Диэлектрическая изолирующая среда

Диэлектрическая изолирующая среда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к диэлектрической изолирующей среде, ее применению, и к устройству для генерирования, распределения, и/или передачи, и/или использования электрической энергии, согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Диэлектрические изолирующие среды в жидком или газообразном состоянии традиционно применяются для изоляции электрически активной части в самых различных электрических устройствах, таких как коммутационное оборудование или трансформаторы.

В средне- или высоковольтных коммутационных устройствах, заключенных в металлическую оболочку, например, электрически активную часть размещают в газонепроницаемом корпусе, который определяет изолирующее пространство, причем упомянутое изолирующее пространство содержит изолирующий газ, обычно под давлением вплоть до нескольких бар, и отделяет корпус от электрически активной части, тем самым предотвращая протекание электрического тока между корпусом и активными деталями. Заключенные в металлический корпус коммутационные устройства обеспечивают возможность создания гораздо более компактных конструкций, нежели коммутационные устройства, которые смонтированы вне помещений и изолированы окружающим воздухом. Для прерывания тока в высоковольтном коммутационном устройстве или для гашения дуги короткого замыкания, изолирующий газ дополнительно действует как дугогасящий газ.

Гексафторид серы (SF₆) представляет собой широко применяемый диэлектрический изолирующий газ с превосходной диэлектрической прочностью, будучи используемым для целей изоляции, и также с превосходной дугогасящей способностью, когда его применяют, например, в прерывателе цепи, для гашения дуги при переключении, или, например, в подстанции с газовой изоляцией (GIS) для гашения дуги короткого замыкания. Тетрафторметан в особенности пригоден для применения в ситуациях переключения, благодаря хорошим характеристикам прерывания дуги и очень низкой температуре кипения, -128°С при давления 1 бар (0,1 МПа). Диэлектрическая прочность, или величины напряженности поля пробоя при пониженном давлении, составляют около 84 кВ/(см × бар) для SF₆ и около 31 кВ/(см × бар) для CF₄.

Например, патентный документ WO 2008/073790 раскрывает диэлектрическое газообразное соединение, которое - среди прочих характеристик - имеет низкую температуру кипения в диапазоне между -20°С до -273°С, предпочтительно не истощает озоновый слой, и которое имеет GWP менее, чем около 22200 в расчете на 100-летнюю временную шкалу. Более конкретно, патентный документ WO 2008/073790 раскрывает ряд различных соединений, которые не попадают в пределы одного родового химического определения.

Кроме того, патентный документ US-A-4175048 относится к газообразному изолятору, содержащему соединение, выбранное из группы перфторциклогексена и гексафторазометана, и патентный документ ЕР-A-0670294 раскрывает применение перфторпропана в качестве диэлектрического газа.

Патентный документ ЕР-A-1933432 упоминает трифториодметан (CF₃I) и его применение в качестве изолирующего газа в коммутационном устройстве с газовой изоляцией.

В поиске подходящей замены традиционным изолирующим газам, таким как SF₆ и воздух, было обнаружено, что при использовании фторкетонов, имеющих от 4 до 12 атомов углерода, может быть получена изолирующая среда, которая имеет высокие изоляционные характеристики, в частности, высокую диэлектрическую прочность, и в то же время исключительно низкий потенциал глобального потепления. Настоящее изобретение было предварительно подано как международная патентная заявка № PCT/ЕР2009/057294.

Полезная модель Германии DE 10 2009 009 305 и патент Германии DE 20 2009 025 204 В3 также относятся к переключающему устройству, имеющему герметизированный корпус, который наполнен заполняющей средой, содержащей фторкетон или состоящей из него.

Несмотря на хорошую диэлектрическую прочность фторкетонов согласно международной патентной заявке № PCT/ЕР2009/057294, изоляционные характеристики соответствующей изолирующей среды, содержащей фторкетон, часто ограничены вследствие относительно высоких температур кипения фторкетонов.

