Диэлектрическая изоляционная среда

Диэлектрическая изоляционная среда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к диэлектрической изоляционной среде в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения и к использованию гидрофтормоноэфира в диэлектрической изоляционной среде, и к применению диэлектрической изоляционной среды для устройства генерации, распределения и/или использования электрической энергии в соответствии с пунктами 46 и 48 формулы изобретения, соответственно. Изобретение также относится к устройству генерации, распределения и/или использования электрической энергии в соответствии с пунктом 49 формулы изобретения.

Диэлектрическая изоляционная среда в жидком или газообразном состоянии традиционно используется для изоляции электрически активных частей в широком диапазоне электрических устройств, таких как распределительные устройства или трансформаторы.

В распределительных устройствах, заключенных в металлический корпус, среднего и высокого напряжения, например, электрически активная часть расположена в газонепроницаемом корпусе, который определяет изолирующее пространство, причем указанное изолирующее пространство включает в себя изоляционный газ, обычно под давлением в несколько бар, и отделяет корпус от электрически активной части, тем самым предотвращая прохождение электрического тока между корпусом и активными частями. Распределительные устройства, заключенные в металлический корпус, позволяют сэкономить гораздо больше пространства при сооружении по сравнению с открытыми распределительными устройствами, которые изолированы окружающим воздухом. Для прерывания тока в распределительном устройстве высокого напряжения изолирующий газ также выступает в роли дугогасящего газа.

Многие из традиционно используемых изоляционных сред имеют ряд недостатков.

С одной стороны, традиционные изоляционные газы с высокими изоляционными и переключательными свойствами часто оказывают воздействие на окружающую среду при их выбросе в атмосферу. До настоящего времени проблема высокого потенциала глобального потепления (ПГП) этих изоляционных газов решалась путем строгого контроля утечек газа в газоизолированных устройствах и путем очень аккуратного обращения с газом.

С другой стороны, традиционные, безвредные для окружающей среды изоляционные газы, такие как сухой воздух и CO₂, имеют довольно низкие изоляционные свойства, соответственно, требуя увеличения давления газа и/или изоляционного расстояния.

По причинам, упомянутым выше, в прошлом делались попытки заменить традиционные изоляционные газы подходящими веществами.

Например, WO 2008/073790 раскрывает диэлектрическое газообразное соединение, которое - среди прочих характеристик - имеет низкую точку кипения в интервале от -20°С до -273°С, предпочтительно, не истощает озоновый слой и имеет ПГП меньше 22000 в масштабе 100 лет. В частности, WO 2008/073790 раскрывает различные, отличающиеся друг от друга соединения, которые не попадают под общее химическое определение.

Далее, US-A-4175048 относится к газовому изолятору, включающему в себя соединение, выбранное из группы из перфторциклогексена и гексафторазометана, и EP-A-0670294 раскрывает использование перфторпропана в качестве диэлектрического газа.

Заявка EP-A-1933432 и находящаяся на одновременном рассмотрении заявка US-A-2009109604 относятся к трифториодметану (CF₃I) и к его использованию в качестве изолирующего газа в газоизолированном распределительном устройстве.

Использование соединения с общей формулой CxHyFzI в общем и CF₃I, в частности, в качестве изолирующей среды для электрических машин для передачи и распределения мощности далее раскрыто в EP-A-1146522.

Тем не менее, несмотря на изоляционные свойства, упомянутые в этих документах, CF₃I имеет относительно низкую термическую устойчивость: при температуре порядка 100°С он начинает разлагаться на опасные продукты, включая I₂, который может формировать твердый проводящий осадок.

Учитывая недостатки изоляционной среды известного уровня техники и, в частности, недостатки CF₃I, целью данного изобретения является, таким образом, предоставление термически устойчивой диэлектрической изоляционной среды, которая оказывает слабое воздействие на окружающую среду.

