Title:
Elektrische Anlage mit einem elektrisch isolierenden Gas
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem wenigstens ein elektrisches Bauteil (3) aufgenommen ist. Das wenigstens eine elektrische Bauteil (3) ist von einem elektrisch isolierenden Gas (4) umgeben. Des Weiteren ist in der elektrischen Anlage (1) wenigstens ein Radikalfänger (5) vorhanden.




Inventors:
Hanebuth, Marc (90482, Nürnberg, DE)
Ise, Martin (91058, Erlangen, DE)
Lins, Günter (91056, Erlangen, DE)
Application Number:
DE102014223675A
Publication Date:
05/25/2016
Filing Date:
11/20/2014
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
Domestic Patent References:
DE202014003243U1N/A2014-05-14
DE202009018214U1N/A2011-08-03



Foreign References:
WO2014053661A12014-04-10
FR2965120A12012-03-23
Other References:
Walter J. Moore; Dieter O. Hummel: Physikalische Chemie. 3. Auflage. Berlin; New York : de Gruyter, 1983. S. 407-408. - ISBN 3-11-008554-2
Claims:
1. Elektrische Anlage (1) mit einem Gehäuse (2), in welchem wenigstens ein elektrisches Bauteil (3) aufgenommen ist, welches von einem elektrisch isolierenden Gas (4) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Anlage (1) wenigstens ein Radikalfänger (5) vorhanden ist.

2. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radikalfänger (5) einen reversiblen Radikalfänger (5) umfasst, welcher in der elektrischen Anlage (1) eine chemische Reaktion zweier Radikale miteinander katalysiert.

3. Elektrische Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radikalfänger (5) in einer Gasphase vorliegt.

4. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radikalfänger (5) ein Phenol und/oder ein Phenolderivat und/oder eine Schwefelverbindung, insbesondere ein Sulfid und/oder ein Disulfid und/oder ein Trisulfid, umfasst.

5. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radikalfänger (5) in einer Flüssigphase (6) vorliegt.

6. Elektrische Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigphase (6) durch den wenigstens einen Radikalfänger (5) gebildet ist oder dass der wenigstens eine Radikalfänger (5) in einer flüssigen, insbesondere organischen, Substanz gelöst vorliegt.

7. Elektrische Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigphase (6) in einem, insbesondere eine Mischeinrichtung (8) aufweisenden, Behältnis (7) bevorratet und/oder an einem, insbesondere porösen, Festkörper angeordnet ist.

8. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radikalfänger (5) ein Tocopherol und/oder ein Tocotrienol und/oder ein Polyphenol, insbesondere Resveratrol und/oder ein Flavonoid, und/oder ein Gallat und/oder ein Butylhydroxyanisol, insbesondere 3-tert-Butyl-4-hydroxyanisol, und/oder ein Butylhydroxytoluol, insbesondere 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxytoluol, und/oder tert-Butylhydrochinon und/oder 4-tert-Butylcatechol und/oder 2,6-Di-tert-butylphenol und/oder Carnosol und/oder Carnosolsäure umfasst.

9. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radikalfänger (5) Bestandteil eines Polymers (9), insbesondere eines Pfropfcopolymers, ist.

10. Elektrische Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (9) Poly(Hydroxystyrol) und/oder Hydroxystyrol umfasst.

11. Elektrische Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Polymer (9) eine Komponente des Gehäuses (2) und/oder des wenigstens einen elektrischen Bauteils (3) gebildet und/oder eine Komponente des Gehäuses (2) und/oder des wenigstens einen elektrischen Bauteils (3) zumindest bereichsweise mit dem Polymer (9) beschichtet ist.

12. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Gas (4) wenigstens eine fluorierte Kohlenstoffverbindung, insbesondere ein Hydrofluorolefin und/oder ein fluoriertes Keton und/oder ein fluoriertes Nitril, umfasst.

Description:

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage mit einem Gehäuse, in welchem wenigstens ein elektrisches Bauteil aufgenommen ist. Das elektrische Bauteil ist hierbei von einem elektrisch isolierenden Gas umgeben.

In solchen elektrischen Anlagen, wie zum Beispiel gasisolierten Schaltanlagen oder gasisolierten Leitungen, wird häufig Schwefelhexafluorid (SF6) wegen seiner guten Isoliereigenschaften eingesetzt. Zudem zeigt Schwefelhexafluorid als weitere positive Eigenschaft einen Trend zur Selbstheilung. Dies bedeutet, dass nach einem Zersetzen von Schwefelhexafluorid aus den Zersetzungsprodukten erneut Schwefelhexafluorid gebildet wird. Ein großer Nachteil der Verwendung von Schwefelhexafluorid als elektrisch isolierendes Gas in einer elektrischen Anlage ist allerdings, dass Schwefelhexafluorid ein sehr hohes Treibhauspotential hat. Das Treibhauspotential von SF6 beträgt etwa das 22800-fache des Treibhauspotentials von Kohlendioxid. Derzeit gibt es daher Bestrebungen, diese Substanz zu ersetzen.