В частности, это проявляется в вариантах применения в низкотемпературной окружающей среде. В этом случае только относительно низкое давление насыщенного пара фторкетона может поддерживаться без перехода фторкетона в жидкое состояние. Это ограничивает достижимое молярное отношение фторкетона в газообразной фазе и делало бы необходимым повышение давления заполняющей среды из традиционных изолирующих газов.

Например, минимально допустимая рабочая температура высоко- или средневольтного коммутационного устройства с газовой изоляцией (HV-GIS или MV-GIS) типично может составлять -5°С. При этой температуре для получения диэлектрических характеристик, сравнимых с общепринятыми высокоэффективными изолирующими средами, требуемое давление заполняющего газа изолирующей среды, содержащей, например, фторкетон, имеющий 6 атомов углерода, например, C₂F₅C(O)CF(CF₃)₂, или додекафтор-2-метилпентан-3-он, может быть все еще относительно высоким, и могло бы превосходить давление заполняющего газа, которое выдерживали бы обычные корпусные конструкции, которые типично рассчитаны на величину около 7 бар (0,7 МПа) для вариантов применения в качестве HV-GIS.

Альтернативно или дополнительно, для повышения давления заполняющего газа система может быть нагрета (как показано в принадлежащем авторам настоящего изобретения патентном документе PCT/ЕР2009/057294). Например, если в качестве изолирующей среды используют чистый фторкетон, имеющий 6 атомов углерода, например, C₂F₅C(O)CF(CF₃)₂, или додекафтор-2-метилпентан-3-он, то понадобилось бы нагревание до температуры более 50°С для достижения достаточного давления насыщенного пара фторкетона и для получения желательных изоляционных характеристик для более требовательных вариантов высоковольтного применения. Такое нагревание не всегда осуществимо или рекомендовано как по экономическим, так и по экологическим соображениям.

В статье авторов Yamamoto и др., «Applying a Gas Mixture Containing c-C₄F₈ as an Insulation Medium» («Применение газовой смеси, содержащей c-C₄F₈ в качестве изолирующей среды»), в журнале «IEEE Transactions on Dielectrics and electrical Insulation», том 8, № 6, декабрь 2001 года, описано, что смеси c-C₄F₈ вместе с азотом, воздухом или диоксидом углерода показывают нелинейное возрастание диэлектрической прочности сверх зависимой от концентрации арифметической суммы величин диэлектрической прочности компонентов.

Таким образом, задача, которая должна быть решена настоящим изобретением, состоит в обеспечении изолирующей среды с очень высокой диэлектрической прочностью даже в вариантах низкотемпературного применения, без необходимости активного нагревания системы.

Эта задача решается объектом независимых пунктов формулы изобретения, а именно, с помощью изолирующей среды, ее применения и электрического устройства согласно независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные или примерные варианты осуществления изобретения приведены в описании и в зависимых пунктах формулы изобретения и в любых их комбинациях. В частности, изолирующая среда может содержать смесь различных по меньшей мере частично фторированных фторкетонов. Другими словами, зависимые пункты патентной формулы или зависимости могут определять несколько различных веществ из по меньшей мере, частично фторированных фторкетонов, присутствующих в изолирующей среде.

Согласно пункту 1 формулы изобретения, настоящее изобретение тем самым относится к диэлектрической изолирующей среде, включающей:

а) гексафторид серы (SF₆) и/или тетрафторметан (CF₄) в смеси с

b) по меньшей мере, одним дополнительным компонентом, представляющим собой, по меньшей мере, частично фторированный фторкетон.

Термин «по меньшей мере, частично фторированный фторкетон», как используемый в контексте настоящего изобретения, следует понимать как соединение, которое является частично гидрированным и частично фторированным, или которое является полностью фторированным.

Согласно вариантам осуществления, по меньшей мере частично фторированный фторкетон имеет температуру кипения выше -20°С, предпочтительно выше -15°С, более предпочтительно выше -10°С, еще более предпочтительно выше -5°С, наиболее предпочтительно выше 0°С. Термин «температура кипения», как используемый в контексте настоящего изобретения, следует понимать как температуру кипения при атмосферном давлении, то есть, примерно при давлении 1 бар.

