Диэлектрическая изолирующая среда

Диэлектрическая изолирующая среда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к диэлектрической изолирующей среде по п.1, к использованию конкретной смеси по пп.39, 40 в качестве диэлектрической изолирующей среды, а также к использованию диэлектрической изолирующей среды по п.44, к аппарату для генерации и/или передачи, и/или распределения, и/или использования электрической энергии по п.50, 63 и к способу для определения размеров электрического аппарата по п.66.

Диэлектрические изолирующие среды в жидком или газообразном состоянии обычно применяют для изоляции электрически активной части в широком спектре электрических аппаратов, таких как распределительное оборудование или трансформаторы.

В распределительном оборудовании среднего или высокого напряжения в металлической оболочке, например, электрически активную часть располагают в газонепроницаемом корпусе, который определяет изолирующее пространство, указанное изоляционное пространство содержит изоляционный газ обычно под давлением вплоть до нескольких бар и отделяет корпус от электрически активной части, таким образом, препятствуя протеканию электрического тока между корпусом и активными частями. Распределительное оборудование в металлической оболочке допускает значительно более компактную конструкцию, чем распределительное оборудование, которое устанавливают на улице и изолируют посредством окружающего воздуха. Для прерывания тока в распределительном оборудовании высокого напряжения изолирующий газ дополнительно выполняет функцию газа гашения электрической дуги.

Стандартные изоляционные газы с высокими изоляционными и распределительными рабочими параметрами оказывают некоторое влияние на окружающую среду после выброса в атмосферу. До сих пор с высоким потенциалом глобального потепления (GWP) этих изоляционных газов справлялись посредством строгого контроля за утечками газов в аппаратах с газовой изоляцией и посредством очень бережного обращения с газами.

Стандартные экологичные изоляционные газы, такие как сухой воздух или CO₂, обладают достаточно низкими изоляционными рабочими параметрами, таким образом, требуя очень неблагоприятного повышения давления газа и/или изоляционных расстояний.

По указанным выше причинам в прошлом были предприняты усилия для того, чтобы заменить стандартные изоляционные газы на подходящие заменители.

Например, в WO 2008/073790 раскрыто диэлектрическое газообразное соединение, которое среди других характеристик имеет низкую точку кипения в диапазоне между от -20°C до -273°C, предпочтительно является не сокращающим озоновый слой и имеет GWP приблизительно меньше, чем 22,200 на 100-летней шкале времени. В частности, в WO 2008/073790 раскрыто множество различных соединений, которые не охватываются общим химическим определением.

Кроме того, US-A-4175048 относится к газообразному изолятору, содержащему соединение, выбранное из группы перфторциклогексена и гексафторазометана, а в EP-A-0670294 раскрыто использование перфторпропана в качестве диэлектрического газа.

EP-A-1933432 относится к трифторйодметану (CF₃I) и его использованию в качестве изолирующего газа в распределительном оборудовании с газовой изоляцией. В этом отношении, в документе говорят как об электрической прочности, так и о рабочих параметрах прерывания, являющихся важными требованиями к изолирующему газу. Согласно EP-A-1933432 CF₃I имеет GWP 5 и, таким образом, считается оказывающим относительно низкое воздействие на окружающую среду. Однако, в силу его относительно высокой точки кипения -22°C, CF₃I смешивается с CO₂. Предложенные газовые смеси имеют только приблизительно 80% от удельных изоляционных рабочих параметров чистой стандартной изолирующей среды. Это приходится компенсировать посредством повышенного давления газа и/или посредством увеличенных изоляционных расстояний.

При поиске подходящего заменителя обнаружено, что за счет использования фторкетонов, имеющих от 4 до 12 углеродных атомов, можно получать изолирующую среду, которая обладает высокими изоляционными возможностями, в частности, высокой электрической прочностью, и одновременно чрезвычайно низким потенциалом глобального потепления. Это изобретение было подано ранее в виде международной патентной заявки № PCT/EP2009/057294.