Beispielsweise können Bestandteile von Luft als Isoliergas eingesetzt werden. In diesem Fall entstehen relativ einfache Moleküle als Zersetzungsprodukte. Auch rekombinieren Zersetzungsprodukte in Form von Radikalen von Luftbestandteilen teilweise wieder zu den Ausgangsstoffen. Als nachteilig bei der Verwendung von Luft ist jedoch der Umstand anzusehen, dass hierbei die dielektrische Festigkeit und das Löschvermögen deutlich geringer sind als bei der Verwendung von Schwefelhexafluorid.

In der FR 2 965 120 A1 und in der WO 2014/053 661 A1 werden als elektrisch isolierende Gase Fluorketone und andere Organofluorverbindungen vorgeschlagen.

Des Weiteren gibt es Bestrebungen, eine Teilentladungsaktivität in gasisolierten Schaltanlagen oder gasisolierten Leitungen durch Vermeidung von Feldüberhöhungen an Spitzen oder Kanten zu reduzieren. Jedoch reichen für die Bildung von Radikalen bereits Teilentladungen mit Elektronenenergien von wenigen Elektronenvolt aus. Auch kann radioaktive oder kosmische Hintergrundstrahlung zur Bildung von Radikalen führen. Trotz der vorstehend genannten Maßnahmen konnte daher bislang die Bildung von Radikalen nicht vollständig vermieden werden.

Etwa durch Teilentladungen oder durch Lichtbögen gebildete Zersetzungsprodukte von elektrisch isolierenden Gasen, insbesondere in der Form von Radikalen, können daher weiterhin in gasisolierten Schaltanlagen oder gasisolierten Leitungen auftreten.

Hierbei ist zu bedenken, dass bereits geringste Konzentrationen der Radikale zu einem kontinuierlichen Abbauprozess der Moleküle des elektrisch isolierenden Gases führen können. Dies liegt daran, dass Radikale durch eine Kettenreaktion die Moleküle des elektrisch isolierenden Gases abzubauen vermögen. Hierbei können sich zudem unerwünschte Flüssigkeiten oder Feststoffe bilden, indem in Reaktionen mit Radikalen gebildete Zersetzungsprodukte der Moleküle des elektrisch isolierenden Gases miteinander rekombinieren.

Insbesondere kann es bei durch Radikale ausgelösten Zersetzungsreaktionen innerhalb der elektrischen Anlage zur Bildung von toxischen Substanzen oder festen Ablagerungen kommen, welche etwa in Form von Ruß auftreten. Derartige toxische Substanzen und feste Ablagerungen sind im Hinblick auf die Funktionstüchtigkeit und die Sicherheit der elektrischen Anlage unerwünscht. Zudem können Radikale aufgrund ihrer Reaktivität Teile der sie umgebenden elektrischen Anlage schädigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine Neigung zur fortdauernden Bildung von unerwünschten Zersetzungsprodukten des elektrisch isolierenden Gases verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße elektrische Anlage umfasst ein Gehäuse, in welchem wenigstens ein elektrisches Bauteil aufgenommen ist. Das elektrische Bauteil ist von einem elektrisch isolierenden Gas umgeben. Des Weiteren ist in der elektrischen Anlage wenigstens ein Radikalfänger vorhanden. Unter einem Radikalfänger ist hierbei eine Substanz zu verstehen, welche in der Lage ist, ein Radikal zumindest zeitweise zu binden und so den Energiegehalt des Radikals derart abzusenken, dass das Radikal nicht mehr oder zumindest weniger leicht mit einem Molekül des elektrisch isolierenden Gases reagiert. Mit anderen Worten reagiert der Radikalfänger mit einem freien Radikal unter Bildung einer Verbindung, welche weniger reaktiv ist als das freie Radikal alleine.

Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zum Zersetzen der Moleküle des elektrisch isolierenden Gases insbesondere Radikale beitragen, also Moleküle mit mindestens einem ungepaarten Elektron.