Согласно вариантам осуществления, по меньшей мере частично фторированный фторкетон имеет температуру кипения ниже 50°С, предпочтительно ниже 40°С, более предпочтительно ниже 30°С, еще более предпочтительно ниже 20°С, наиболее предпочтительно ниже 15°С.

Диэлектрическая изолирующая среда согласно вариантам осуществления может представлять собой газовую смесь, которая, кроме SF₆ и также без учета фторкетона, предпочтительно содержит воздух и/или по меньшей мере один компонент воздуха, в частности, выбранный из группы, состоящей из диоксида углерода (СО₂), кислорода (О₂) и азота (N₂), в качестве буферного газа или газа-носителя.

При использовании подходящего примешиваемого газа может быть достигнуто дополнительное повышение диэлектрической прочности изолирующей среды.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, подходящие примешиваемые газы выбирают из группы, состоящей из фторкетонов, содержащих от 4 до 12 атомов углерода, более предпочтительно фторкетонов, содержащих в точности 5 атомов углерода, и/или фторкетонов, содержащих в точности 6 атомов углерода. Согласно одному особенно предпочтительному варианту осуществления, в качестве примешиваемого газа используют додекафтор-2-метилпентан-3-он и/или декафтор-2-метилбутан-3-он, так как было найдено, что они имеют очень высокие изоляционные характеристики и исключительно низкое значение GWP. Диэлектрическая изолирующая среда, содержащая такие фторкетоны, была раскрыта в ранее поданной Международной Патентной Заявке PCT/ЕР2009/057294, содержание которой настоящим включено ссылкой в данную заявку.

В одном аспекте изобретения показано, что смеси, в частности газовые смеси, диэлектрической изолирующей среды из фторкетонов, в частности, фторкетонов, содержащих в точности 5 и/или в точности 6 атомов углерода, по меньшей мере, с одним диэлектрическим газовым компонентом, выбранным из группы, состоящей из: азота, воздуха, диоксида углерода, или их смесей, проявляют нелинейное возрастание диэлектрической прочности сверх зависимой от парциального давления арифметической суммы величин диэлектрической прочности компонентов. В качестве меры диэлектрической прочности может быть использована величина напряженности поля пробоя при пониженном давлении E_crit.

Однако, кроме вышеуказанных вариантов осуществления газовых смесей, также возможно, что изолирующая среда или, по меньшей мере, один из ее компонентов находится в жидкой форме при определенных условиях работы, или даже постоянно. Здесь «жидкую форму» следует понимать в широком смысле как охватывающую любое состояние материала или смеси, которая содержит, по меньшей мере частично, жидкость в любом виде, например, жидкую фазу, аэрозольную фазу, пересыщенную паровую фазу, или их комбинации. Такая жидкая форма изолирующей среды, или, по меньшей мере, одного из ее компонентов, могла бы, например, присутствовать в вариантах применения в низкотемпературной окружающей среде. В частности, изолирующая среда может представлять собой двухфазную систему, содержащую фторкетон как в жидком, так и в газообразном состоянии. Более конкретно, изолирующая среда может представлять собой аэрозоль, содержащий капельки фторкетона, диспергированные в газовой фазе, включающей фторкетон в газообразном состоянии.

Изоляционные свойства изолирующего газа, и в частности, его величину напряженности поля пробоя, можно регулировать с помощью температуры, давления и/или состава системы. Если используют двухфазную систему, содержащую фторкетон как в жидкой, так и в газообразной фазе, повышение температуры приводит не только к возрастанию абсолютного давления, но и к увеличению концентрации фторкетона в изолирующем газе вследствие большего давления насыщенного пара.

Было обнаружено, что для многих вариантов применения изолирующего газа, таких как варианты применения в средне- или высоковольтном диапазоне, достаточное молярное отношение, то есть, молярное отношение фторкетона к остальным компонентам среды (в основном газу-носителю или буферному газу, включающему SF₆), и тем самым также достаточная величина напряженности поля пробоя, могут быть достигнуты даже при очень низких температурах работы, например, пониженных до около -30°С или даже -40°С, даже без дополнительных мер, таких как внешнее нагревание или испарение.

