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CN109196600B - 直链八氟丁烯在环境安全的介电绝缘或灭弧流体中作为介电化合物的用途 - Google Patents

直链八氟丁烯在环境安全的介电绝缘或灭弧流体中作为介电化合物的用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直链八氟丁烯在针对用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备的环境安全的介电绝缘或灭弧流体中作为介电化合物的用途。

Description

直链八氟丁烯在环境安全的介电绝缘或灭弧流体中作为介电 化合物的用途
本发明涉及根据权利要求1的直链八氟丁烯在环境安全的介电绝缘或灭弧流体中作为介电化合物的用途。
本发明还涉及根据权利要求5的介电绝缘或灭弧流体，该介电绝缘或灭弧流体包含作为第一组分A的直链八氟丁烯或基本上由直链八氟丁烯组成，其与不同于第一组分A的第二组分B混合，并且，本发明还涉及根据权利要求21的用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备。
气态或液态的介电绝缘介质常规地应用于多种多样的设备（诸如，例如开关设备、气体绝缘式变电站（GIS）、气体绝缘式线路（GIL）、变换器以及其它）或电气构件（诸如，例如仪器变换器、抽头转换开关以及其它）中的导电部分的绝缘。
在中压或高压金属封装型开关设备中，例如，导电部分布置于限定绝缘空间的气密壳体中，所述绝缘空间包含绝缘气体，且使壳体与（若干）导电部分分离，而不容许电流经过绝缘空间。为了使例如高压开关设备中的电流中断，绝缘气体进一步用作灭弧气体。
六氟化硫（SF6）由于其突出的介电性质及其化学惰性而为公认的绝缘气体。尽管存在这些性质，不过还是尤其鉴于比SF6的全球变暖潜力（GWP）更低的全球变暖潜力（GWP）而加强了致力于寻找备选的绝缘气体的努力。
最近，已经提出了有机氟化合物在介电绝缘介质中的用途。具体地，WO-A-2010/142346公开了包含含有从4至12个碳原子的氟酮的介电绝缘介质。氟酮已显示出具有高介电强度。同时，它们具有非常低的GWP和非常低的毒性。这些特性的组合致使这些氟酮高度地适合作为针对常规的绝缘气体的可能的备选方案。
尽管WO-A-2010/142346中所公开的氟酮的高介电强度，相应的绝缘介质的绝缘性能还是能够由于氟酮的相对低的蒸汽压力而受限制。特别地，对于处于低温环境的应用，就是这样。在这些应用中，仅能够维持氟酮的相对低的分压，而不导致氟酮液化。
考虑到这些缺点，WO-A-2012/080246提出了一种介电绝缘气体，该介电绝缘气体包含含有正好5个碳原子的氟酮，尤其1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-（三氟甲基）-丁-2-酮（在下文中被称为“C5K”）， 该氟酮与载气（尤其空气或空气组分）混合，该载气连同氟酮一起提供绝缘介质的介电强度对于绝缘介质的气体组分的介电强度的总和的非线性增加。
虽然存在根据WO-A-2012/080246的绝缘介质的优异性质，但存在对如下的方案的一直的兴趣：提供与上文中所提到的氟酮相比而较低的沸点的备选的“非SF6”介电化合物，从而允许绝缘气体中的介电化合物的较高的浓度。最后，这应当允许在相对低的操作温度也实现改进的介电性能。
在这点上，WO 2014/037566提出了包含与稀释气体混合的七氟异丁腈的气体介质的用途，且从而报告七氟异丁腈在1013 hPa为-3.9°C的沸点。然而，七氟异丁腈（在下文中也被称为“C4N”）具有对环境具有高度影响的缺陷；其大气寿命为大约11000天，并且其GWP为大约2210，即远高于具有少于20天的大气寿命和1的GWP的C5K的相应的值。
已进一步发现，当例如在GIS中使用时，七氟异丁腈表现出与GIS的材料的差的兼容性，这一方面对与介电绝缘或灭弧流体接触的材料造成影响。另一方面，由于其中所含有的七氟异丁腈的分解而对绝缘介质本身的功能性也造成影响。
考虑到上文，将通过本发明而解决的问题是，提供显示出与包含七氟异丁腈的绝缘介质相当的介电性能但同时对环境具有低得多的影响的介电绝缘或灭弧流体。