Durch das chemische Reagieren des Radikalfängers mit dem Radikal wird also die von dem Radikal oder freien Radikal induzierte Kettenreaktion unterbunden, welche ansonsten zu einem zunehmenden Zersetzen der Moleküle des elektrisch isolierenden Gases führt. Auf diese Weise wird insbesondere die Bildung von toxischen Substanzen oder störendem Ruß aus Zersetzungsprodukten des elektrisch isolierenden Gases zumindest weitgehend verhindert. Durch das Vorsehen des wenigstens einen Radikalfängers ist somit die Neigung der elektrischen Anlage zur fortdauernden Bildung von solchen unerwünschten Zersetzungsprodukten des elektrisch isolierenden Gases verringert.

Da bereits sehr geringe Konzentrationen an Radikalen zu einem kontinuierlichen Abbauprozess des elektrisch isolierenden Gases führen können, verhindert der wenigstens eine Radikalfänger diesen Abbau oder erschwert ihn zumindest.

Durch das Vorsehen des wenigstens einen Radikalfängers in der elektrischen Anlage wird des Weiteren das Problem der Zersetzung des elektrisch isolierenden Gases an der Ursache behandelt. Es werden nämlich nicht lediglich die Zersetzungsprodukte aus einem das elektrisch isolierende Gas enthaltenden Raum der elektrischen Anlage entfernt. Vielmehr werden die für die Zersetzung verantwortlichen Radikale aus einem solchen Gasraum entfernt.

Da Radikalfänger mit dem Radikal chemisch reagieren, ist eine besonders effektive Deaktivierung solcher Radikale mittels des wenigstens einen Radikalfängers möglich. Dies ist ein Vorteil im Vergleich zur Verwendung von Adsorbentien, da Radikale nicht selektiv adsorbiert werden. Radikale unterscheiden sich nämlich nicht notwendigerweise in der Molekülgröße von den Molekülen, aus welchen sie durch eine Entladung oder Prozesse wie radioaktiven Zerfall oder kosmische Strahlung gebildet wurden. Zudem ist die Konzentration der Radikale in dem elektrisch isolierenden Gas üblicherweise um viele Größenordnungen niedriger als die des elektrisch isolierenden Gases selber. Auch insofern ist die Verwendung von Radikalfängern deutlich effizienter als die von Adsorbentien, bei welchen die Konzentrationen der zu adsorbierenden Substanzen eine Rolle spielen. Adsorbentien vermögen es nämlich nicht, mit hinreichend großer Selektivität ausschließlich oder in erster Linie Radikale zu adsorbieren. Demgegenüber lassen sich mit dem wenigstens einen Radikalfänger sehr gut Radikale aus dem Gehäuse entfernen, in welchem das elektrisch isolierende Gas das wenigstens eine elektrisch Bauteil umgibt. Die Konzentration von Radikalen in der elektrischen Anlage kann so besonders gering gehalten werden.

Bei Ausbildung der elektrischen Anlage als gasisolierte Schaltanlage kann es sich bei dem wenigstens einen elektrischen Bauteil etwa um eine Schalteinrichtung wie einen Leistungsschalter oder einen Lasttrennschalter handeln, welcher in dem gasdichten Gehäuse angeordnet ist. Umfasst die elektrische Anlage eine gasisolierte Leitung, so kann es sich bei dem elektrischen Bauteil etwa um einen elektrischen Leiter handeln, welcher im dem dann als elektrisch isolierende Hülle ausgebildeten, gasdichten Gehäuse angeordnet ist.

Der gezielte Einsatz von Radikalfängern dient der Erhöhung der Lebensdauer der elektrischen Anlage, sei es in Form einer gasisolierten Schaltanlage oder einer gasisolierten Leitung. Insbesondere wird die Lebensdauer des elektrisch isolierenden Gases so beträchtlich erhöht.

Der wenigstens eine Radikalfänger kann einen reversiblen Radikalfänger umfassen oder als reversibler Radikalfänger ausgebildet sein. Ein solcher reversibler Radikalfänger katalysiert in der elektrischen Anlage eine chemische Reaktion zweier Radikale miteinander. Bei dem reversiblen Radikalfänger handelt es sich also um eine Substanz mit der Eigenschaft, Radikale spezifisch für eine gewisse Zeitspanne zu binden und dadurch eine Rekombination zweier Radikale zu ermöglichen. Der reversible Radikalfänger kann dabei in seine Ursprungsform zurückreagieren und wird im Verlaufe seines Einsatzes nicht verbraucht.

Ein solcher reversibler Radikalfänger kann vielmehr ein Radikal zeitweise in einer weniger reaktiven Zwischenstufe halten, so dass eine aus dem Radikalfänger und dem Radikal gebildete Einheit weniger reaktiv ist als das Radikal alleine. Eine solche relativ unreaktive radikalische Zwischenstufe führt dann dazu, dass keine Reaktion mit Molekülen des Isoliergases stattfindet. Wohl aber kann die Zwischenstufe mit einem weiteren Radikal reagieren und so eine Kettenabbruchreaktion herbeiführen. Bei einer solchen Reaktion des von dem reversiblen Radikalfänger in der weniger reaktiven Zwischenstufe gehaltenen Radikals mit einem weiteren Radikal wird der reversible Radikalfänger wieder freigegeben. Insgesamt führt dies zu einem Abbau der Radikale, ohne dass der wenigstens eine Radikalfänger hierbei verbraucht wird.