Как было упомянуто, изолирующая среда в таких вариантах осуществления является в особенности пригодной для электрических вариантов применения. Настоящее изобретение тем самым также относится к применению вышеописанного фторкетона в диэлектрической изолирующей среде для устройства, предназначенного для генерирования, передачи, распределения и/или использования электрической энергии.

Термин «фторкетон», как используемый в настоящей заявке, должен быть интерпретирован в широком смысле, и должен охватывать как перфторкетоны, так и гидрофторкетоны, и должен дополнительно охватывать как насыщенные соединения, так и ненасыщенные соединения, то есть, соединения, включающие двойные и/или тройные связи. По меньшей мере, частично фторированная алкильная цепь фторкетонов может быть линейной или разветвленной. В примерных вариантах осуществления фторкетон представляет собой перфторкетон, и/или фторкетон имеет разветвленную алкильную цепь, в частности, по меньшей мере частично фторированную алкильную цепь, и/или фторкетон содержит полностью насыщенные соединения. Выражение, что «фторкетон содержит полностью насыщенные соединения», означает, что сюда могут входить как одиночный полностью насыщенный фторкетон, то есть, фторкетон без любой двойной связи или тройной связи, так и смесь двух или больше полностью насыщенных фторкетонов.

Сравнительно с фторкетонами, имеющими более длинную цепь с более чем 5 атомами углерода, фторкетоны, содержащие 5 атомов углерода, имеют преимущество в относительно низкой температуре кипения, обеспечивая возможность создания относительно высокой мольной доли таких 5-углеродных фторкетонов в изолирующей среде и избегая проблем с переходом в жидкое состояние даже при низких температурах.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, фторкетон представляет собой, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, описываемых следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора:

Фторкетоны, содержащие 5 или более атомов углерода, здесь сокращенно названные фторкетонами а), являются дополнительно благоприятными, поскольку они в основном нетоксичны, с очень высокими допустимыми пределами для охраны здоровья человека. Этим они отличаются от фторкетонов, имеющих менее 4 атомов углерода, таких как гексафторацетон (или гексафторпропанон), которые токсичны и очень реакционноспособны.

В вариантах осуществления настоящего изобретения предпочтительны фторкетоны, в частности, фторкетоны а), имеющие разветвленную алкильную цепь, поскольку их температуры кипения являются более низкими, чем температуры кипения соответствующих соединений (то есть, соединений с такой же молекулярной формулой), имеющих линейную алкильную цепь.

Согласно вариантам осуществления, фторкетон а) представляет собой перфторкетон, в частности, имеет молекулярную формулу C₅F₁₀O, то есть, является полностью насыщенным без двойных или тройных связей. Фторкетон а) более предпочтительно может быть выбран из группы, состоящей из 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-она (также называемого декафтор-2-метилбутан-3-оном), 1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-декафторпентан-2-она и 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 представляет собой 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-он.

1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-он может быть представлен следующей структурной формулой (I):

1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-он, сокращенно называемый здесь «С5-кетон», с молекулярной формулой CF₃C(O)CF(CF₃)₂, или C₅F₁₀O, был найден особенно предпочтительным для изоляции в высоко- и средневольтных вариантах применения, поскольку он имеет преимущество в высоких характеристиках диэлектрической изоляции, в частности, в смесях с диэлектрическим компонентом b) газа-носителя, имеет очень низкое значение GWP и имеет низкую температуру кипения. Он имеет нулевой потенциал истощения озонового слоя и является особенно нетоксичным.

Согласно вариантам осуществления, мольная доля С5-кетона в изолирующей среде варьирует от около 5% до около 15%, предпочтительно от около 6% до около 10%, когда используют традиционные значения давления заполняющего газа в высоковольтных GIS, и от около 10% до 40%, когда применяют традиционные значения давления заполняющего газа в средневольтных GIS. Такие диапазоны мольной доли имеют то преимущество, что не происходит переход фторкетона в жидкое состояние, даже если изолирующую среду используют в низкотемпературной окружающей среде, например, до температур ниже 0°С, в частности, до -5°С. В примерных вариантах осуществления мольная доля фторкетона также может составлять более 1%, предпочтительно более 2%, более предпочтительно свыше 3%, в частности, более 3,5%.