Немецкая полезная модель DE 202009009305 U1 и немецкий патент DE 102009025204 B3 также относятся к распределительному устройству, имеющему оболочку, которая заполнена заполняющей средой, содержащей фторкетон.

Несмотря на хорошую электрическую прочность фторкетонов, согласно международной патентной заявке № PCT/EP2009/057294, изоляционные рабочие параметры соответствующей изолирующей среды, содержащей фторкетон, часто ограничены в связи с относительно высокими точками кипения фторкетонов.

В частности, это имеет место для применения в низкотемпературной окружающей среде. В этом случае только давление относительно низконасыщенного пара фторкетона можно поддерживать без превращения фторкетона в жидкость. Это ограничивает достижимое молярное отношение фторкетона в газообразной фазе и будет делать необходимым увеличенное давление наполнения стандартными изолирующими газами.

Например, минимально допустимая рабочая температура распределительного оборудования высокого или среднего напряжения с газовой изоляцией (HV-GIS или MV-GIS) типично может составлять -5°C. При этой температуре для получения диэлектрических рабочих параметров, сравнимых со стандартными изолирующими средами с высокими рабочими параметрами, требуемое давление наполнения изолирующей среды, содержащей, например, фторкетон, имеющий 6 углеродных атомов, например, C₂F₅C(O)CF(CF₃)₂ или додекафтор-2-метилпентан-3-он, все еще может быть относительно высоким и может превышать давление наполнения, которое могут выдержать конструкции обыкновенных корпусов, которое типично составляет приблизительно 7 бар для применения в HV GIS.

Альтернативно или в дополнение к повышению давления наполнения, систему можно нагревать (как показано в PCT/EP2009/057294). Если использовать, например, чистый фторкетон, имеющий 6 углеродных атомов, например, C₂F₅C(O)CF(CF₃)₂ или додекафтор-2-метилпентан-3-он, в качестве изолирующей среды, будет необходимо нагревание больше, чем до 50°C для того, чтобы достичь достаточного давления насыщенного пара фторкетона и чтобы получить желаемые изоляционные рабочие параметры для более жестких применений с высоким напряжением. Такое нагревание не всегда возможно или рекомендовано как по экономическим, так и по экологическим причинам и причинам надежности.

Цель, которая должна быть достигнута посредством настоящего изобретения, таким образом, состоит в том, чтобы предоставить изолирующую среду, имеющую очень низкий GWP, которая одновременно обладает высокими изоляционными возможностями также при относительно низких рабочих температурах и при умеренных давлениях наполнения, таким образом, позволяя достигать изоляционных рабочих параметров, сравнимых с одной из изолирующих сред с высокими рабочими параметрами, обладающих более высоким GWP.

Эту цель достигают посредством объекта независимых пунктов формулы изобретения, а именно посредством изолирующей среды по п.1, применения по пп.39, 40 и 44, аппарата по п.50 и 63 и способа определения размеров по п.66 для такого аппарата. Примеры вариантов осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом, по п.1 настоящее изобретение относится к диэлектрической изолирующей среде, содержащей

a) фторкетон, содержащий точно 5 углеродных атомов, который здесь кратко называют «фторкетон a)», в смеси с

b) компонентом диэлектрического изоляционного газа, который здесь кратко называют «компонент диэлектрического изоляционного газа b)», отличным от указанного фторкетона a).

В контексте настоящего изобретения термин «отличный от» следует понимать широко для того, чтобы охватывать другие компоненты диэлектрических изоляционных газов b), которые не происходят от группы химических соединений, подпадающих под определение фторкетонов, в частности, фторкетонов, имеющих точно 5 углеродных атомов. Другими словами, другой компонент диэлектрического изоляционного газа b) должен содержать какой-либо газ или компонент газа, который не представляет собой фторкетон, имеющий точно 5 углеродных атомов. Другими словами, диэлектрическая изолирующая среда состоит из менее чем 100% фторкетона a). С целью ясности, термин «компонент диэлектрического изоляционного газа b)» следует понимать так, что он может содержать всего один компонент газа или может содержать смесь по меньшей мере из двух элементов компонента газа b1), b2), … bn).