Ein Vorteil von reversiblen Radikalfängern ist also, dass die Radikalfänger innerhalb der elektrischen Anlage nicht nennenswert weniger werden. Vielmehr katalysieren sie selektiv eine Rekombination von zwei Radikalen, welche in Form von ein ungepaartes Elektron aufweisenden Molekülbruchstücken der Moleküle des elektrisch isolierenden Gases in der elektrischen Anlage vorhanden sind. Der wenigstens eine reversible Radikalfänger beschleunigt also eine Kettenabbruchreaktion.

Der wenigstens eine Radikalfänger kann in einer Gasphase vorliegen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, Radikale sehr nah an ihrem Entstehungsort einzufangen und somit Kettenreaktionen von Radikalen besonders weitgehend zu unterbinden.

Als in der Gasphase vorliegende Radikalfänger sind insbesondere Substanzen mit niedrigen Siedepunkten von Interesse. Dann kann nämlich auch sichergestellt werden, dass bei niedrigen Umgebungstemperaturen, beispielsweise bei Temperaturen von –30 °C, noch zumindest ein Teil des Radikalfängers tatsächlich in der Gasphase vorliegt. Jedoch braucht ein in der Literatur angegebener Siedepunkt des wenigstens einen Radikalfängers nicht zwingend unter der angestrebten Betriebstemperatur der elektrischen Anlage zu liegen. Für das Abfangen von Radikalen, welche in der elektrischen Anlage vorhanden sind, ist nämlich der wenigstens eine Radikalfänger bereits bei Partialdrücken von deutlich weniger als eine Atmosphäre wirksam. Es reicht also aus, wenn bei der gewünschten Betriebstemperatur der elektrischen Anlage zumindest ein Teil des wenigstens einen Radikalfängers in der Gasphase vorliegt. Beispielsweise kann ein Siedepunkt von 0 °C des Radikalfängers ausreichend sein, um bei einer Betriebstemperatur von –30 °C dafür zu sorgen, dass der Radikalfänger teilweise in der Gasphase vorliegt.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der wenigstens eine Radikalfänger ein Phenol und/oder ein Phenolderivat umfasst. Phenole weisen einen aromatischen Ring von sechs Kohlenstoffatomen auf (also eine Benzolstruktur), wobei in dem aromatischen 6-Ring mindestens eine Hydroxygruppe vorliegt. Bei einem Phenolderivat ist zumindest eines der verbleibenden fünf aromatischen Wasserstoffatome durch eine andere Molekülgruppe oder ein Halogen ersetzt.

Durch Hinzufügen eines aliphatischen Rests als das Wasserstoffatom ersetzende Molekülgruppe lässt sich die Löslichkeit des Phenolderivats in organischen Substanzen erhöhen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das Phenolderivat in der elektrischen Anlage in einer organischen Substanz gelöst vorliegen soll.

Des Weiteren lässt sich durch das Ersetzen der Wasserstoffatome durch ein Halogen, insbesondere durch Fluor, der Dampfdruck des Phenolderivats gegenüber dem Phenol erhöhen. Dies steigert die Verfügbarkeit des Radikalfängers in der Gasphase. Dadurch lassen sich besonders gut Radikale unmittelbar nach ihrer Bildung aus der Gasphase einfangen. Folglich können die Radikale kaum ihre das elektrisch isolierende Gas zersetzende oder Komponenten der elektrischen Anlage angreifende Wirkung entfalten.

Hierbei sind insbesondere fluorierte Moleküle vorteilhaft, da dies den Dampfdruck des wenigstens einen Radikalfängers erhöht. Des Weiteren lässt sich durch ein Ersetzen von Wasserstoffatomen durch Fluor die dielektrische Festigkeit von Gasmolekülen oder Gasmischungen erhöhen. Die Wahrscheinlichkeit eines Spannungsdurchschlags in der elektrischen Anlage wird so verringert.

Als Phenolderivate können daher insbesondere fluorierte Phenole zum Einsatz kommen, beispielsweise 3-Fluorphenol oder besonders vorteilhaft Pentafluorphenol (C6F5OH).