В соответствии с пунктом 1 формулы изобретения цель данного изобретения достигается с помощью диэлектрической изоляционной среды, включающей в себя гидрофтормоноэфир, содержащий, по меньшей мере, три атома углерода. Предпочтительные варианты осуществления изобретения даны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Термин «гидрофтормоноэфир» в соответствии с тем, как он используется в данном изобретении, относится к соединению, имеющему одну и только одну эфирную группу, причем указанная эфирная группа соединяет две алкильные группы, которые могут быть, независимо друг от друга, линейными или разветвленными. Соединение, таким образом, явно отличается от соединений, раскрытых в US-B-7128133, относящейся к использованию соединений, содержащих две эфирные группы, т.е. гидрофтордиэфиров, в теплопроводных текучих средах.

Термин «гидрофтормоноэфир» в соответствии с тем, как он использован в контексте данного изобретения, также следует понимать как соединение, которое частично гидрировано и частично фторировано.

Термин «гидрофтормоноэфир» также следует понимать таким образом, что он может включать в себя смесь из различно структурированных гидрофтормоноэфиров. Термин «различные по структуре» должен широко охватывать любые различия в конечной формуле или структурной формуле гидрофтормоноэфира.

Данное изобретение основано на удивительном открытии, которое заключается в том, что путем использования гидрофтормоноэфира получается изоляционная среда, которая имеет высокие изоляционные свойства, в частности высокую диэлектрическую прочность (или высокую напряженность поля при пробое), и в то же время низкий ПГП.

Благодаря использованию специальных гидрофтормоноэфиров, данное изобретение также позволяет предоставить изоляционную среду, которая химически и термически устойчива до температур выше 140°С, которая не токсична или имеет низкий уровень токсичности, и которая, кроме того, некоррозийна и невзрывоопасна.

Как было упомянуто ранее, было обнаружено, что гидрофтормоноэфиры в соответствии с данным изобретением имеют относительно высокую диэлектрическую прочность. В частности, отношение диэлектрической прочности гидрофтормоноэфиров в соответствии с данным изобретением к диэлектрической прочности SF₆ больше, чем порядка 0,4.

Гидрофтормоноэфир в соответствии с данным изобретением может участвовать в очень эффективном тропосферном процессе удаления, которое включает выделение водорода OH радикалом. В итоге, это приводит к относительно низкой продолжительности существования соединения в атмосфере.

Благодаря его относительно низкой продолжительности существования в атмосфере гидрофтормоноэфир по данному изобретению также имеет относительно низкий ПГП, как уже было упомянуто. В частности, изолирующая среда, имеющая ПГП меньше 1000 за 100 лет, более конкретно, меньше 700 за 100 лет, может быть получена в соответствии с данным изобретением.

Гидрофтормоноэфир в соответствии с данным изобретением имеет относительно низкую продолжительность существования в атмосфере и, кроме того, лишен атомов галогенов, которые принимают участие в каталитическом цикле разрушения озона, а именно Cl, Br или I. Таким образом, диэлектрическая изоляционная среда в соответствии с данным изобретением имеет дополнительное преимущество нулевого ПОИ (потенциала озонового истощения), что очень предпочтительно с точки зрения охраны окружающей среды.

В соответствии с пунктом 1 формулы изобретения гидрофтормоноэфир по данному изобретению содержит, по меньшей мере, три атома углерода.

Гидрофтормоноэфиры, содержащие, по меньшей мере, три атома углерода, обычно имеют точку кипения выше -20°С при давлении окружающей среды. Это явно противоречит учению известного уровня техники, и, в частности, WO 2008/073790, которая учит, что точка кипения, равная -20°С или ниже, является основной особенностью пригодных диэлектрических соединений.

Предпочтение гидрофтормоноэфира, содержащего, по меньшей мере три атома углерода и, следовательно, имеющего относительно высокую точку кипения более -20°С, основано на открытии, что более высокая точка кипения гидрофтормоноэфира обычно соответствует более высокой диэлектрической прочности.

Далее даны некоторые примерные варианты осуществления, которые могут существовать по отдельности или в сочетании, данного изобретения.

В вариантах осуществления диэлектрическая изоляционная среда включает в себя газообразный компонент а), отличный от гидрофтормоноэфира, и, в частности, газообразный компонент а) включает в себя смесь из, по меньшей мере, двух элементов а1), а2), … an) газообразного компонента.

