用作絕緣和/或滅弧介質的氫氟烯烴和氟酮混合物以及包括該混合物的氣體絕緣中壓電氣設備的制造方法與工藝

本發明涉及中壓設備中的電絕緣和電弧熄滅領域。準確來說，本發明涉及混合物的應用，該混合物包括特定的烯烴，也就是具有三個碳原子的氫氟烯烴；以及基于氟酮的載體氣體(vectorgas)，即十氟-2-甲基丁-3-酮(decafluoro-2-methylbutan-3-one)，作為配電電氣設備(substationelectricaldevice)以及特別是中壓設備中的絕緣和/或滅弧介質。該混合物可以包括全球變暖潛能值較低且特別是小于或者等于1的其他氣體。本發明還涉及配電中壓電氣設備，其中，電絕緣和/或電弧熄滅通過氣體混合物實現，氣體混合物包括至少一種氟酮和一種氫氟烯烴，后一化合物在存在于氣體介質中的氣體中具有最高全球氣體變暖潛能值。這種電氣設備具體可以是變壓器，比如電源變壓器或者測量變壓器、用于電力傳輸和配電的氣體絕緣線路、一組匯流排或者電氣連接/斷開裝置(也稱為開關設備)，例如斷路器、開關、將開關與保險絲結合的單元、切斷開關、接地開關或觸點。

背景技術：
在上下文中，術語“中壓”(MV)和“高壓”(HV)以其習慣性接收范圍使用，也就是說，術語“中壓”意指的電壓是：超過1000伏特但不超過52000伏特的交流電，以及超過1500伏特但不超過75000伏特的直流電，而術語“高壓”指嚴格超過52000伏特的交流電和超過75000伏特的直流電。在中壓或高壓電氣設備中，電絕緣和可能的電弧熄滅通常由封閉在設備中殼體內的氣體來實現。目前，最常用的氣體是六氟化硫(SF6)：該氣體具有相對高的介電強度、良好的熱導性以及低介電損耗。該氣體在化學上呈惰性，并且對人和動物無毒性，在被電弧分解之后，其迅速且幾乎完全地重新結合。該氣體還是不易燃的，且其價格也還適中。但是，SF6的主要缺點在于，其全球變暖潛能值(GWP)為22800(相對CO2，超過100年)，并且在大氣中的停留時間為3200年，這使其成為具有強全球溫室效應的氣體中的一員。因此，SF6被包括在京都議定書(1997)中，在必須限制排放的氣體名單上。最好的限制SF6排放的方法是限制該氣體的使用，這使得制造商尋求SF6的替代品。實際上，其它解決方案，例如將氣體絕緣與固體絕緣結合的混合系統(EP1724802-參考文獻[1])，相比使用SF6絕緣的體積增加了電氣設備的體積；在油或者真空中的斷路使得有必要重新設計設備。已知的介質氣體：參見例如WO2008/073790(參考文獻[2])。但是，對環境無害的諸如空氣或氮氣等所謂的“簡單”氣體，其介電強度比SF6低很多；將該氣體用于中壓/高壓設備的電絕緣/電弧熄滅，將需要大大增加這些設備的體積和/或填充壓力，這與過去幾十年所做出的研發緊湊的和較不龐大的電氣設備的努力相悖。全氟化碳(CnF2n+2,c-C4F8)總體上具有吸引人的介電強度性能，但是其GWP通常在5000至10000的范圍內。具有合適的介電特征和GWP的其它替代物，例如三氟碘甲烷(CF3l)，被歸類在目錄3的致癌物、誘導有機體突變的物質、以及生殖毒性物質中，這使得其以工業規模使用是無法接受的。SF6和諸如氮氣或者二氧化氮等其它氣體的混合物被用于限制SF6對環境的影響；參見例如WO-A-2009/049144(參考文獻[3])。然而，由于SF6的全球變暖潛能值高，這些混合物的全球變暖潛能值仍舊非常高。于是，例如SF6和氮氣以10：90的體積比的混合物在交流電(50Hz)中的介電強度相當于SF6的介電強度的59％，但是其全球變暖潛能值在8000至8650的量級。因此，這種混合物不能作為具有低環境影響的氣體使用。因此，只有具有高GWP的混合物在低溫下才具有類似于SF6的介電強度；所有現有技術中已知的具有低GWP的混合物相應于最低操作溫度可用來達到SF6設備性能的不足80％；為了接近SF6的性能，考慮到更長的絕緣距離和可能增加的特殊裝置，例如篩、致偏器或者覆層，這些氣體混合物需要重新設計中壓或高壓設備。發明者因此為自身設定的目標是：找到一種氣體，既具有良好的電絕緣和電弧熄滅性能，又對環境具有較低影響或者沒有影響。研究使得他們尋找一種新的氣體混合物，該氣體混合物可以用在目前市場的中壓和高壓電氣設備中，以取代這些設備通常所填充的SF6，貫穿這些設備的全部操作溫度范圍且尤其是在低的溫度下。

技術實現要素：
這些和其它目標通過本發明達到，首先，本發明提出了氣體介質作為中壓設備中的電絕緣和/或滅弧介質的應用，所述氣體介質包括至少一種氫氟烯烴和一種氟酮。所用氟酮是具有含有五個碳原子的碳鏈的酮，優選地完全由氟取代，更加優選的是十氟-2-甲基丁-3-酮類型的，其無毒性、無腐蝕性、不易爆炸，其由于酮基的-C＝O雙鍵對紫外線的敏感性，在大氣中降解非常快，并因此具有接近1的GWP。所用氫氟烯烴是具有含有三個碳原子的碳鏈的氟化烯烴，優選地是C3H2F4或C3HF5類型的，其無毒性、無腐蝕性、不易爆炸，具有等于0的ODP(消耗臭氧潛能值)、低于10的GWP。這兩種類型的化合物具有的介電性能能夠使得它們取代SF6作為中壓配電電氣設備中的絕緣氣體和/或滅弧氣體。據本發明，混合物構造成使得一旦混合物被封閉在電氣設備中，其成分在混合物所經受的溫度和壓力條件下保持氣體狀態下。氟酮和氫氟烯烴之間的混合物因此可單獨使用；但是，如果在對于例如可能需要大于105帕斯卡(Pa)的某些應用場合來說足夠的總壓下，沸點使得不能保證其被保持在氣體狀態，則混合物通常用至少一種不屬于其家族的其它氣體進行稀釋。在此情況下，根據本發明，氣體介質中所用的其它氣體相比氫氟烯烴具有更低的全球變暖潛能值；載體氣體(vectorgas)或者稀釋氣體或者緩沖氣體優選地具有非常低的沸點，也就是在標準壓力下通常低于或者等于-50℃，以及至少等于氮氣或者二氧化碳的介電強度的介電強度。優選地，該混合物包括如下的氣體：氮氣、空氣-有利的是干空氣、氧氣、二氧化碳類型氣體或者這些氣體的混合物。氣態介質的總全球變暖潛能值與其每種成分的分壓力有關，并因此低于10，優選地低于5。有利的是，為了最大量地配設每種氣體同時在設備的最低操作溫度不產生液相，氣體介質的組成將根據相應于設備的最低操作溫度、乃至相應于稍高于設備最低操作溫度的溫度，特別是...