尤其，介电绝缘或灭弧流体应当具有小于10的低GWP。
鉴于其在用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备中（且特别地在GIS中）的用途，介电绝缘或灭弧流体还应当表现出与包含七氟异丁腈的绝缘介质的材料兼容性相比而改进的与设备的材料的兼容性。
通过独立权利要求的主题而解决该问题。在从属权利要求中定义本发明的另外或优选的实施例。
根据权利要求1，直链八氟丁烯在针对用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备的介电绝缘或灭弧流体中用作介电化合物。
已经令人惊讶地发现，通过使用直链八氟丁烯，实现环境安全的介电绝缘流体，且具体地，灭弧流体。
术语“流体”（在术语“介电绝缘流体或灭弧流体”中使用）涉及任何流体，且特别地包含液体、气体以及包含气相和液相两者的两相系统。
在本发明的上下文中，术语“环境安全的”具有如下的含义：是无臭氧消耗的，且具有在100年的时间范围内小于10的全球变暖潜力。具体地，本发明因而涉及具有在100年的时间范围内小于10的全球变暖潜力的直链八氟丁烯在无臭氧消耗的介电绝缘或灭弧流体中作为介电化合物的用途。
具体地，术语“环境安全的”还意味着介电绝缘或灭弧流体具有相对低的毒性水平。更具体地，在环境安全的介电绝缘或灭弧流体中使用的介电化合物的半数致死剂量（LC50；致死浓度50%；在大鼠（rat）上测量）高于4000 ppm，优选地高于5000 ppm，且更优选地高于6000 ppm。因而，根据本发明而使用的介电化合物在与先前所提到的C4N（具有比根据本发明而使用的介电化合物高得多的GWP）和C5K（具有比根据本发明而使用的介电化合物高得多的沸点）相同的毒性等级内变动。
除了直链八氟丁烯的令人惊讶地高的环境兼容性之外，直链八氟丁烯还已被发现为具有相对高的介电强度。在均匀场的条件（使用带有在1 cm的间距具有40 μm的粗糙度Rz的技术表面的Rogowski分布型电极）中，反式-和顺式-八氟丁-2-烯（处于大约3:1的重量比）的混合物的500 mbar的击穿电压显示出为与大约135±10 kV/（cm bar）的临界场相对应的68 kV。此值高于SF6 [88 kV/（cm bar）] 的临界场，这强调直链八氟丁烯用于备选的“非SF6”绝缘或灭弧流体的潜力。
可通过使用直链八氟丁烯而实现的高介电耐受进一步基于化合物的相对低的沸点，这允许实现相对高的气体密度。尤其，根据本发明的直链八氟丁烯的沸点远低于例如DE10 2014 220 985中所描述的1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的沸点。
直链八氟丁烯是总式C4F8的全氟丁烯。存在直链八氟丁烯的三种异构体（即，八氟丁-1-烯、顺式-八氟丁-2-烯和反式-八氟丁-2-烯）。目前，直链八氟丁烯未以工业规模使用，并且主要地在有机化学中用作前体。
在直链八氟丁烯的用途的教导中，本发明也与US 4175048明显地截然不同，US4175048教导了要使用的气体绝缘体，该气体绝缘体包含第一化合物和第二组分，第一化合物即能够为异全氟丁烯（即，支链氟丁烯），第二组分从SF6、N2、CO、CO2、H2、C3F8、C6F6以及以上项的混合物的组选择。类似的推理关于US 4257905而适用，US 4257905对环C4F8（c-C4F8）和异C4F8（两者都不属于直链八氟丁烯的定义的范围）的击穿强度作报告。
实际上，通过教导直链八氟丁烯的用途，使得本发明进入与例如GB 525244的教导不同的方向，GB 525244并非公开了直链八氟丁烯，而是教导了通用式CnF2n+2的化合物将为优选的。
最令人惊讶的是，直链八氟丁烯适用于实现环境安全的绝缘或灭弧介质，因为，链烯烃通常经历加成反应，且因而典型地并非设想为用于化合物的高惰性至关重要的应用。同样地，链烯烃通常在空气中易燃，这导致氟化链烯烃通常不适合在中压和高压应用中（在其中必须满足高安全标准）作为对SF6的替代品的技术领域中的错误观念。此错误观念进一步得到链烯烃的支持，链烯烃因其反应性而众所周知，该反应性同样地往往本身体现在毒性上。
此外，在4h的LC50被美国国家医学图书馆的毒理学数据网络（TOXNET）错误地报告为处于81 ppm，这进一步不利地影响到化合物的对于其在必须遵守高安全标准的领域中的潜在的适用性的综合评价。