В частности, компонент диэлектрического изоляционного газа b) имеет низкую точку кипения, более конкретно - точку кипения при атмосферном давлении по меньшей мере на 50 K, предпочтительно по меньшей мере на 70 K, в частности, по меньшей мере на 100 K ниже точки кипения фторкетона a) при атмосферном давлении. Термин «точка кипения» или «точка кипения при атмосферном давлении», как используют в контексте настоящего изобретения, следует понимать как точку кипения при атмосферном давлении, т.е. приблизительно при 1 бар.

Типично, компонент диэлектрического изоляционного газа b) является инертным и/или нетоксичным и/или невоспламеняемым. Предпочтительно, он имеет электрическую прочность больше, чем 10 кВ/(см бар), предпочтительно больше, чем 20 кВ/(см бар), в частности больше, чем 30 кВ/(см бар). В примерах вариантов осуществления компонент диэлектрического изоляционного газа b) представляет собой газ-носитель, который сам имеет более низкую электрическую прочность, чем фторкетон a). Его потенциал сокращения озонового слоя предпочтительно составляет 0.

Изобретение основано на неожиданном открытии того, что, если фторкетон, содержащий точно 5 углеродных атомов, используют в качестве первого компонента диэлектрического изоляционного газа в смеси с дополнительным компонентом диэлектрического изоляционного газа, например, воздуха или диоксида углерода, получаемые диэлектрические изоляционные рабочие параметры или электрическая прочность смеси значительно выше, чем ожидают от линейного суммирования электрической прочности каждого отдельного компонента газа в смеси. Таким образом, сильное непропорциональное или нелинейное повышение электрической прочности изоляционной газовой смеси, содержащей фторкетон a) и отличающийся или дополнительный компонент газа b), предоставлено в первый раз. Такое нелинейное повышение электрической прочности смеси в соответствии с изобретением прежде было не известно.

Обнаружение нелинейного эффекта, достигаемого посредством диэлектрической изолирующей среды по настоящему изобретению, было удивительным; это видно, например, когда сравнивают электрическую прочность смеси по настоящему изобретению со смесями, раскрытыми на фиг.1.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, диэлектрическая изолирующая среда, в частности, диэлектрический изоляционный газ, таким образом, имеет нелинейно увеличенную электрическую прочность, которая больше, чем сумма электрических прочностей компонентов газа диэлектрической изолирующей среды. Тем самым, особенно предпочтительно, чтобы компонент диэлектрического изоляционного газа b) представлял собой газ-носитель, который присутствует в большем количестве, чем фторкетон a).

Другими словами, тип и количество компонента газа b) и количество фторкетона a) предпочтительно выбирают так, что достигают нелинейного увеличения электрической прочности изолирующей среды относительно суммы электрических прочностей компонентов газа диэлектрической изолирующей среды.

В примере варианта осуществления диэлектрической изолирующей среды в соответствии с настоящим изобретением в системе устанавливают напряженность поля при пробое Ebd, указанную Ebd определяют с помощью следующего уравнения:

Ebd=s⋅(p_a⋅E_crit,a + p_b⋅E_crit,b),

в котором

p_a представляет собой парциальное давление фторкетона a),

p_b представляет собой парциальное давление компонента диэлектрического изоляционного газа b),

E_crit,a представляет собой напряженность поля при электрическом пробое при пониженном давлении фторкетона a),

E_crit,b представляет собой напряженность поля при электрическом пробое при пониженном давлении компонента диэлектрического изоляционного газа b), и

s представляет собой синергический коэффициент Ebd_measured/Ebd_lin.calc., причем Ebd_measured представляет собой измеренную или фактическую напряженность поля при пробое диэлектрической изолирующей среды, в частности, смеси ее газовых компонентов, и Ebd_lin.calc представляет собой линейно вычисляемую сумму электрических напряженностей поля при пробое для фторкетона a) и диэлектрического компонента газа b),

где смесь выбирают так, что синергический коэффициент s больше, чем 1.