В вариантах осуществления диэлектрическая изоляционная среда включает в себя газообразный компонент а), имеющий точку кипения при атмосферном давлении, которая на, по меньшей мере, 50К, предпочтительно, по меньшей мере, 70 К, в частности, по меньшей мере, 100 К ниже точки кипения при атмосферном давлении гидрофтормоноэфира.

В вариантах осуществления диэлектрический изоляционный газообразный компонент а) имеет диэлектрическую прочность более 10 кВ/(см бар), предпочтительно, более 20 кВ/(см бар), в частности, более 30 кВ/(см бар). В вариантах осуществления диэлектрический изоляционный газообразный компонент а) является газом-носителем, который сам имеет более низкую диэлектрическую прочность, чем гидрофтормоноэфир. В этом смысле термин «диэлектрическая прочность» следует понимать как «диэлектрическая прочность при пониженном давлении» или «диэлектрическая прочность при стандартной температуре и давлении. Например, стандартная температура, таким образом, определена как 25°C, а стандартное давление как 1 бар.

В вариантах осуществления диэлектрический изоляционный газообразный компонент а) включает в себя молекулы с меньшим количеством атомов по сравнению с теми, которые присутствуют в гидрофтормоноэфире, в частности, включает в себя трехатомные и/или двухатомные молекулы или состоит из трехатомных или двухатомных молекул.

Диэлектрический изоляционный газообразный компонент а) является инертным и/или нетоксичным, и/или невоспламеняемым.

В соответствии с вариантом осуществления данного изобретения гидрофтормоноэфир содержит 3 или 4, или 5, или 6 атомов углерода, в частности, три или четыре атома углерода, наиболее предпочтительно, ровно три атома углерода.

Более конкретно, гидрофтормоноэфир в соответствии с данным изобретением является, таким образом, по меньшей мере, одним соединением, выбранным из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых часть атомов водорода заменена атомами фтора:

Путем использования гидрофтормоноэфира, содержащего три или четыре атома углерода, а в отдельных случаях также при содержании пяти или шести атомов углерода, может быть получена газообразная изоляционная среда, которая не сжижается при обычных условиях работы и которая в то же время имеет относительно высокую диэлектрическую прочность.

Более того, путем использования гидрофтормоноэфира, содержащего три или четыре, или пять, или шесть атомов углерода, может быть получена изолирующая среда, которая является невзрывоопасной и, таким образом, удовлетворяет даже высоким требованиям безопасности.

В целом, путем использования гидрофтормоноэфира, содержащего три или четыре атома углерода, может быть получена невзрывоопасная диэлектрическая изоляционная среда, имеющая высокую диэлектрическую прочность относительно воздуха и имеющая в то же время точку кипения меньше 30°С. Это особенно существенно для целевого применения изоляционной среды в электрическом устройстве, таком как, например, газоизолированное распределительное устройство, газоизолированная линия электропередач или газоизолированная подстанция. Путем применения гидрофтормоноэфира, содержащего пять или шесть атомов углерода, можно достичь отсутствия взрывоопасности и высокой диэлектрической прочности наряду с точкой кипения менее 55°С или менее 40°С.

В контексте данного изобретения термин «точка кипения» следует понимать как точка кипения при атмосферном давлении, т.е. порядка 1 бар.

Учитывая воспламеняемость соединений, также предпочтительно, чтобы отношение числа атомов фтора к общему числу атомов фтора и водорода, здесь коротко называемое «доля F», гидрофтормоноэфира было равно, по меньшей мере, 5:8. Было обнаружено, что соединения, попадающие под это определение, обычно являются невоспламеняемыми и, таким образом, приводят к тому, что изоляционная среда удовлетворяет самым высоким требованиям безопасности.

В соответствии с дополнительным предпочтительным вариантом осуществления отношение числа атомов фтора к числу атомов углерода, здесь коротко называемое «отношение F/C», находится в интервале от 1,5:1 до 2:1. Такие соединения обычно имеют ПГП меньше 1000 за 100 лет, тем самым приводя к очень безвредной для окружающей среды изоляционной среде. Особенно предпочтительно, чтобы гидрофтормоноэфир имел ПГП менее 700 за 100 лет.