考虑到通常关于链烯烃（且具体地，直链八氟丁烯）的一般原则，因此最令人惊讶的是，直链八氟丁烯不仅表现出在100年的时间范围内至多1（对于八氟丁-1-烯）和至多6（对于八氟丁-2-烯）的相对低的GWP，而且它还不易燃，且在与例如七氟异丁腈（C4N）和1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-（三氟甲基）-丁-2-酮（C5K）相同的毒性等级内变动。
已经进一步令人惊讶地发现，含有八氟丁烯的流体对于设备的材料而为惰性的（即，非反应性的），流体在其用于设备中的期间与该设备材料直接接触。因而，当在很长一段时间内用于设备中时，绝缘或灭弧成分同样地表现出高材料兼容性，且保持其功能性。具体地，材料兼容性与含有七氟异丁腈的绝缘介质的材料兼容性相比而高度地改进。
在不希望受理论约束的情况下，假设八氟丁烯的双键对于亲电体的反应性通过氟取代基的拉电子效应而大幅地降低。如将在下文中所提到的示例的上下文中讨论的，这已经通过对典型地用于气体绝缘式开关设备（GIS）中的多种材料（诸如，Cu/Al板、EPDM密封件、沸石、SiO2、涂料、润滑脂、丁腈橡胶、丁基橡胶（且具体地，异丁烯-异戊二烯橡胶（IIR）或氯化丁基橡胶（CIIR）或溴丁基橡胶（BIIR）等））的兼容性试验而确认。
此外，介电绝缘介质能够与常规的吸附剂一起使用，该吸附剂主要地设计成从绝缘空间去除水和杂质，而不面临八氟丁烯被吸附剂吸附的问题。具体地，5 Å沸石能够用于绝缘空间的干燥，因为，未吸附具有所估计的大约6 Å的动力学直径的八氟丁烯或仅可忽略地吸附该八氟丁烯。最后，能够在很长一段时间内维持绝缘或灭弧成分的功能性，这是由于高效地抑制八氟丁烯的水分解反应的去除和未通过吸附来从该成分移除八氟丁烯或通过吸附来仅从该成分移除可忽略的量的八氟丁烯这两个原因而导致的。
除了上述的用途之外，本发明还涉及针对用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备的介电绝缘或灭弧流体，该流体包含以下项或基本上由以下项组成：
a）作为第一组分A的直链八氟丁烯，其与以下的组分混合；
b）与第一组分A不同的第二组分B，
介电绝缘或灭弧流体中的第一组分A的比例为至少3%。
介电绝缘或灭弧流体因此进一步与A.Chachereau、C.M.Franck于2015年7月26-31日在罗马尼亚雅西市举行的第32届ICPIG发布的“Electron swarm parametermeasurements of perfluorobut-2-ene (2-C4F8)”截然不同，该文章除了未谈及关于环境安全的介电绝缘或灭弧流体之外，仅仅公开了小于0.04 %的全氟丁-2-烯的非常稀释的混合物。
如果介电绝缘或灭弧流体采取气体的形式，则在此上下文中使用的术语“比例”涉及第一组分A的分压相对于介电绝缘或灭弧气体的总压的百分比。因而，对于气体的总压为10 bar的应用，第一组分A的3%的比例与300 mbar的分压相对应。
由于直链八氟丁烯的高介电耐受强度（或介电击穿强度或击穿场强），因而上文中所定义的介电绝缘或灭弧介质在设备的相对中等的填充压力表现出良好的介电性能。
为了确保组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的相对高的分数在操作条件处于气态，一方面，流体优选地具有低于预先确定的阈值温度（特别地，低于设备的最低操作温度）的露点。另一方面，期望组分A的相对高的分压，以便实现所述组分的高的气体密度，且因此，高的介电耐受强度。
根据实施例，介电绝缘或灭弧流体具有低于-20°C的露点，其中，组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压（当在293.15 K测量时）高于250 mbar，优选地高于380 mbar；或介电绝缘或灭弧流体具有低于-25°C的露点，其中组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压（当在293.15K测量时）高于150 mbar，优选地高于325 mbar。根据这些实施例，能够获得第一组分A的相对高的气体密度，该气体密度仍然低到足以确保分别低于-20°C或-25°C的露点，最后允许同样地对于分别具有-20°C或-25°C的最低操作温度的设备而最佳的介电耐受强度。
