 90 l/s, zmierzone zostały wartości napięć przebicia komory 4 dla gazów resztkowych będących powietrzem oraz helem. Regulacja dozowanego gazu odbywała się z wykorzystaniem ręcznego zaworu dozującego 5, natomiast sterowanie układem pomiarowym odbywało się poprzez jednostkę sterującą 9. Pomiar ciśnienia realizowany był z wykorzystaniem próżniomierza 6.
Metodyka badań wytrzymałości dielektrycznej opiera się na wykonaniu odpowiednich połączeń elektrycznych, ustawieniu żądanej odległości międzyelektrodowej oraz ciśnienia we wnętrzu badanej komory próżniowej, skonfigurowaniu parametrów próby badawczej, a następnie uruchomieniu pomiaru. Poprzez w pełni zautomatyzowany układ napięcie przyłożone do obiektu badawczego zwiększane jest do momentu, kiedy pomiędzy stykami komory nastąpi wyładowanie elektryczne. Sterownik rejestruje wartość napięcia przebicia Ud, która wykorzystywana jest do dalszych analiz badawczych.
W tabeli 3 zestawiono wartości ciśnień p oraz napięć przeskoku Ud dla każdej z badanych odległości międzystykowych. Poniżej wartości ciśnienia w komorze równej 1,00 Pa wytrzymałość dielektryczna komory próżniowej wypełnionej powietrzem oraz helem osiągnęła podobne wartości. Powyżej tej wartości zauważyć można, że komora próżniowa wypełniana helem, w większym przedziale ciśnienia utrzymuje pełną, bezpieczną wartość wytrzymałości dielektrycznej.
Przykładową charakterystykę porównawczą wytrzymałości dielektrycznej komory próżniowej wypełnianej powietrzem oraz helem dla odległości międzystykowej równej 5 mm oraz najkorzystniejszej wartości ciśnienia, równej p = 2,00 χ 101 Pa przedstawiono na rysunku fig. 1.

Claims (1)

  1. PL241 109 Β1
    Tabela 3 - Porównanie wartości napięć przeskoku Ud komór próżniowych wypełnionych powietrzem oraz helem, dla odległości międzystykowych z przedziału 1,0 4- 5,0 mm oraz ciśnienia z przedziału od 1,00 x 10° do 3,00 x 101 Pa.
    Rodzaj gazu resztkowego Ciśnienie p, Pa Odległość międzystykowa d, mm
    1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
    Powietrze 1,0x10° 5,52 15,20 32,60 40,70 47,00 Napięcie przebicia Ud, kV
    Hel 5,70 14,00 31,30 39,30 46,80
    Powietrze 2,0x10° 6,12 11,30 27,80 39,20 46,50
    Hel 5,50 15,00 30,00 38,00 48,00
    Powietrze 3,0x10° 5,80 8,70 25,60 43,10 48,20
    Hel 5,10 13,00 30,00 36,00 48,00
    Powietrze 4,0x10° 5,60 9,10 28,30 38,00 27,80
    Hel 5,00 13,00 29,00 34,00 48,00
    Powietrze 5,0x10° 5,30 9,70 21,40 20,70 19,30
    Hel 4,80 12,80 28,00 35,00 47,80
    Powietrze 6,0x10° 5,70 7,30 7,50 8,20 8,80
    Hel 4,80 12,70 27,90 32,00 48,00
    Powietrze 7,0x10° 5,70 6,00 6,40 6,50 6,60
    Hel 4,60 12,00 27,00 31,30 47,30
    Powietrze 8,0x10° 4,20 4,20 4,20 4,20 4,20
    Hel 4,40 12,00 26,90 31,00 47,80
    Powietrze 9,0x10° 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00
    Hel 4,20 11,00 27,00 31,00 49,00
    Powietrze 1,0x101 2,40 2,36 2,33 2,23 2,30
    Hel 3,70 10,00 27,00 29,80 52,00
    Powietrze 2,0x101 1,20 0,90 1,10 1,00 1,00
    Hel 3,50 8,00 27,00 31,00 40,00
    Powietrze 3,0x101 0,56 0,54 0,73 0,60 0,57
    Hel 3,50 6,00 20,00 20,00 20,00
    Zastrzeżenie patentowe
    1. Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia, znamienny tym, że do rozłącznikowej komory próżniowej wtłacza się hel do momentu uzyskania w komorze ciśnienia o wartości 2,00 χ 101 Pa.
PL438241A 2021-06-23 2021-06-23 Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia PL241109B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL438241A PL241109B1 (pl) 2021-06-23 2021-06-23 Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL438241A PL241109B1 (pl) 2021-06-23 2021-06-23 Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL438241A1 PL438241A1 (pl) 2021-11-22
PL241109B1 true PL241109B1 (pl) 2022-08-01