В вариантах осуществления диэлектрическая изоляционная среда в целом имеет потенциал глобального потепления ПГП за 100 лет, равный менее 1000, предпочтительно, менее 700, предпочтительно, менее 300, предпочтительно, менее 100, предпочтительно, менее 50, предпочтительно, менее 20, наиболее предпочтительно, менее 10.

Что касается аспекта защиты окружающей среды, также предпочтительно, чтобы гидрофторидмоноэфир также имел ПОИ, равный 0, как было упомянуто ранее.

Упомянутые ранее желаемые эффекты могут быть, в частности, достигнуты с помощью гидрофтормоноэфира, имеющего общую структуру (I)

C_aH_bF_c-O-C_dH_eF_f (I)

где а и d независимо друг от друга являются целыми числами от 1 до 3 при а+d=3 или 4, или 5, или 6, в частности, 3 или 4, b и с независимо друг от друга являются целыми числами от 0 до 11, в частности, от 0 до 7, при b+c=2a+1, и e и f независимо друг от друга являются целыми числами от 0 до 11, в частности, от 0 до 7, при e+f=2d+1, и, кроме того, по меньшей мере, один из b и e равен 1 или более, и, по меньшей мере, один из с и f равен 1 или более.

Таким образом, предпочтительным вариантом осуществления является такой, для которого в общей структуре или формуле (I) гидрофтормоноэфира:

а равен 1, b и c независимо друг от друга являются целыми числами в интервале от 0 до 3, с b+c=3, d=2, e и f независимо друг от друга являются целыми числами в интервале от 0 до 5, при b+c=5, и, кроме того, по меньшей мере, один из b и е равен 1 или более, и, по меньшей мере, один из с и f равен 1 или более.

В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления только один из с и f в общей структуре (I) равен 0. Соответствующее группирование атомов фтора с одной стороны эфирной связи, при том, что другая сторона остается незамещенной, называется «сегрегация». Было обнаружено, что сегрегация уменьшает точку кипения по сравнению с несегрегированными соединениями с той же длиной цепи. Эта особенность, таким образом, представляет особый интерес для диэлектрической изоляционной среды, так как соединения с более длинными цепями, которые делают возможной большую диэлектрическую прочность, могут быть использованы без риска сжижения при рабочих условиях.

Наиболее предпочтительно, гидрофтормоноэфир в соответствии с данным изобретением выбирается из группы, состоящей из пентафторэтилметилэфира (CH₃-O-CF₂CF₃) и 2,2,2-трифторэтил-трифторметилэфира (CF₃-O-CH₂CF₃).

Пентафторэтилметилэфир имеет точку кипения, равную +5,25°С и ПГП, равный 697 за 100 лет, причем доля F равна 0,625, в то время как 2,2,2-трифторэтил-трифторметилэфир имеет точку кипения, равную +11°С и ПГП, равный 487 за 100 лет, причем доля F равна 0,75. Они оба имеют ПОИ, равный 0, и, таким образом, полностью приемлемы с точки зрения защиты окружающей среды.

Кроме того, было обнаружено, что пентафторэтилметилэфир термически устойчив при температуре в 175°С в течение 30 дней и, следовательно, полностью подходит для рабочих условий, заданных в областях применения электрической изоляции. Так как исследования термической устойчивости гидрофтормоноэфиров с большим молекулярным весом показали, что эфиры, содержащие полностью гидрированные метильные или этильные группы, имеют меньшую термическую устойчивость по сравнению с эфирами, имеющими частично гидрированные группы, можно принять, что термическая устойчивость 2,2,2-трифторэтил-трифторметилэфира также даже больше.

Гидрофтормоноэфиры, в общем, и пентафторэтилметилэфир, также как и 2,2,2-трифторэтил-трифторметилэфир, в частности, демонстрируют малую вероятность токсичности для людей. Это можно заключить из доступных результатов исследований ГФУ (гидрофторуглерода) на млекопитающих. Кроме того, информация, доступная относительно коммерческих гидрофтормоноэфиров, не свидетельствует о канцерогенности, мутагенности, воздействии на репродуктивные функции/развитие или других хронических эффектах соединений согласно данной заявке.