取决于应用，更高的露点能够为可接受的，从而允许流体中的组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的更高的比例。根据另外的优选的实施例，介电绝缘或灭弧流体因而具有低于0°C的露点，其中组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压（当在293.15 K测量时）高于800 mbar，优选地高于900 mbar；或介电绝缘或灭弧流体因而具有低于-5°C的露点，其中组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压（当在293.15 K测量时）高于750 mbar，优选地高于850 mbar。
根据实施例，当在293.15 K测量时，总压高于6 bar，以便获得特别高的介电耐受强度。
在设备的6 bar的填充压力，例如，八氟丁烯与N2在-25°C的混合物已被发现为具有对应于七氟异丁腈与O2和CO2的混合物的介电耐受的大约93%的介电耐受强度，然而，如上文中所提到的，从生态观点来看，后面的混合物不适合。
在8 bar的填充压力，八氟丁烯与CO2的混合物已被发现为具有与在6 bar的填充压力的七氟异丁腈和CO2的混合物相比而几乎相同的介电耐受强度。具体地，在8 bar的填充压力的八氟丁烯/CO2混合物的所测量的介电耐受对应于在6 bar的填充压力的七氟异丁腈/CO2混合物的介电耐受强度的95%。
与含有七氟异丁腈的介质相比，本发明的介电绝缘流体因此允许实现处于略微提高的填充压力，但处于高得多的生态安全水平，尤其处于低得多的GWP的相当的介电性能。
关于将要使用本发明的流体所处于的设备的最低操作温度，如上文中所讨论的，可与含有七氟异丁腈的介质的介电性能比较的介电性能（尤其是介电耐受或击穿强度）能够在相同的填充压力在略微提高的操作温度实现，又以高得多的生态安全水平实现。与在-25°C的操作温度的含有七氟异丁腈的介质相比，例如，对于在-5°C的操作温度的相同水平的介电性能，能够通过本发明而实现GWP上的99%的降低。因而，对于根据标准IEC 62271-203：2011而具有-5°C的最低操作温度的室内应用，当同时地确保高的环境安全性时，能够通过使用本发明的流体而实现高的介电性能。
本发明的介电绝缘或灭弧介质鉴于其用作针对SF6的备选方案而允许实现在-5°C处于7 bar（其能够或多或少地替代SF6的4.5 bar）的击穿电压（或介电耐受或击穿强度）。因而，能够以大部分情况下能够由设备的壳体（或封装）壁部耐受的压力实现与对于SF6的相同的介电性能。
遍及本申请，且除非另外注释，否则在本发明的上下文中对压力的所有的引用都指在293.15 K测量的压力。
具体地，直链八氟丁烯（尤其是八氟丁-2-烯）的分压如此，以致于介电绝缘或灭弧流体的露点低于设备的最低操作温度，因而如上文中所提到的，确保高分数的八氟丁烯在设备的操作条件处于气相。介电绝缘或灭弧流体因而优选地具有低于5°C，优选地低于0°C，更优选地低于-5°C，更优选地低于-20°C，且最优选地低于-25°C的露点。（在本文中，“低于……的温度”意指更冷的温度）。由于电气设备的最常见的操作温度为-25°C、-15°C、-5°C以及+5°C，因而本发明允许提供符合于所有的室内应用和大多数的室外应用（如果并非符合于所有的室外应用的话）的介电绝缘或灭弧流体。
根据另外的实施例，第一组分A为八氟丁-1-烯或八氟丁-2-烯，尤其是八氟丁-2-烯，且更特别地为八氟丁-2-烯的反式异构体。给定发现八氟丁-1-烯具有1的GWP，且因而与八氟丁-2-烯（具有6的GWP）相比而略低的GWP，但具有比八氟丁-2-烯的所测量的介电耐受强度低大约15%的所测量的介电耐受强度，八氟丁-1-烯或八氟丁-2-烯的优选取决于相应的应用和将实现的具体目标。八氟丁-2-烯的反式异构体能够在存在分子筛的应用中优选，因为由于更大的动力学直径，反式异构体与顺式异构体相比而不那么倾向于被分子筛吸附。将经由下文中的示例而对此更详细地进行讨论，其中在含有具有5 Å的孔径大小的沸石的环境中执行试验。