Family

ID=78719786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL438241A PL241109B1 (pl) 2021-06-23 2021-06-23 Sposób zwiększenia wytrzymałości dielektrycznej próżniowych komór gaszeniowych średniego napięcia

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL241109B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL438241A1 (pl) 2021-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9837801B2 (en) Gas-insulated medium or high-voltage electrical apparatus including carbon dioxide, oxygen, and heptafluoro-isobutyronitrile
RU2600314C2 (ru) Смесь декафтор-2-метилбутан-3-она и газа-носителя в качестве среды для электрической изоляции и/или для гашения электрической дуги при среднем напряжении
US20180040391A1 (en) Gas-insulated medium-or high-voltage electrical apparatus including heptafluoroisobutyronitrile and tetrafluoromethane
US9491877B2 (en) Use of a mixture comprising a hydrofluoroolefin as a medium-voltage arc-extinguishing and/or insulating gas and medium-voltage electrical device comprising same
Zhang et al. Insulation characteristics of HFO-1336mzz (E) and its mixtures as eco-friendly alternatives to SF 6 for medium-voltage switchgears
WO2021139070A1 (zh) 一种灭弧和/或绝缘电气设备
SG176702A1 (en) Dielectric insulation medium
CN103314491A (zh) 用于分断中压或高压电流的开关装置及其制造方法
WO2025236331A1 (zh) 一种含全氟甲硫醚的绝缘气体及其在绝缘或灭弧电力设备中的应用
Widger et al. Insulation strength of CF 3 I-CO 2 gas mixtures as an alternative to SF 6 in MV switch disconnectors
US20260038709A1 (en) Insulating gas used for electrical insulation or arc extinguishing by replacing sf6 gas and electrical device using same
Duzkaya et al. Comparison of Electromechanical Properties of Medium Voltage SF 6 and Vacuum Circuit Breakers
Kim et al. Comparative analysis of partial discharge characteristics of an eco-friendly insulation gas
Zheng et al. Temperature effect on the insulation performance of SF 6/N 2 gas mixture at a constant volume
US20240355538A1 (en) The insulating gas mixture for replacing sf6, as well as its formulation method and application
Song et al. A study of large current interrupting capability of SF/sub 6//N/sub 2/mixtures
Friedrich et al. A new concept in power circuit-breaker design utilizing sf6
Li et al. Study on pre-fire phenomenon for multiplex high-energy spark gap switches with graphite electrodes
KR20190065285A (ko) 고 전압 dc 그리드에 대한 co2 스위치
Wu et al. Experiment of dielectric strength of C 5 F 10 O gas mixture and calculation of stratification
KR20180012047A (ko) Sf6 가스를 대체한 절연 가스 및 이를 이용한 전기 장치
Lech et al. Laboratory studies of the electrical strength of vacuums obtained on the basis of air, neon and helium
Kong et al. Influence of dust particles on the insulating performance of SF 6 gas in a small gap at atmospheric pressure
Leusenkamp Quality Assurance of Vacuum Interrupters Intended for Transmission Voltage Level Application
Seong et al. Effect of humidity and electrode roughness on the AC and impulse breakdown characteristics of dry-air