На основании данных, доступных относительно коммерческих гидрофторэфиров с большим молекулярным весом, можно заключить, что гидрофтормоноэфиры согласно данной заявке, в общем, и, в частности, пентафторэтилметилэфир, также как и 2,2,2-трифторэтил-трифторметилэфир, имеют летальную концентрацию LC 50 больше 10000 ppm, что делает их подходящими для областей применения изоляции с токсикологической точки зрения.

Гидрофтормоноэфир в соответствии с данным изобретением имеет более высокую диэлектрическую прочность по сравнению с воздухом. В частности, пентафторэтилметилэфир имеет диэлектрическую прочность примерно в 2,4 раза больше, чем у воздуха при 1 бар, как будет показано со ссылкой на фигуры ниже.

Учитывая его точку кипения, которая, предпочтительно, ниже 55°С, более предпочтительно, ниже 40°С, в частности, ниже 30°С, гидрофтормоноэфир в соответствии с данным изобретением, в частности, пентафторэтилметилэфир и 2,2,2-трифторэтил-трифторметилэфир, соответственно, обычно находится в газообразном состоянии при рабочих условиях, что требуется для многих областей применения, и, в частности, для переключений под высоким напряжением в газоизолированных распределительных устройствах (КРУЭ - комплектных распределительных устройствах с элегазовой изоляцией).

Диэлектрическая изоляционная среда данной заявки может являться газообразной смесью, которая кроме гидрофтормоноэфира, предпочтительно, включает в себя воздух и/или, по меньшей мере, один компонент воздуха, в частности, выбранный из группы, состоящей из диоксида углерода (CO₂), кислорода (O₂) и азота (N₂), и/или благородного газа, и/или оксида азота (NO), и/или диоксида азота (NO₂), и/или оксид диазота (N₂O), в качестве буферного газа или газа-носителя. Как вариант диэлеткрическая изоляционная среда может главным образом состоять из гидрофтормоноэфира.

Путем использования подходящего газа, добавляемого в качестве примеси, может быть достигнуто дальнейшее увеличение диэлектрической прочности изоляционной среды.

В случае пентафторэтилметилэфира, например, может быть достигнута диэлектрическая прочность, равная 68 кВ/см при полном давлении в 1 бар, путем добавления малого количества газа, добавляемого в качестве примеси, (который имеет более высокую точку кипения по сравнению с пентафторэтилметилэфиром и диэлектрическую прочность больше, чем у SF₆). Диэлектрическая прочность, полученная таким образом, выше диэлектрической прочности SF₆ при таком же давлении (84 кВ/см), как будет показано со ссылкой на фигуры ниже.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления подходящие газы, добавляемые в качестве примеси, выбираются из группы, состоящей из фторкетонов, содержащих от 4 до 15 атомов углерода, предпочтительно, от 4 до 12 атомов углерода, более предпочтительно, от 4 до 10 атомов углерода, еще более предпочтительно от 4 до 8 атомов углерода, даже еще более предпочтительно от 5 до 8 атомов углерода, и, наиболее предпочтительно, являются фторкетоном, содержащим ровно 5 и/или ровно 6, и/или ровно 7, и/или ровно 8 атомов углерода. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления додекафтор-2-метилпентан-3-он и/или декафтор-2-метилбутан-3-он используется в качестве газа, добавляемого в качестве примеси, так как было обнаружено, что они имеют очень высокие изолирующие свойства и крайне низкий ПГП. Диэлектрическая изоляционная среда, включающая в себя такие фторкетоны, была раскрыта в ранее поданной заявке PCT/EP2009/057294 того же заявителя, включенной в данную заявку путем ссылки.

Термин «фторкетон» в соответствии с тем, как он здесь использован, следует интерпретировать в широком смысле, и он должен охватывать как перфторкетоны, так и гидрофторкетоны. Термин также должен охватывать как насыщенные соединения, так и ненасыщенные соединения, включающие двойные и/или тройные связи. По меньшей мере, частично фторированная алкильная цепь фторкетонов может быть линейной или разветвленной.