Согласно вариантам осуществления, еще более высокие изоляционные характеристики могут быть достигнуты объединением смеси из различных фторкетонных компонентов. В вариантах осуществления фторкетон, содержащий в точности 5 атомов углерода, как описанный выше и здесь сокращенно называемый фторкетоном а), и фторкетон, содержащий в точности 6 атомов углерода, как описанный выше и здесь сокращенно называемый фторкетоном с), могут благоприятно составлять часть диэлектрической изоляции в одно и то же время.

Таким образом, может быть достигнута изолирующая среда, имеющая более чем один фторкетон, каждый из которых вносит свой собственный вклад в диэлектрическую прочность диэлектрической изолирующей среды. В этом варианте осуществления в особенности предпочтительно, чтобы каждый фторкетон, включенный в смесь, имел парциальное давление, которое соответствует, по меньшей мере, приблизительно, давлению его насыщенного пара, по меньшей мере, при минимальной рабочей температуре диэлектрической изолирующей среды или электрического устройства, содержащего диэлектрическую изолирующую среду, соответственно; таким образом, высокое общее молярное отношение фторкетонов может быть получено и может поддерживаться в газовой фазе, что позволяет получить очень высокую диэлектрическую прочность диэлектрической изолирующей среды.

Такие дополнительные фторкетоны предпочтительно содержат в точности 4 атома углерода, и/или в точности 5 атомов углерода, и/или в точности 6 атомов углерода, и/или в точности 7 атомов углерода, и/или в точности 8 атомов углерода.

В вариантах осуществления дополнительный фторкетон с) представляет собой, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, описываемых следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора.

и/или представляет собой, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, описываемых следующими структурными формулами, в которых, по меньшей мере, один атом водорода замещен атомом фтора.

(IIIn), называемый додекафторциклогептаноном.

Настоящее изобретение охватывает каждую и всякую комбинацию любого из соединений, выбранных из группы, состоящей из соединений со структурными формулами от Ia до Id, от IIa до IIg, от IIIa до IIIn.

Более предпочтительно, фторкетон содержит в точности 6 атомов углерода; такой фторкетон является нетоксичным, с очень высокими допустимыми пределами для охраны здоровья человека.

В вариантах осуществления фторкетон с), подобно фторкетону а), представляет собой перфторкетон, и/или имеет разветвленную алкильную цепь, в частности, по меньшей мере, частично фторированную алкильную цепь, и/или фторкетон с) содержит полностью насыщенные соединения. В частности, фторкетон с) имеет молекулярную формулу C₆F₁₂O, то есть, является полностью насыщенным, без двойных или тройных связей. Более предпочтительно, фторкетон с) 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), 1,1,1,4,4,4-гексафтор-3,3-бис-(трифторметил)бутан-2-она (также называемого додекафтор-3,3-(диметил)бутан-2-оном), додекафторгексан-2-она и додекафторгексан-3-она, и декафторциклогексанона, и, в частности, представляет собой упомянутый 1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-2-(трифторметил)пентан-3-он.

1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-2-(трифторметил)пентан-3-он (также называемый додекафтор-2-метилпентан-3-оном), может быть представлен следующей структурной формулой (II):

1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-3-он (здесь сокращенно называемый «С6-кетон»), с молекулярной формулой C₂F₅C(О)CF(CF₃)_2, был найден в особенности предпочтительным для изоляции в высоковольтных вариантах применения, благодаря его высоким изоляционным характеристикам и его исключительно низкому значению GWP. Он имеет нулевой потенциал истощения озонового слоя и нетоксичен (LC50 (4 часа) около 100000 млн^-1). Таким образом, его воздействие на окружающую среду является гораздо меньшим, чем в случае традиционных изолирующих газов, и в то же время достигнуты очень высокие допустимые пределы для охраны здоровья человека.Мольная доля фторкетона с) в изолирующей среде предпочтительно должна варьировать от около 1% до около 15%, предпочтительно от около 1% до около 10%, более предпочтительно от около 1% до около 4%, наиболее предпочтительно от 1% до 3%, во избежание перехода фторкетона в жидкое состояние при низких температурах, например, до температур менее 0°С, например, ниже -5°С. В вариантах осуществления мольная доля также может быть выше, чем 0,1%, предпочтительно выше 0,5%, более предпочтительно свыше 1%, в частности, более 2%.