Als Radikalfänger können außer Phenolen oder Phenoldervivaten jedoch auch schwefelhaltige Verbindungen zum Einsatz kommen, in welchen der Schwefel in einer Oxidationsstufe von 0, –I oder –II vorliegt. Als Beispiele kommen hierbei Sulfide, Disulfide oder Trisulfide in Betracht. Auch derartige Radikalfänger haben sich als wirksam erwiesen, von Radikalen ausgelöste Zersetzungsreaktionen des elektrisch isolierenden Gases zu unterbinden.

Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine Radikalfänger in einer Flüssigphase vorliegen. So lässt sich leicht eine besonders große Menge des Radikalfängers in der elektrischen Anlage bereitstellen.

Die Flüssigphase dient als Reservoir für den Radikalfänger, wobei die Gasphase oberhalb der Flüssigkeit mit dem Radikalfänger gesättigt ist. So lässt sich besonders gut und einfach ein entsprechend hoher Partialdruck des Radikalfängers auch in der Gasphase bereitstellen, also innerhalb des von dem elektrisch isolierenden Gas eingenommenen Volumens der elektrischen Anlage.

Die Flüssigphase kann durch den wenigstens einen Radikalfänger gebildet sein. Entsprechend ist hier der Radikalfänger als Reinstoff in der Form in die elektrische Anlage eingebracht, dass sich ein Teil des Radikalfängers als kondensierte Flüssigkeit an einer Stelle in der elektrischen Anlage ansammelt. Dann braucht für den Radikalfänger nur ein vergleichsweise geringes Volumen in der elektrischen Anlage vorgesehen zu werden, und der Radikalfänger ist besonders einfach in der elektrischen Anlage unterzubringen. Hierbei ist die Stelle bevorzugt so gewählt, dass das Vorhandensein des Radikalfängers in der Flüssigphase die Funktion der elektrischen Anlage nicht beeinträchtigt.

Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine Radikalfänger in einer flüssigen Substanz gelöst vorliegen. Hierbei sind insbesondere organische Substanzen von Interesse, da wässrige Flüssigkeiten innerhalb der elektrischen Anlage kondensieren könnten. Dies könnte zu einer unerwünschten Ausbildung von leitfähigen Oberflächenbelägen auf Komponenten der elektrischen Anlage führen. Auch wird durch das Vorsehen eines wässrigen Lösungsmittels zum Bereitstellen des Radikalfängers in der Flüssigphase die Bildung von Flusssäure (HF) begünstigt, was in der elektrischen Anlage nicht wünschenswert ist.

Als organische Substanzen kommen insbesondere Öle in Betracht. Dann dient das den Radikalfänger enthaltende Öl als Reservoir, aus welchem der wenigstens eine Radikalfänger für die Reaktion mit Radikalen innerhalb der elektrischen Anlage bereitgestellt werden kann. Durch das Bereitstellen des in einer organischen Substanz wie dem Öl vorliegenden Radikalfängers in der Flüssigphase lässt sich der Radikalfänger besonders einfach handhaben.

Die Flüssigphase kann in einem Behältnis bevorratet sein. Ein solches Behältnis lässt sich nämlich besonders einfach an einer gewünschten Stelle der elektrischen Anlage platzieren. So lässt sich der Radikalfänger besonders einfach dort bereitstellen, wo er dem Verringern des Gehalts an Radikalen innerhalb der elektrischen Anlage dienen soll.

Durch Diffusionseffekte können Radikalfänger an der Oberfläche der Flüssigphase, welche mit Radikalen gesättigt sind, also das Radikal vorübergehend binden, durch ungesättigte Radikalfänger aus dem Inneren der Flüssigphase ersetzt werden. So lässt sich eine vergleichsweise große Anzahl von zur Reaktion mit den Radikalen zur Verfügung stehenden Radikalfängern bereitstellen. Dies gilt insbesondere, wenn eine freie Oberfläche des Behältnisses vergleichsweise groß ist.

Wenn das Behältnis jedoch eine Mischeinrichtung aufweist, so können durch eine erzwungene Durchmischung der Flüssigphase besonders viele Radikalfänger an der Oberfläche der Flüssigphase bereitgestellt werden, nämlich mehr Radikalfänger als über Diffusionseffekte alleine bereitstellbar wären.

Dies lässt sich zusätzlich oder alternativ dadurch erreichen, dass die Flüssigphase an einem Festkörper angeordnet ist, also eine Oberfläche des Festkörpers benetzt. Hierbei kann insbesondere ein poröser Festkörper mit einer großen spezifischen Oberfläche zum Einsatz kommen. Dann ist eine besonders große, mit der Flüssigphase versehene Oberfläche bereitgestellt, und entsprechend viele Moleküle des Radikalfängers können aus der Flüssigphase in die Gasphase übertreten oder innerhalb der Flüssigphase für die Reaktion mit Radikalen bereitgestellt werden.