Термин «фторкетон» должен также охватывать фторкетоны, имеющие циклический углеродный скелет. Термин «фторкетон» должен отображать химическую структуру, которая включает в себя карбонильную группу и с каждой стороны от нее по алкильной группе. Термин «фторкетон» может включать в себя дополнительные гетероатомы внутри цепи (т.е. гетероатомы, соединенные с химической структурой, включающей в себя карбонильную группу и с каждой стороны от нее по алкильной группе), например, может включать в себя, по меньшей мере, гетероатом, который является частью углеродного скелета и/или соединен с углеродным скелетом. В примерных вариантах осуществления у фторкетона не должно быть гетероатома.

Термин «фторкетон» должен также охватывать фтордикетоны, имеющие две карбонильные группы, или фторкетоны, имеющие более двух карбонильных групп. В примерных вариантах осуществления фторкетон должен являться фтормонокетонами.

В примерных вариантах осуществления фторкетон является перфторкетоном, и/или фторкетон имеет разветвленную алкильную цепь, в частности, по меньшей мере, частично фторированную алкильную цепь, и/или фторкетон включает в себя полностью насыщенные соединения. Выражение «фторкетон включает в себя полностью насыщенные компоненты» означает, что могут быть включены как отдельный, полностью насыщенный фторкетон, т.е. фторкетон без каких-либо двойных связей или тройных связей, так и смесь из двух и более полностью насыщенных фторкетонов.

В варианте осуществления фторкетон является или включает в себя, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора:

В вариантах осуществления фторкетон является или включает в себя перфторкетон, в частности, имеет молекулярную формулу C₅F₁₀O, т.е. является полностью насыщенным без двойных или тройных связей. Фторкетон может быть, более предпочтительно, выбран из группы, состоящей из 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-она (также называемого декафтор-3-метилбутан-2-оном), 1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-декафторпентан-2-она, 1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-декафторпентан-3-она, 1,1,1,4,4,5,5,5-октафтор-3-бис(трифторметил)-пентан-2-она; и, наиболее предпочтительно, является 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-оном.

В вариантах осуществления дополнительный фторкетон является или включает в себя, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора:

и/или является или включает в себя, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора: предпочтительно, является 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-оном.

В вариантах осуществления дополнительный фторкетон является или включает в себя, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, определенных следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора:

, называемый додекафторциклопентаном.

В вариантах осуществления фторкетон имеет молекулярную формулу C₆F₁₂O, т.е. полностью насыщен без двойных или тройных связей. Более предпочтительно, фторкетон может быть выбран из группы, состоящей из 1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-2-(трифторметил)пентан-3-она (также называемого додекафтор-2-метилпентан-3-оном), 1,1,1,3,3,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-2-она (также называемого додекафтор-4-метилпентан-2-оном), 1,1,1,3,4,4,5,5,5-нонафтор-3-(трифторметил)пентан-2-она (также называемого додекафтор-3-метилпентан-2-оном), 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-бис-(трифторметил)бутан-2-она (также называемого додекафтор-3,3-(диметил)бутан-2-оном, додекафторгексан-2-она и додекафторгексан-3-она, и, в частности, является упомянутым 1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-2-(трифторметил)пентан-3-оном.

Тем не менее, отдельно от приведенных выше газообразных вариантов осуществления, также возможно, что изоляционная среда, или, по меньшей мере, один из ее компонентов находится в жидкой форме при определенных рабочих условиях или даже постоянно. Здесь выражение «жидкая форма» следует понимать в широком смысле как охватывающее любое состояние вещества или смеси, которое включает в себя, по меньшей мере, частично жидкость в любой форме, например, жидкую фазу, аэрозольную фазу, фазу перенасыщенного пара или их сочетания. Такая жидкая форма изоляционной среды или, по меньшей мере, одного из ее компонентов может, например, присутствовать в областях применения с низкой температурой окружающей среды. В частности, изоляционная среда может являться двухфазной системой, включающей в себя гидрофтормоноэфир как в жидком, так и в газообразном состоянии. Более конкретно, изоляционная среда может являться аэрозолем, включающим в себя капли гидрофтормоноэфира, распределенные в газовой фазе, включающей в себя гидрофтормоноэфир в газообразном состоянии.