Другими словами, смесь должна содержать по меньшей мере один конкретный диэлектрический компонент газа b), в частности газ-носитель, который вместе с фторкетоном a) обеспечивает нелинейное увеличение электрической прочности относительно арифметической суммы электрических прочностей компонентов газа, присутствующих в смеси, результатом чего является синергический коэффициент s больше 1 в приведенном выше уравнении.

В примере варианта осуществления выраженное нелинейное увеличение достигают для фторкетона a), содержащего точно 5 углеродных атомов в смеси с воздухом в качестве компонента диэлектрического изоляционного газа b) в соотношении p_a к p_b в диапазоне от 0,04:1 до 0,6:1.

В приведенном выше уравнении напряженность поля при пробое Ebd диэлектрической изолирующей среды, в частности, смеси ее газовых компонентов, напряженность поля при электрическом пробое при пониженном давлении E_crit,a для фторкетона a) и напряженность поля при электрическом пробое при пониженном давлении E_crit,b для компонента диэлектрического изоляционного газа b) определяют в первом схожем, предпочтительно первом идентичном, измерительном аппарате, и, в частности, определяют в электрическом аппарате, в котором диэлектрическая изолирующая среда подлежит использованию.

Кроме того, при определении синергического коэффициента (или синергического показателя), измеряемую напряженность поля при пробое Ebd_measured диэлектрической изолирующей среды, в частности, смеси ее газовых компонентов, и линейно вычисляемую сумму Ebd_lin.calc напряженностей поля при электрическом пробое для фторкетона a) и диэлектрического компонента газа b) определяют во втором схожем, предпочтительно втором идентичном, измерительном аппарате и, в частности, определяют в электрическом аппарате, в котором диэлектрическая изолирующая среда подлежит использованию. Кроме того, первый и второй измерительные аппараты могут являться одним и тем же.

Как отмечено, E_crit,a и E_crit,b определяют как независящую от давления напряженность поля при электрическом пробое для соответствующего компонента при определенных условиях измерения, таких как конфигурация электрода, неровность поверхности, полярность и т.д. Типично, значимый синергический коэффициент можно определять, если такие условия измерения сохраняются постоянными по мере того, как обменивают или смешивают компоненты газа a) и b). E_crit,a и E_crit,b, таким образом, обозначают напряженности поля при электрическом пробое, получаемые для компонентов a) и b) в их чистой форме и нормализованные к давлению 1 бар.

Ebd_lin.calc. также можно выражать как p_a⋅E_crit,a + p_b⋅E_crit,b, причем p_a, p_b, E_crit,a и E_crit,b имеют значения, указанные в настоящем документе.

Как подробно показано ниже, обнаружено, что синергический коэффициент s наиболее заметно зависит от отношения парциального давления p_a фторкетона a) к парциальному давлению p_b компонента диэлектрического изоляционного газа b).

В вариантах осуществления изобретения тип и количество компонента газа b) и количество фторкетона a) выбирают так, что синергический коэффициент s составляет больше, чем 101%, предпочтительно больше, чем 105%, более предпочтительно больше, чем 110% и наиболее предпочтительно больше, чем 115%. Таким образом, обнаружено, что синергический коэффициент также представляет собой функцию от типа компонента газа b).

Термин «фторкетон», как используют в настоящем документе, следует интерпретировать широко, и он должен охватывать как перфтор кетоны, так и гидрофторкетоны. Термин также должен охватывать как насыщенные соединения, так и ненасыщенные соединения, содержащие двойные и/или тройные связи. По меньшей мере частично фторированный углеродный остов и, соответственно, алкиловые цепи фторкетона могут быть линейными или разветвленными.