Als Radikalfänger kommen insbesondere auch natürlich vorhandene Substanzen in Betracht, wie sie beispielsweise im Vitamin E als Tocopherole und Tocotrieonole vorliegen. Ebenso sind Antioxidantien wie Polyphenole als Radikalfänger in der elektrischen Anlage einsetzbar, beispielsweise Resveratrol und/oder Flavonoide. In Betracht kommen darüber hinaus Gallate oder Butylhydroxyanisole (BHA), insbesondere 3-tert-Butyl-4-hydroxyanisol. Auch Butylhydroxytoluol (BHT), insbesondere 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxytoluol kann als Radikalfänger eingesetzt werden, ebenso wie tert-Butylhydrochinon (TBHQ), 4-tert-Butylcatechol und/oder 2,6-Di-tert-butylphenol. Auch Carnosol und/oder Carnosolsäure kann als der wenigstens eine Radikalfänger in der elektrischen Anlage vorhanden sein. Derartige Radikalfänger sind besonders geeignet, Radikale aus dem elektrisch isolierenden Gas zu entfernen.

Als weiter vorteilhaft wird es angesehen, wenn der wenigstens eine Radikalfänger Bestandteil eines Polymers ist. Auf diese Weise kann der Einfluss des Radikalfängers auf die dielektrischen Eigenschaften des elektrisch isolierenden Gases besonders gering gehalten werden.

In der Gasphase und/oder in der Flüssigphase vorliegende Radikalfänger können auch mit Radikalfängern in Form von Polymeren kombiniert in der elektrischen Anlage vorkommen.

Vorteilhaft ist des Weiteren der Einsatz von Pfropfcopolymeren. Bei einem Pfropfcopolymer brauchen nämlich lediglich die von einer Hauptkette des Copolymers nach Art von Zinken eines Kamms abstehenden Ketten mit dem Radikalfänger versehen zu werden. Der Großteil des Pfropfcopolymers kann demgegenüber aus günstigen Massenkunststoffen wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polymethylmethacrylat oder dergleichen hergestellt werden. Dies macht das Bereitstellen des Radikalfängers in Polymerform besonders kostengünstig.

Als Polymere mit wenigstens einem Radikalfänger kommen insbesondere solche Polymere in Betracht, bei welchen bereits das Monomer eine Phenolgruppe enthält. Beispielsweise kann hier Poly(Hydroxystyrol), PHS, zum Einsatz kommen, welches derzeit beispielsweise als Fotolack verwendet wird. Jedoch auch andere Monomere, welche insbesondere mit Monomeren kombiniert werden können, die in dem gebildeten Polymer zur Ausbildung von Phenolgruppen führen, können in der elektrischen Anlage als Radikalfänger verwendet werden. Beispielsweise kann das Monomer Hydroxystyrol umfassen.

Das Polymer kann insbesondere eine Komponente des Gehäuses der elektrischen Anlage und/oder des wenigstens einen elektrischen Bauteils bilden. Dann ist das Bereitstellen des Radikalfängers besonders aufwandsarm und kostengünstig.

Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens eine Komponente des Gehäuses und/oder des wenigstens einen Bauteils zumindest bereichsweise mit dem Polymer beschichtet sein. So lassen sich etwa metallische Bauteile mit einem aus dem Polymer gebildeten Lack versehen, wobei der Lack den wenigstens einen Radikalfänger enthält. So kann einerseits für eine elektrische Isolation mittels des Polymers besorgt werden, und andererseits kann auf besonders günstige Art und Weise der wenigstens eine Radikalfänger bereitgestellt werden.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das elektrisch isolierende Gas wenigstens eine fluorierte Kohlenstoffverbindung umfasst. Als fluorierte Kohlenstoffverbindungen können insbesondere Hydrofluorolefine und/oder fluorierte Ketone und/oder fluorierte Nitrile zum Einsatz kommen. Neben Fluor enthalten die das elektrisch isolierende Gas bildenden Substanzen somit bevorzugt Kohlenstoff, Wasserstoff und typischerweise Sauerstoff und/oder Stickstoff. Derartige elektrisch isolierende Gase weisen in vielen Fällen die für die elektrische Anlage vorteilhaften Isolationseigenschaften und einen hinreichend hohen Dampfdruck auf, um als gasförmiges Isolationsmedium fungieren zu können. Die elektrisch isolierenden Gase aus fluorierten Kohlenstoffverbindungen haben zudem in vorteilhafter Weise ein deutlich geringeres Treibhauspotential als Schwefelhexafluorid.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 schematisch eine elektrische Anlage, bei welcher in einem Gehäuse ein elektrisch isolierendes Gas vorhanden ist, wobei die elektrische Anlage einen Radikalfänger in der Gasphase und in einer Flüssigphase umfasst; und

2 eine elektrische Anlage gemäß 1, wobei der Radikalfänger in der Gasphase und in Form eines Polymers vorliegt.