Изоляционные свойства изоляционного газа, и, в частности, его напряженность поля при пробое, может регулироваться температурой, давлением и/или составом системы. Если используется двухфазная система, включающая в себя гидрофтормоноэфир как в жидкой, так и в газовой фазе, увеличение температуры приводит не только к увеличению абсолютного давления, но также и к увеличению концентрации гидрофтормоноэфира в изоляционном газе в связи с более высоким давлением пара.

Было обнаружено, что для многих областей применения изоляционного газа, таких как области применения в интервале средних и высоких напряжений, значительное молярное отношение, т.е. молярное отношение гидрофтормоноэфира к остальным компонентам среды (обычно газу-носителю или буферному газу), и, следовательно, также значительное напряжение поля при пробое могут быть достигнуты даже при очень низких рабочих температурах, например, вплоть до порядка - 30°С или даже -40°С, даже без дополнительных средств, таких как внешнее нагревание или выпаривание.

Предпочтительно, молярная доля гидрофтормоноэфира в изоляционной среде больше 1%, предпочтительно, больше 2%, более предпочтительно, больше 3%, в частности, больше 3,5%.

Как было упомянуто, изоляционная среда по данному изобретению особенно полезна в электрических областях применения. Данное изобретение, таким образом, также относится к применению описанного здесь гидрофтормоноэфира в диэлектрической изоляционной среде для устройства генерации, распределения и/или использования электрической энергии.

Данное изобретение также охватывает применение диэлектрической изоляционной среды, как описано в любом из пунктов 1-33 формулы изобретения, для диэлектрической изоляции в устройстве генерации, распределения и/или использования электрической энергии.

Аналогично, данное изобретение также относится к устройству генерации, распределения и/или использования электрической энергии, причем указанное устройство включает в себя корпус, который определяет изолирующее пространство, и электрически активную часть, расположенную внутри изолирующего пространства. Это изолирующее пространство включает в себя изоляционную среду, описанную выше.

Кроме того, термин «электрически активная часть» в данном контексте следует интерпретировать в широком смысле, включая проводник, проводниковую структуру, выключатель, проводящий компонент, разрядник для защиты от перенапряжений и им подобные.

В частности, устройство по данному изобретению включает в себя распределительное устройство, в частности, изолированное воздухом или газоизолированное распределительное устройство, заключенное в металлический (или какой-либо другой) корпус, или гибридное (т.е. частично изолированное воздухом и частично газоизолированное) распределительное устройство, или комплектное распределительное устройство среднего напряжения, или блок кольцевой магистрали, или баковый выключатель или PASS-модуль (модуль подключения-и-переключения), или их часть и/или компонент, в частности, токопроводящая шина, проходной изолятор, кабель, газоизолированный кабель, кабельная муфта, трансформатор тока, трансформатор напряжения и/или разрядник для защиты от перенапряжений.

Распределительные устройства, в частности, газоизолированные переключательные устройства (КРУЭ) хорошо известны специалисту в данной области техники. Пример переключательного устройства, для которого данное изобретение особенно хорошо подходит, например, приведен в заявке EP-A-1933432, абзацы с [0011] по [0015], раскрытие которой включено сюда путем ссылки.

Дополнительно предпочтительно, чтобы устройство являлось переключателем, в частности, заземляющим переключателем (например, быстродействующим заземляющим переключателем), разъединителем, совмещенным разъединителем и заземляющим переключателем, переключателем под нагрузкой или выключателем, в частности, выключателем среднего напряжения, генераторным выключателем и/или выключателем высокого напряжения.

В другом варианте осуществления устройство является выключателем высокого напряжения, имеющим камеру повышения давления для обеспечения дугогасящего газа под давлением, и в процессе переключения гидрофтормоноэфир разлагается в камере повышения давления и/или в области дуги во время фазы гашения дуги. Такое молекулярное разложение позволяет еще больше увеличить число молекул и, следовательно, давление, которое доступно для гашения дуги. Гидрофтормоноэфир также полезен в области выбросов выключателя, так как его довольно низкая температура диссоциации выступает в роли температурного барьера в выбрасываемом газе. Другими словами, термическая энергия в выбрасываемом газе может быть поглощена путем диссоциации гидрофтормоноэфира в выбросах, что предотвращает дальнейшее увеличение температуры в выбрасываемом газе выше температуры диссоциации гидрофтормоноэфира.