Термин «фторкетон» также должен охватывать фторкетоны, имеющие циклический углеродный остов. Термин «фторкетон» должен обозначать химическую композицию, которая содержит карбонильную группу и на каждой ее стороне алкильную группу. Термин «фторкетон» может включать дополнительные гетероатомы в цепи (т.е. гетероатомы, прикрепленные к химической структуре, содержащей карбонильную группу и на каждой ее стороне алкильную группу), например, может содержать по меньшей мере один гетероатом, представляющий собой часть углеродного остова и/или прикрепленный к углеродному остову. В примерах вариантов осуществления фторкетон a) и/или фторкетон c) не должен содержать гетероатом. Термин «фторкетон» также должен охватывать фтордикетоны, содержащие две карбонильные группы, или фторкетоны, содержащие больше, чем две карбонильные группы. В примерах вариантов осуществления фторкетон a) и/или фторкетон c) должны представлять собой фтормонокетоны.

Согласно конкретным вариантам осуществления, фторкетон a) представляет собой перфторкетон и/или фторкетон a) имеет разветвленную алкиловую цепь, в частности, по меньшей мере частично фторированную алкиловую цепь, и/или фторкетон a) представляет собой полностью насыщенное соединение. Понятно, что может содержаться один, полностью насыщенный фторкетон a), т.е. фторкетон без какой-либо двойной связи или тройной связи, или смеси из двух или более полностью насыщенных фторкетонов.

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

В других примерах вариантов осуществления компонент диэлектрического изоляционного газа b) представляет собой объемный газ или буферный газ или газ-носитель. Такой компонент газа-носителя b) может быть представлен в большем количестве, чем фторкетон a). В качестве дополнительного или альтернативного количественного ограничения, для этого в других вариантах осуществления молярное отношение фторкетона a) к компоненту газа b) может составлять больше, чем 1:20, предпочтительно больше, чем 1:10, более предпочтительно больше, чем 1:5, наиболее предпочтительно больше, чем 1:2. Кроме того, компонент газа-носителя b) должен представлять собой безвредный для окружающей среды газ. Например, компонент газа b) может иметь GWP на 100-летней временной шкале меньше чем 1000, предпочтительно меньше чем 300, предпочтительно меньше чем 100, предпочтительно меньше чем 50, предпочтительно меньше чем 10, более предпочтительно меньше чем 5, даже более предпочтительно меньше чем 3, еще более предпочтительно меньше чем 2 и наиболее предпочтительно меньше чем 1,5. Кроме того, компонент газа-носителя b) может содержать или состоять из двухатомных молекул, которые предпочтительно химически стабильны в условиях окружающей среды и, в частности, при нормальных рабочих условиях электрического оборудования с газовой изоляцией, например, в диапазоне температур от -40°C до +105°C и при давлении газа от небольшого давления до давления в несколько бар. Кроме того, компонент газа-носителя b) сам может представлять собой газовую смесь, такую как воздух или компонент воздуха и, например, азот, кислород, диоксид углерода или инертный газ. В контексте настоящей заявки на изобретение термин «воздух» должен охватывать и конкретно обозначать «технический воздух» или «сухой воздух».

Согласно дополнительному варианту осуществления, компонент диэлектрического изоляционного газа b) содержит молекулы с меньшим числом атомов, чем присутствует во фторкетоне a), в частности, содержит трехатомные и/или двухатомные молекулы или состоит из трехатомных и/или двухатомных молекул.

К удивлению обнаружено, что фторкетон, содержащий ровно 5 углеродных атомов, и/или фторкетон, содержащий ровно 6 углеродных атомов, когда присутствует в смеси с воздухом, азотом и/или диоксидом углерода, показывает явно выраженное нелинейное увеличение электрической прочности относительно арифметической суммы электрических прочностей компонентов смеси.

Это нелинейное увеличение имеет конкретное значение, когда используют фторкетон, содержащий точно 5 углеродных атомов. Как указано выше, фторкетоны, содержащие 5 углеродных атомов, имеют преимущество в виде относительно низкой точки кипения, что позволяет иметь относительно большую молярную долю и относительно высокое парциальное давление, соответственно, фторкетона в изолирующей среде, не сталкиваясь с проблемой сжижения даже при низких температурах.