Как было упомянуто выше, изолирующая среда согласно настоящему изобретению является в особенности пригодной в электрических вариантах применения. Настоящее изобретение тем самым также относится к применению вышеописанной комбинации компонентов в качестве диэлектрической изолирующей среды в устройстве для генерирования, и/или передачи, и/или распределения, и/или использования электрической энергии.

Подобным образом, настоящее изобретение также относится к устройству для генерирования, и/или передачи, и/или распределения, и/или использования электрической энергии, причем упомянутое устройство содержит корпус, определяющий изолирующее пространство и электрически активную часть, размещенную в изолирующем пространстве. Это изолирующее пространство содержит изолирующую среду, описываемую на всем протяжении настоящей заявки.

Термин «электрически активная часть» в настоящей заявке должен толковаться в широком смысле как включающий проводник любого типа, компоновку проводников, переключатель, проводящий компонент, разрядник для защиты от искровых перенапряжений, и тому подобные, и, кроме того, должен пониматься как любая часть, которая может быть приведена в действие электрическим путем, то есть, может быть подвергнута воздействию напряжения, по меньшей мере, в одном рабочем состоянии, то есть, могут по-прежнему иметь место другие временно неактивные рабочие состояния или локально неактивные рабочие состояния части.

В частности, устройство согласно настоящему изобретению включает в себя коммутационное устройство, в частности, с воздушной изоляцией или коммутационное устройство с газовой изоляцией в металлической (или иным образом) герметизирующей оболочке, или гибридное коммутационное устройство, или средневольтный коммутатор выключения, или блок кольцевой сети, или баковый выключатель, или PASS-модуль (модуль «plug-and-switch»), или часть и/или компонент его, в частности, токопроводящую шину, проходной изолятор, кабель, кабель с газовой изоляцией, соединение кабелей, трансформатор тока, трансформатор напряжения, и/или разрядник для защиты от искровых перенапряжений.

Коммутационные устройства, в частности, коммутационные устройства с газовой изоляцией (GIS), как таковые хорошо известны квалифицированному специалисту в этой области технологии. Один пример коммутационного устройства, для которого в особенности хорошо пригодно настоящее изобретение, представляет собой, например, показанный в патентном документе ЕР-А-1933432, абзацы от [0011] до [0015], содержание которого тем самым включено здесь ссылкой.

Кроме того, предпочтительно, чтобы устройство представляло собой переключатель, в частности, заземляющий переключатель (например, быстродействующий заземляющий переключатель), разъединитель, объединенный разъединитель и заземляющий переключатель, выключатель нагрузки, или прерыватель цепи, в частности, прерыватель цепи среднего напряжения, прерыватель цепи генератора, и/или прерыватель цепи высокого напряжения. В частности, прерыватель цепи высокого напряжения может иметь камеру сжатия, например, компрессионную камеру и/или нагревательную камеру, для создания самовзрывного эффекта, в котором при операции переключения по меньшей мере частично фторированный фторкетон или фторкетоны разлагается или разлагаются до фторуглеродных соединений, имеющих меньшее число атомов углерода, предпочтительно в камере сжатия и/или в зоне образования дуги, во время фазы дугогашения. Такое молекулярное разложение смеси или смесей по меньшей мере частично фторированных фторкетонов позволяет дополнительно увеличить число молекул и тем самым давление, которое является доступным для гашения дуги. Кроме того, разложение молекул по меньшей мере частично фторированного(-ных) фторкетона(-нов) также происходит в зоне образования дуги, что дополнительно повышает давление взрывного дугогашения. Примешанный или примешанные по меньшей мере частично фторированный(-ные) фторкетон(-ны) также полезны в зоне выпуска газов прерывателя цепи, поскольку довольно низкая температура диссоциации недиссоциированного по меньшей мере частично фторированного фторкетона действует как температурный барьер в отходящем газе. Другими словами, тепловая энергия отходящего газа может быть поглощена диссоциацией недиссоциированного фторкетона в отходящем газе, что предотвращает дальнейшее повышение температуры в зоне выпуска газов выше температуры диссоциации фторкетона. Таким образом, диэлектрическая изоляция согласно настоящей заявке имеет хорошую способность гасить дугу. Без любого намерения вдаваться в теорию, представляется, что эта способность гасить дугу может быть, по меньшей мере, частично, обусловлена рекомбинацией продуктов диссоциации, например, фторкетона, внутри зоны образования дуги, например, главным образом до тетрафторметана (CF₄), который хорошо известен как высокоэффективная дугогасящая среда.