Eine in 1 gezeigte elektrische Anlage 1 kann als gasisolierte Schaltanlage oder gasisolierte Leitung ausgebildet sein. Bei Ausbildung der elektrischen Anlage 1 als gasisolierte Schaltanlage kann diese für Hochspannungen oder Mittelspannungen ausgelegt sein. Unter Mittelspannungen sind hierbei Spannungen von mehr als 1 kV zu verstehen und unter Hochspannungen insbesondere solche mit bis zu mehr als 100 kV.

Innerhalb eines Gehäuses 2 der elektrischen Anlage 1 ist ein elektrisches Bauteil 3 angeordnet. Das elektrische Bauteil 3 kann bei der gasisolierten Leitung als elektrischer Leiter ausgebildet sein und bei der gasisolierten Schaltanlage als Schalteinrichtung, etwa als Leistungsschalter oder als Lasttrennschalter. Ist die elektrische Anlage 1 als gasisolierte Leitung ausgebildet, so kann es sich bei dem gasdichten Gehäuse 2 um eine elektrisch isolierende Hülle handeln.

Das elektrische Bauteil 3 ist von einem elektrisch isolierenden Gas 4 umgeben, bei welchem es sich bevorzugt um ein Gas aus fluorhaltigen organischen Substanzen handelt. Beispielsweise können als das elektrisch isolierende Gas 4 Hydrofluorolefine, fluorierte Ketone, insbesondere perfluorierte Ketone, oder fluorierte Nitrile zum Einsatz kommen. Derartige, das elektrisch isolierende Gas 4 bildende organische Substanzen haben ein niedrigeres Treibhauspotential als das üblicherweise in gasisolierten elektrischen Anlagen verwendete Schwefelhexafluorid (SF6).

Aufgrund von Teilentladungen, durch Lichtbögen oder durch radioaktive oder kosmische Hintergrundstrahlung können sich jedoch in dem elektrisch isolierenden Gas 4 Radikale bilden, also Moleküle mit mindestens einem ungepaarten Elektron.

Aufgrund von Kettenreaktionen können solche Radikale die Moleküle des elektrisch isolierenden Gases 4 mit der Zeit abbauen und dabei unerwünschte Flüssigkeiten oder Feststoffe bilden. Zudem können die Radikale Teile der elektrischen Anlage 1 schädigen.

Um dies zu verhindern sind vorliegend in der elektrischen Anlage 1 Radikalfänger 5 vorhanden. Diese Radikalfänger 5 sind insbesondere Substanzen mit der Eigenschaft, Radikale spezifisch für eine gewisse Zeitspanne zu binden und dadurch eine Rekombination zweier Radikale zu ermöglichen. Insgesamt führt dies zu einem Abbau der Radikale, ohne dass die Radikalfänger 5 hierbei verbraucht werden. Die Radikalfänger 5 katalysieren also selektiv die Rekombination von Radikalen und beschleunigen eine Kettenabbruchreaktion.

Bei der in 1 gezeigten elektrischen Anlage sind Radikalfänger 5 in der Gasphase vorhanden. Dadurch können sich bildende Radikale sehr nah an ihrem Entstehungsort eingefangen werden. Dies unterbindet Kettenreaktionen von Radikalen besonders weitgehend.

Des Weiteren sind Radikalfänger 5 in einer Flüssigphase 6 vorhanden. Zum Bereitstellen der Flüssigphase 6 ist in der elektrischen Anlage 1 vorliegend ein Behältnis 7 vorgesehen. In dem Behältnis 7 kann die Flüssigphase 6 durch den Radikalfänger 5 gebildet sein. Alternativ kann der Radikalfänger 5 in einer Flüssigphase 6 gelöst vorliegen, welche als organische Substanz ausgebildet ist. Bei der organischen Substanz kann es sich beispielsweise um ein Öl handeln. So kann in der elektrischen Anlage ein relativ großes Reservoir von Radikalfängern 5 bereitgestellt werden. Hierfür kann das den Radikalfänger 5 enthaltende Öl in das Gefäß oder Behältnis 7 eingefüllt sein, welches eine möglichst große freie Öloberfläche aufweist. Von der Oberfläche aus können auch Radikalfänger 5 in die Gasphase gelangen.

