[发明专利]介电绝缘介质

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的介电绝缘介质和根据权利要求9的前序部分的含氟酮在所述绝缘介质中的用途。本发明进一步涉及根据权利要求11的前序部分的用于产生、分配或使用电能的设备和权利要求23的确定参数的方法(dimensioning method)。

液态或气态的介电绝缘介质通常用于诸如开关设备或变压器的各种电气设备中的电气有源元件的绝缘。

在中压或高压金属封装的开关设备中，例如，电气有源元件布置在限定绝缘空间的气密外壳中，所述绝缘空间包含通常具有数巴压力的绝缘气体且将外壳与电气有源元件间隔开而不让电流穿过。因此，与安装在室外且仅由周围空气绝缘的开关设备相比，金属封装的开关设备的构造更加节省空间。为了中断高压开关设备中的电流，所述绝缘气体进一步充当消弧气体。

具有高绝缘和开关性能的常规使用的绝缘气体在释放到大气时具有一些环境影响。至今，这些绝缘气体的高全球变暖潜力(GWP)已经通过对气体绝缘设备的严格气体泄漏控制和非常仔细的气体处理来解决。常规环境友好的绝缘气体(如干燥空气或CO₂)具有相当低的绝缘性能，因此必须增加气体压力和/或绝缘距离。

出于以上提到的原因，过去已经尝试用合适的代替物替代这些常规的绝缘气体。

例如，WO 2008/073790公开了一种介电气态化合物，除了其他特性以外，其还具有在约-20℃至约-273℃范围内的沸点，其具有低(优选无)臭氧消耗且其具有小于约22,200的GWP。具体地讲，WO 2008/073790公开了不落入通常化学定义的许多不同化合物。

此外，US-A-4175048涉及包含选自全氟环己烯和六氟偶氮甲烷的化合物的气体绝缘体，且EP-A-0670294公开了全氟丙烷作为介电气体的用途。

EP-A-1933432涉及三氟碘甲烷(CF₃I)及其在气体绝缘的开关设备中用作绝缘气体的用途。在这方面，该文献提到了介电强度和中断性能两者均为绝缘气体的重要要求。根据EP-A-1933432，CF₃I的GWP为5且因此认为其导致相对较低的环境负担。然而，由于CF₃I的相对较高的沸点(-22℃)，教导了与CO₂的气体混合物。另外，纯CF₃I气体具有与具有高绝缘和开关性能的常规绝缘介质大致相同的绝缘性能，因此所建议的气体混合物具有纯常规绝缘介质的特定绝缘性能的约80％，其将必须通过增加充填压力和/或增大绝缘距离来补偿。

因此，存在对引起比CF₃I甚至更少的环境负担且不需要使气体压力和/或绝缘距离增加到高于现今常用值的绝缘介质的持续需要。

鉴于此，本发明的目标因此在于提供具有降低的GWP、但同时在不使气体压力和/或绝缘距离增加到高于现今适用值的情况下具有与已知绝缘介质相比相当或甚至改善的绝缘性质的绝缘介质。

该目标通过权利要求1的绝缘介质实现。本发明的优选的实施方案在从属权利要求中给出。

本发明基于通过使用具有4-12个碳原子的含氟酮可得到具有高绝缘能力、特别是高介电强度(或击穿场强)且同时具有极低全球变暖潜力(GWP)的绝缘介质的意外发现。

概括地讲，根据本发明的含氟酮具有以下通用结构：

R1-CO-R2

其中R1和R2为至少部分氟化的链，所述链彼此独立地为直链或支链的且具有1-10个碳原子。该定义涵盖全氟酮以及氢氟酮。

一般来说，根据本发明使用的含氟酮在周围压力下具有至少-5℃的沸点，这与本领域现状的教导且特别是WO 2008/073790的教导形成明显对比，WO 2008/073790指出-20℃或更低的沸点是可行的介电化合物的必要特征。

优选所述含氟酮具有4-10个碳原子、更优选4-8个碳原子且最优选6个碳原子(也称作C6-含氟酮)。如上所提到，所述C6-含氟酮可为全氟酮(具有分子式C₆F₁₂O)或氢氟酮。

在使用中，绝缘介质可以液态和气态二者。具体地说，所述绝缘介质可为包含以液态和气态二者的含氟酮的两相体系。更详细地讲，所述绝缘介质可为包含分散在包含以气态的含氟酮的气相中的含氟酮液滴的气溶胶。

对于许多应用，优选在操作条件下所述绝缘介质包含含有含氟酮的绝缘气体。对于用于在相应开关设备中的高压开关的绝缘介质特别是这种情况。