Согласно еще одному варианту осуществления, устройство может представлять собой трансформатор, в частности, распределительный трансформатор или силовой трансформатор.

Согласно другим дополнительным вариантам осуществления, устройство также может быть, например, электрической вращающейся машиной, генератором, двигателем, приводом, полупроводниковым устройством, силовым электронным устройством, и/или их компонентом.

В частности, изобретение относится к средне- или высоковольтному устройству. Термин «средневольтный», как используемый здесь, имеет отношение к напряжению в диапазоне от 1 кВ до 72 кВ, тогда как термин «высоковольтный» имеет отношение к напряжению свыше 72 кВ. Возможны также варианты применения в низковольтном диапазоне ниже 1 кВ.

Для достижения желательных номинальных диэлектрических параметров устройства, таких как требуемая электрическая прочность диэлектрика и диапазон рабочих температур, устройство может содержать блок управления (также называемый «системой контроля и очистки текучих сред») для регулирования по отдельности или в сочетании: состава - в частности, химического состава или физического фазового состава, такого как двухфазная система газ/жидкость, и/или температуры изолирующей среды, и/или абсолютного давления заполняющего газа, плотности газа, парциального давления и/или парциальной плотности газа изолирующей среды или, по меньшей мере, одного из ее компонентов, соответственно. В частности, блок управления может содержать нагреватель и/или испаритель, чтобы регулировать давление паров компонентов изолирующей среды согласно изобретению, которое в особенности соответствует вариантам применения в низкотемпературной окружающей среде вплоть до -20°С. Испаритель может представлять собой, например, ультразвуковой испаритель, или может содержать распылительные форсунки для разбрызгивания изолирующей среды в устройство.

В одном примерном варианте осуществления, в частности, для высоковольтных вариантов применения в низкотемпературной окружающей среде, парциальное давление по меньшей мере частично фторированного(-ных) фторкетона(-нов) может быть обеспечено в изолирующей среде нагреванием и/или испарением, чтобы парциальное давление фторкетона поддерживалось на желательном уровне давления.

В примерных вариантах осуществления устройство содержит контрольно-измерительное устройство и/или дозатор для задания концентрации по меньшей мере частично фторированного(-ных) фторкетона(-нов), в частности, согласно любому зависимому пункту формулы изобретения, в изолирующей среде соответственно необходимым диэлектрической изоляционной способности или диэлектрической прочности.

Термин «диэлектрическая изоляционная способность» или «диэлектрическая прочность» в настоящей заявке должен пониматься в широком смысле и может включать в себя более конкретную характеристику с использованием величины напряженности электрического поля пробоя, которая может быть определена при заданных условиях измерения. Это будет в порядке примера более подробно показано ниже для средне- или высоковольтного коммутационного устройства с газовой изоляцией. Кроме того, блок управления может содержать измерительное устройство для измерения параметров управления, таких как температура, плотность, давления и/или состав - в частности, уровень жидкой фазы - и/или контрольно-измерительный блок для контроля этих параметров.

Однако диэлектрическая изолирующая среда предпочтительно имеет такой состав, что не присутствуют ни дозатор, ни блок регулирования температуры, ни активное регулирование температуры, ни испаритель. Другими словами, диэлектрическая изолирующая среда должна оставаться газообразной и сохранять свою диэлектрическую прочность при всех рабочих условиях, и, в частности, при всех рабочих температурах.