Следовательно, в предпочтительных вариантах осуществления фторкетон, содержащий точно 5 углеродных атомов, выбирают в смеси с воздухом, азотом, диоксидом углерода или их смесями в качестве компонента диэлектрической газовой изоляции b) для того, чтобы достигать желаемого нелинейного увеличения электрической прочности.

В частности, настоящее изобретение также относится к диэлектрической изолирующей среде, содержащей

а) фторкетон a), содержащий точно 5 углеродных атомов, в смеси с

b) компонентом диэлектрического изоляционного газа b), отличным от указанного фторкетона a), при этом

компонент диэлектрического изоляционного газа b) представляет собой или содержит воздух или компонент воздуха, в частности, азот.

Обнаружено, что используя воздух, азот и/или диоксид углерода в качестве компонента диэлектрического изоляционного газа b) можно достичь очень выраженного нелинейного эффекта; соответствующие смеси фторкетона a) с одним или несколькими из этих изоляционных компонентов газа b), таким образом, в частности, можно использовать для изоляционных целей.

Также обнаружено, что смесь, содержащая фторкетон a) и диоксид углерода в качестве диэлектрического изоляционного компонента b), является особенно эффективной для использования в качестве газа гашения электрической дуги, например, в прерывателе цепи, в частности, в прерывателе цепи высокого напряжения.

Таким образом, согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, компонент диэлектрического изоляционного газа b) содержит и, в частности, представляет собой диоксид углерода.

В этом отношении, кроме того, обнаружено, что в связи с использованием кислорода в газе гашения электрической дуги можно эффективно уменьшать или предотвращать отложение углерода на электродах.

Используя кислород в газе гашения электрической дуги, также можно снизить количество токсичных побочных продуктов горения дуги, таких как побочные продукты, которые иначе могут присутствовать после работы распределителя.

Таким образом, согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, компонент диэлектрического изоляционного газа b) содержит и, в частности, представляет собой кислород. Конечно, в этом отношении можно использовать чистый кислород, а также кислородсодержащую газовую смесь, в частности, воздух.

Предпочтительно, дополнительный диэлектрический компонент газа b), в частности, газ-носитель, не представляет собой SF₆ или не содержит SF₆.

Не ограничиваясь какой-либо теорией, возможный механизм нелинейного повышения электрической прочности в соответствии с данным изобретением может заключаться в том, что диэлектрический компонент газа b) служит для замедления электронов, которые образуются при диэлектрическом пробое, а фторкетон a) служит для захвата таких замедленных электронов, таким образом, обеспечивая особенно высокую электрическую прочность газовой смеси, содержащей фторкетон a) и газ-носитель b). Компонент диэлектрического изоляционного газа b) в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, в частности, должен охватывать газы, которые способны замедлять электроны.

Например, посредством добавления приблизительно 350 мбар, здесь более точно 325 мбар, 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-она (или декафтор-3-метилбутан-2-она) CF₃C(O)CF(CF₃)₂ к 4650 мбар технического воздуха (содержащего приблизительно 80% азота и 20% кислорода), можно достичь значительно более высокого напряжения пробоя, чем ожидается, если учитывать только напряженности поля и молярные отношения отдельных компонентов газа в газовой смеси. Это показано более подробно ниже применительно к фигурам.

В связи с этим синергическим эффектом можно получать изолирующую среду, обладающую очень высокими изоляционными возможностями и одновременно очень низким GWP. В конечном итоге, это позволяет заменять стандартный изоляционный газ с высокими рабочими параметрами на изолирующую среду, которая имеет очень низкий GWP, не требуя нагревания системы или установления давления наполнения выше стандартно используемых значений давления.

По сравнению с фторкетонами, имеющими более длинную цепь с больше, чем 5 углеродными атомами, фторкетоны, содержащие 5 углеродных атомов, обладают преимуществом в виде относительно низкой точки кипения, что позволяет иметь относительно большую молярную долю таких фторкетонов с 5 атомами углерода в изолирующей среде и избежать проблему сжижения даже при низких температурах.