В соответствии с другим вариантом осуществления устройство может являться трансформатором, в частности, распределительным трансформатором или силовым трансформатором.

В соответствии с еще другими вариантами осуществления устройство также может являться, например, электрической вращающейся машиной, генератором, двигателем, приводом, полупроводящим устройством, устройством силовой электроники и/или их компонентом.

В вариантах осуществления устройство имеет традиционную конструкцию для поддержания давления для заполнения гексафторидом серы SF₆ и заполнен диэлектрической изоляционной средой как заявлено в пункте 1 формулы изобретения и в зависимых пунктах формулы изобретения и, в частности, устройство не содержит гексафторид серы SF₆.

Изобретение, в частности, относится к устройству среднего или высокого напряжения. Термин «среднее напряжение» в соответствии с тем, как он здесь использован, относится к напряжению в интервале от 1 кВ до 72 кВ, в то время как термин «высокое напряжение» относится к напряжению более 72 кВ. Области применения в диапазоне низкого напряжения ниже 1 кВ также реализуемы.

Для того чтобы достичь желаемых диэлектрических параметров устройства, таких как желаемая диэлектрическая стойкость (например, представленная желаемой напряженностью поля при пробое) и интервал рабочих температур, устройство может включать в себя управляющий элемент (также называемый «системой регулирования текучей среды») для управления отдельно или совместно: составом, в частности, химическим составом или составом физической фазы, такой как двухфазная система из газа и жидкости, и/или температурой изоляционной среды, и/или абсолютным давлением, плотностью газа, парциальным давлением и/или парциальной плотностью газа изоляционной среды или, по меньшей мере, одного из ее компонентов, соответственно. В частности, управляющий элемент может включать в себя нагреватель и/или испаритель для управления давлением пара гидрофтормоноэфира в соответствии с изобретением, что особенно хорошо подходит для областей применения с низкой температурой окружающей среды. Испаритель может, например, являться ультразвуковым испарителем или может включать в себя распылительные сопла для распыления изоляционной среды в устройство.

Если используется испаритель, он также должен включать в себя дозирующий элемент для установления концентрации гидрофтормоноэфира в изоляционной среде в соответствии с требованиями к напряженности поля при пробое. Это будет примерно показано более подробно ниже для газоизолированного распределительного устройства среднего или высокого напряжения. Более того, управляющий элемент может включать в себя измерительный элемент для измерения контрольных параметров, таких как температура, давление и/или состав, в частности, уровня жидкой фазы, и/или элемент мониторинга для наблюдения за такими параметрами.

Как было упомянуто, данное изобретение также относится к применению гидрофтормоноэфира, в соответствии с тем, как он был описан выше и где-либо еще в данной заявке, в диэлектрической изоляционной среде для электрического устройства для генерации, распределения и/или использования электрической энергии, как также описано здесь.

В вариантах осуществления диэлектрическая изоляционная среда и устройство, включающее в себя диэлектрическую изоляционную среду, и применение гидрофтормоноэфира в качестве диэлектрической изоляционной среды, могут включать в себя, дополнительно к гидрофтормоноэфиру, по меньшей мере, один газообразный компонент а) или элемент а1) газообразного компонента, выбранные из первой группы, состоящей из: воздуха; компонента воздуха, в частности, азота, кислорода или диоксида углерода; оксида азота, диоксида азота, оксида диазота N₂O, CF₃I; благородных газов и, в частности, аргона; метана, гексафторида серы SF₆; перфторуглеродов, в частности тетрафторида углерода CF₄, C₂F₆, C₃F₈ или с-C₄F₈; фторкетонов, в частности, фторкетонов, содержащих ровно 5 или 6, или 7, или 8 атомов углерода; перфторэфиров, в частности, перфтормоноэфиров; и их смесей. Такие газообразные компоненты а1) могут иметь несколько преимуществ, таких как: хорошая диэлектрическая прочность; низкие точки кипения, в частности, более низкие точки кипения по сравнению с гидрофтормо