Иначе говоря, конденсация диэлектрической изолирующей среды согласно изобретению должна быть исключена в условиях эксплуатации электрического устройства, в частности, даже при низких рабочих температурах. Это достигается с использованием SF₆ и/или CF₄, в смеси с фторкетоном. SF₆ и/или CF₄ в ней представляют собой газы, имеющие очень низкие температуры кипения и хорошую диэлектрическую прочность или способность дугогашения, однако имеют недостаток в повышенном GWP. Фторкетон или фторкетоны обеспечивает или обеспечивают превосходную диэлектрическую прочность и превосходный GWP, близкий к 1, и имеют все еще достаточно низкие температуры кипения (при давлении 1 бар), так что они могут присутствовать в газообразной фазе с достаточными парциальными давлениями при всех рабочих температурах.

В одном дополнительном аспекте изобретения, с использованием гексафторида серы SF₆ в смеси с фторкетоном и дополнительным диэлектрическим газовым компонентом, выбранным из группы, состоящей из азота и воздуха, диэлектрическая прочность повышается в два раза, с одной стороны, в результате первого нелинейного возрастания диэлектрической прочности фторкетона с азотом или воздухом, и, с другой стороны, второго нелинейного возрастания диэлектрической прочности гексафторида серы SF₆ с азотом или воздухом.

В еще одном дополнительном аспекте изобретения диэлектрическая изолирующая среда и электрическое устройство, включающее с-C₄F₈ в смеси с фторкетоном и дополнительным диэлектрическим газовым компонентом, выбранным из группы, состоящей из азота, воздуха, диоксида углерода, и их смесей, проявляют диэлектрическую прочность, которая повышена, по меньшей мере, в два раза или многократно, а именно, с одной стороны, в результате, по меньшей мере, одного первого нелинейного возрастания диэлектрической прочности фторкетона с азотом, и/или воздухом, и/или диоксидом углерода, и, с другой стороны, по меньшей мере, одного третьего нелинейного возрастания диэлектрической прочности с-C₄F₈ с азотом, и/или воздухом, и/или диоксидом углерода. В комбинациях, содержащих три или более соединений, объединенное нелинейное возрастание диэлектрической прочности может отличаться по величине от попарных нелинейных возрастаний диэлектрической прочности.

В еще одном дополнительном аспекте изобретения представлены диэлектрическая изолирующая среда, электрическое устройство и применение в качестве диэлектрической изолирующей среды, содержащей первый диэлектрический изолирующий газовый компонент L), выбранный из первой группы, состоящей из: гексафторида серы SF₆, перфторуглеродов, тетрафторметана CF₄, C₂F₆, C₃F₈, c-C₄F₈, трифториодметана CF₃I, диоксида азота NO₂, оксида азота NO, закиси азота N₂O, и их смесей, в частности, гексафторида серы (SF₆), и/или тетрафторметана (CF₄), и/или трифториодметана (CF₃I), в смеси, по меньшей мере, с одним газообразным по меньшей мере частично фторированным фторкетоном в диэлектрической изолирующей среде, в частности, как обсуждалось выше, для устройства для генерирования, и/или передачи, и/или распределения, и/или использования электрической энергии.

Кроме того, первая группа диэлектрических изолирующих газовых компонентов L) также может содержать: метан СН₄, монооксид углерода СО, водород Н₂, инертные газы, в частности, Не, Ar, Kr; и их смеси.

Таким образом, настоящим также раскрыта диэлектрическая изолирующая среда, применение в качестве диэлектрической изолирующей среды, и электрическое устройство, которое содержит смесь, в частности, газовую смесь, содержащую фторкетон вместе с трифториодметаном CF₃I. Поэтому в одном аспекте изобретения диэлектрическая изолирующая среда может состоять из трифториодметана (CF₃I) в смеси, по меньшей мере, с одним дополнительным компонентом, представляющим собой, по меньшей мере, частично фторированный фторкетон. Трифториодметан (CF₃I) может присутствовать в качестве альтер