Um an der Oberfläche des Behältnisses 7 vorhandene, gesättigte Radikalfänger 5 durch noch nicht vorübergehend Radikale bindende, also ungesättigte Radikalfänger 5 aus dem Inneren der Flüssigkeit zu ersetzen, kann in dem Behältnis 7 eine Mischeinrichtung etwa in Form eines Rührers 8 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann in dem Behältnis 7 eine erzwungene Durchmischung erreicht werden. In dem Zwischenstadium, in welchem der Radikalfänger 5 das Radikal für eine gewisse Zeitspanne bindet, bevor das Radikal mit einem weiteren Radikal rekombiniert, ist nämlich der Radikalfänger 5 weniger reaktiv oder gesättigt. Dann ist es sinnvoll, mittels des Rührers 8 noch nicht mit Radikalen beladene Radikalfänger 5 an die freie Oberfläche der Flüssigphase 6 in dem Behältnis 7 zu befördern.

Das Öl oder dergleichen Flüssigphase 6 kann auch in einer porösen Matrix gelagert sein, um dadurch eine besonders große Öloberfläche mit den Radikalfängern 5 bereitzustellen. Hierfür kann anstelle des Behältnisses 7 oder zusätzlich zu dem Behältnis 7 ein poröser Festkörper in der elektrischen Anlage 1 vorhanden sein, welcher mit dem Radikalfänger 5 benetzt ist.

Als Radikalfänger 5 können insbesondere Phenol oder Phenolderivate zum Einsatz kommen, beispielsweise fluorierte Phenole wie 3-Fluorphenol oder Pentafluorphenol. Dies ist insbesondere für in der Gasphase vorhandene Radikalfänger 5 vorteilhaft.

Als in der Flüssigkeit oder Flüssigphase 6 vorliegende Radikalfänger 5 kommen insbesondere solche in Betracht, welche sich gut in einer organischen Substanz lösen lassen. Des Weiteren kann es sich bei den Radikalfängern 5 um Butylhydroxyanisole, Butylhydroxytoluole, Butylhydrochinone oder polyphenolische Antioxidantien handeln. Als letztere kommen beispielsweise Resveratrol oder Flavonoide in Betracht. Des Weiteren können Tocopherole, Tocotrienole, Gallate, Carnosole und/oder Carnosolsäure als die Radikalfänger 5 eingesetzt werden.

Bei der in 2 schematisch gezeigten elektrischen Anlage 1 liegen ebenfalls bevorzugt Radikalfänger 5 in der Gasphase vor. Des Weiteren sind Radikalfänger 5 vorhanden, welche Bestandteil eines Polymers 9 sind. Als Polymere 9 kommen insbesondere solche Stoffe in Betracht, bei welchen das jeweilige Monomer bereits Phenolgruppen aufweist. Solche Phenolgruppen können dann als die Radikalfänger 5 des Polymers 9 wirken. Beispielsweise kann Poly(Hydroxystyrol) als das Polymer 9 zum Einsatz kommen.

Bei dem Polymer 9 kann es sich insbesondere um ein Pfropfcopolymer handeln, bei welchem die Hauptkette aus einfachen, günstigen Polymeren hergestellt ist und lediglich die sich von der Hauptkette weg erstreckenden Ketten aus den wirksamen, phenolhaltigen Monomeren gebildet sind.

Bei der Bereitstellung der Radikalfänger 5 in dem Polymer 9 ist es vorteilhaft, dass bestimmte Bauteile innerhalb der elektrischen Anlage 1 aus diesem Polymer 9 kostengünstig hergestellt sein können. Zusätzlich oder alternativ lassen sich auch metallische Bauteile mit einer Beschichtung oder einem Lack aus dem Polymer 9 versehen, sofern das Vorsehen dieses Lacks nicht die Funktion des betreffenden Bauteils beeinträchtigt.

Insbesondere bei der Verwendung von Polymeren 9 als Radikalfänger 5 ist die zusätzliche Verwendung von gasförmigen Radikalfängern 5 vorteilhaft. Dann können nämlich gebundene Radikale rekombinieren und so eine Wiederfreigabe von Phenylgruppen des Polymers 9 bewirken. Dadurch stehen erneut Radikalfänger 5 zum Einfangen von sich in dem elektrischen Gas 4 bildenden Radikalen zur Verfügung.

Die in der Gasphase vorliegenden Radikalfänger 5, die in der Flüssigphase 6 vorliegende Radikalfänger 5 und die Form von Polymeren 9 vorliegenden Radikalfänger 5 können jeder für sich oder auch kombiniert in der elektrischen Anlage 1 vorhanden sein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • FR 2965120 A1 [0004]
  • WO 2014/053661 A1 [0004]