Фторкетоны, содержащие 5 или более углеродных атомов, являются более благоприятными, поскольку они в целом нетоксичны. В этом состоит отличие от фторкетонов, которые имеют меньше чем 4 углеродных атома, таких как гексафторацетон (или гексафторпропанон), которые токсичны и обладают высокой реакционной способностью.

В вариантах осуществления по данному изобретению фторкетоны, имеющие разветвленную алкиловую цепь, предпочтительны, поскольку их точки кипения ниже, чем точки кипения соответствующих соединений (т.е. соединений с той же молекулярной формулой), имеющих неразветвленную алкиловую цепь.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, фторкетон a) представляет собой перфторкетон, в частности, имеет молекулярную формулу C₅F₁₀O, т.е. является полностью насыщенным без двойных или тройных связей. Фторкетон a) 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-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-он; 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):

Обнаружено, что 1,1,1,3,4,4,4-гептафтор-3-(трифторметил)бутан-2-он, подпадающий под и здесь вкратце приводимый под обобщающим термином «C5-кетон» (то есть фторкетон, содержащий ровно 5 углеродных атомов), с молекулярной формулой CF₃C(O)CF(CF₃)₂ или C₅F₁₀O, является особенно предпочтительным для применения в изоляции для высокого и среднего напряжений, поскольку он обладает преимуществами в виде высоких диэлектрических изоляционных рабочих параметров, в частности, в смесях с диэлектрическим компонентом газа-носителя b), обладает очень низким GWP и имеет низкую точку кипения. Он обладает потенциалом сокращения озонового слоя 0 и является практически нетоксичным.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления, молярная доля C5-кетона в изолирующей среде находится в диапазоне приблизительно от 5% приблизительно до 15%, предпочтительно приблизительно от 6% приблизительно до 10%, когда используют стандартные значения давления наполнения GIS для высокого напряжения, и приблизительно от 10% до 40%, когда используют стандартные значения давления наполнения GIS для среднего напряжения. Такие диапазоны молярных отношений обладают таким преимуществом, что сжижение фторкетона не возникает, даже если изолирующую среду используют при низкой температуре окружающей среды, например, плоть до температур меньше чем 0°C, в частности вплоть до -5°C.

Согласно другим вариантам осуществления, молярная доля C5-кетона в изолирующей среде составляет больше, чем 1%, предпочтительно больше, чем 2%, более предпочтительно больше, чем 3%, даже более предпочтительно больше, чем 3,5%.

Согласно другим вариантам осуществления, C5-кетон находится в газовой фазе в изолирующей среде при рабочих условиях.

Предпочтительно, диэлектрическая изолирующая среда представляет собой диэлектрический изоляционный газ при повышенном давлении меньше чем 8 бар, предпочтительно меньше чем 7,5 бар, более предпочтительно меньше чем 7 бар, в частности, равном или меньше чем 6,5 бар; или диэлектрическая изолирующая среда представляет собой диэлектрический изоляционный газ при повышенном давлении меньше чем 2,5 бар, предпочтительно меньше чем 2,0 бар, более предпочтительно меньше чем 1,5 бар, в частности, равном или меньше чем 1,2 бар.

Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления, даже более высоких изоляционных возможностей можно достичь посредством объединения смеси фторкетона a) и компонента диэлектрического изоляционного газа b) в соответствии с настоящим изобретением с

c) дополнительным фторкетоном, здесь вкратце называемым «фторкетон c)», отличным от фторкетона a), и предпочтительно также отличным от компонента диэлектрического изоляционного газа b).

Снова «отличный от» означает то, что он не подпадает под определение фторкетона a), имеющего точно 5 углеродных атомов, и предпочтительно то, что он не подпадает под определение изоляционного компонента газа b), в частности, то, что он не представляет собой объемный газ или буферный газ или газ-носитель.

Как показано ниже применительно к фигурам, выраженное нелинейное увеличение обнаружено для вариантов осуществления, для которых фторкетон c), в частности, фторкетон, содержащий 6 углеродных атомов, отличается от компонента диэлектрического изоляционного газа b), другими словами, для сред, которые помимо фторкетонов a) и c) содержат компонент диэлектрического изоляционного газа b), отличный от фторкетонов a) и c).

