[发明专利]配电网电气设备

说明书

技术领域

本发明属于配电电气设备领域，该配电电气设备包括与配电网的一相或多相对应的一个或多个电气元件或组件，其装在容器或箱体中，通过将元件浸在介电液中的方式对设备进行绝缘。 

发明背景 

作为配电网组成部分的电气设备(如变压器和控制及保护单元)包括装在容器中的一系列元件或开关设备，容器通常由金属制成，容器内采用完全环绕电气设备的绝缘装置对其进行绝缘。 

基本上，已经开发出了两类可相互替代的、具有明显差异的技术，即采用气体作为绝缘手段的技术和采用介电液体(如油)作为绝缘手段的技术。 

在这两种技术中，采用液体作为绝缘手段的方式可能历史最久，并可能存在某些安全问题。例如，如果存在内部电弧，则可能导致整个设备爆炸，这不仅会使设备破坏，还会对设备附近的人员造成严重的危险(因为爆炸会抛出各种碎片或元件以及非常高温的液体，例如油)。 

为了解决或最大程度减小这种安全问题，开发了采用气体(通常为六氟化硫)作为绝缘手段的技术。气体被装在一个气密容器中，容器中装有电气设备。该技术的开发已很成熟，许多工程师认为它比采用液体作为绝缘手段的技术更安全、更先进。实际上，这项技术在欧洲已经几乎完全取代了采用介电液体作为绝缘手段的设备，仅变压器除外(变压器仍被装在充满介电液体的箱体中)。 

采用气体绝缘的设备要经受的一项试验被称为内部电弧试验，其目的是模拟相间绝缘出现缺陷的情况。该进行试验时，要安装一条细的金属导线将相线连接起来，形成额定电压和电流。按照逻辑，该导线会熔化，导致相线间电弧跳火。 

采用气体绝缘的设备单元的制造商已开发出多种不同的建设性解决方案，以通过此项内部电弧试验。第一种方案是安置一系列可以被电弧牺牲的金属片，以使设备单元的外容器不被破坏。因此这种想法是尝试最大程度减小电弧的影响，而不是阻止它。 

第二种方案是采用短路装置，当检测到绝缘存在缺陷时，它可以使用导体对电气设备进行相间连接，以使电流被转经已建立了短路(称为实体短路(solid short circuit)) 的区域，从而防止相间电弧跳火。此类装置和结构在FR-A-2687022、EP-A-1077518、EP-B-1052665、EP-A-1045415、EP-A-1005057、EP-B-0871190、EP-B-0795219、DE-A-4111586、DE-B-10254497、ES-T3-2126235(西班牙语译文EP-B-0707364)、WO-A-99/21255和WO-A-00/62320等专利中披露，这些专利涉及对采用气体绝缘的设备单元的各种短路装置。 

这些短路装置可以非常快地动作，从而可以保护该单元中的大多数设备，特别是可以防止对人员和财产安全造成风险的任何外部现象。该短路装置也可能导致保护设备的外部件(例如配电线路的主开关)断开该线路，使设备单元完全绝缘。即使在没有消除产生内部电弧的故障时尝试重新连接线路(再次对线路开关合闸)，也不会对单元或周围区域造成任何损坏，因为短路装置会继续工作，以避免相间电弧跳火。 

变压器设备是在配电网中承担基础性作用的一类电气设备，仍广泛采用以介电液体作为绝缘手段的技术。它通常有一个箱体，几乎充满介电液体(通常为矿物油，但也可以使用其他液体，如由植物、硅油或大分子量烃得到的合成或天然酯，可以有或没有添加剂)，变压器本身置于其中。如果变压器各相之间或某一相与地之间的绝缘存在故障，则箱体内部存在可能产生高压、甚至使箱体爆炸的故障或内部电弧。 

为此，变压器通常由限制电流的中压熔断器进行保护，该熔断器会在有大电流(由内部电弧产生)流经时熔断。通常熔断器熔断时间非常短，从而可以防止设备爆炸。 

这些熔断器通常位于变压器箱体之外，但目前在较为紧凑的解决方案中，熔断器可以置于箱体内部；对于此类变压器设备经常使用“自保护型变压器”这一术语。此类变压器在EP-A-1014528和EP-A-0817346中披露。 

然而，这些自保护型变压器存在以下问题： 

-当故障产生的电流较小时(例如某一相与地之间发生故障时)，熔断器的熔断可能会非常慢。在最常使用的限流熔断器中，如果故障电流的强度小于断路电流的最小强度，熔断器会部分熔断，但不会切断电流，最终导致其爆炸。因此，变压器不能获得针对此类故障的保护。为解决此问题，可采用微型熔断器等装置，当它们检测到故障电流强度小于限流熔断器将相应线路断路所需的值时，它们会使相线短路。US-A-5898556披露了一种此类系统。