Таким образом, можно получить изолирующую среду, которая имеет больше, чем один фторкетон, каждый из которых сам по себе вносит вклад в электрическую прочность диэлектрической изолирующей среды. В этом варианте осуществления особенно предпочтительно, что каждый фторкетон, содержащийся в смеси, имеет парциальное давление, которое соответствует по меньшей мере его давлению насыщенного пара по меньшей мере при минимальной рабочей температуре диэлектрической изолирующей среды или электрического аппарата, содержащего диэлектрическую изолирующую среду, соответственно; таким образом, высокое общее молярное отношение фторкетона можно получать и поддерживать в газовой фазе, что позволяет добиваться очень высокой электрической прочности диэлектрической изолирующей среды.

Указанный дополнительный фторкетон c) предпочтительно содержит точно 5 углеродных атомов или точно 6 углеродных атомов, или точно 7 углеродных атомов, или точно 8 углеродных атомов и более предпочтительно содержит от 5 до 7 углеродных атомов, наиболее предпочтительно - точно 6 углеродных атомов.

Предпочтительно, дополнительный фторкетон c) представляет собой по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, состоящей из соединений, определяемых 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, определяемых следующими структурными формулами, в которых по меньшей мере один атом водорода замещен атомом фтора:

Настоящее изобретение относится к каждой комбинации любых из соединений согласно структурным формулам с Ia до Id с любыми из соединений согласно структурным формулам с IIa до IIg и/или с IIIa до IIIn.

Более предпочтительно, фторкетон c) содержит точно 6 углеродных атомов; такой фторкетон является нетоксичным, с большим запасом для безопасности людей.

В вариантах осуществления фторкетон c), подобно фторкетону a), представляет собой перфторкетон и/или фторкетон c) имеет разветвленную алкиловую цепь, в частности, по меньшей мере частично фторированную алкиловую цепь, и/или фторкетон c) содержит полностью насыщенные соединения.

В частности, фторкетон c) имеет молекулярную формулу C₆F₁₂O, т.е. является полностью насыщенным без двойных или тройных связей. Более предпочтительно, фторкетон c) 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, 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):

Обнаружено, что 1,1,1,2,4,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)пентан-3-он, подпадающий под и здесь вкратце приводимый посредством более общего термина «C6-кетон» (то есть фторкетон, содержащий ровно 6 углеродных атомов), с молекулярной формулой C₂F₅C(O)CF(CF₃)₂ является особенно предпочтительным для применений в изоляции при высоком напряжении, в силу его высоких изолирующих свойств и его чрезвычайно низкого GWP. Он обладает потенциалом сокращения озонового слоя 0 и нетоксичен (LC50 4 часа приблизительно 100’000 м.д.). Таким образом, воздействие на окружающую среду значительно ниже, чем у стандартных изоляционных газов, и одновременно достигают значительного запаса безопасности людей.

Предпочтительно, молярная доля фторкетона c) в изолирующей среде будет находиться в диапазоне приблизительно от 1% приблизительно до 15%, предпочтительно приблизительно от 1% приблизительно до 10%, более предпочтительно приблизительно от 1% приблизительно до 4%, наиболее предпочтительно от 1% до 3%, во избежание сжижения фторкетона при низких температурах, например, вплоть до температур меньше чем 0°C, например, вплоть до -5°C.

В вариантах осуществления молярную долю фторкетона c) в изолирующей среде выбирают так, чтобы она была больше, чем 0,1%, предпочтительно больше, чем 0,5%, более предпочтительно больше, чем 1%, в частности, больше, чем 2%.

Предпочтительно, молярная доля фторкетона c) в изолирующей среде находится в диапазоне от 1% до 15%, более предпочтительно от 1% до 10%, наиболее предпочтительно от 1% до 3%.

К удивлению, обнаружено, что посредством смеси C5-кетона и C6-кетона с компонентом диэлектрического изоляционного газа b) создают изолирующую среду, которая показывает при