在具有低于0°C的最低操作温度或期望的露点的用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备或者介电绝缘或灭弧流体的通常的实施例中，当在293.15 K测量时，组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压应当选取为低于1100 mbar。
在具有低于-5°C的最低操作温度或期望的露点的用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备或者介电绝缘或灭弧流体的通常的实施例中，当在293.15 K测量时，组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压应当选取为低于950 mbar。
在具有分别低于-20°C或-25°C的最低操作温度或期望的露点的用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备或者介电绝缘或灭弧流体的通常的实施例中，当在293.15 K测量时，组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压应当分别选取为低于520 mbar或420 mbar。
在用于电能的生成、传输、分配和/或使用，以便实现高介电强度且同时避免冷凝的设备或者介电绝缘或灭弧流体的另外的通常的实施例中，组分A（尤其是八氟丁-2-烯）的分压应当在800 mbar至1100 mbar，特别地900 mbar至1100 mbar的范围内选取，以维持0°C的露点或最低操作温度；或应当在750 mbar至950 mbar，特别地850 mbar至950 mbar的范围内选取，以维持-5°C的露点或最低操作温度；或应当在250 mbar至520 mbar，特别地380mbar至520 mbar的范围内选取，以维持-20°C的露点或最低操作温度；或应当在150 mbar至420 mbar，特别地325 mbar至420 mbar的范围内选取，以维持-25°C的露点或最低操作温度。
为了实现用于实现期望的介电性能的足够高的气体密度，第二组分B优选地包含具有至多-60°C的沸点的载气或基本上由该载气组成。进一步优选，第二组分B包含本身具有比第一组分A更低的介电强度的载气或基本上由该载气组成。又根据另外的实施例，第二流体组分B包含从由以下项组成的组选择的载气或由该载气组成：氧气、氮气、二氧化碳、氧化亚氮以及以上项的混合物。
在特定的实施例中，第二流体组分B包含或由以下项组成：二氧化碳和/或氮气。
在这点上，能够进一步优选，第二流体组分B还包含氧气。包含氧气（除了二氧化碳和/或氮气之外）的第二流体组分B鉴于可能形成碳烟的应用而为优选的，因为，由于存在氧气而高效地防止形成碳烟。这尤其适用于在断路器中（更特别地在高压断路器中）将介电绝缘介质用作灭弧流体。
在具体的实施例中，第二流体组分B包含或由以下项组成：二氧化碳和氧气的混合物或氮气和氧气的混合物。
更具体地说，第二流体组分B因而能够为：
二氧化碳；
氮气；
氧气和二氧化碳的混合物；
氧气和氮气的混合物；以及
氧气、氮气以及二氧化碳的混合物。
已经发现，由于在本发明的绝缘或灭弧流体中存在氧气，因而通过局部放电而形成高毒性的气体的风险能够大幅地降低。
已进一步发现，绝缘或灭弧流体中的氧气的含量未对流体的介电耐受显著地造成影响。因而，能够或多或少地自由地调整流体中的O2含量，以便降低有毒的分解产物（诸如，PFIB）的形成速率或满足其它约束。
根据优选的实施例，第二流体组分B因而包含氧气。最后，这允许绝缘或灭弧流体的良好的介电性能以及绝缘或灭弧流体将经过长期使用而维持的非常低的毒性。
由于第二流体组分B包含氧气，因而本发明的此具体的实施例的介电绝缘或灭弧流体与上文中所提到的Chachereau等人的文章甚至更明显地截然不同，该文章仅公开了全氟丁-2-烯与N2、CO2以及氩气的低浓度的混合物。
特别地优选，第二流体组分B为氧气和二氧化碳的混合物。取决于应用，在此上下文中，能够进一步优选，O2/CO2混合物另外含有氮气，更优选地以基于第二流体组分B的总压的小于20%的比例含有氮气。鉴于获得含有氮气的介质的高介电强度（介电耐受或击穿强度或电压），优选存在氮气，因为氮气能够高效地使电子减速。尤其鉴于切换设备中的流体用途，能够优选将氮气含量限制于20%，因为更高的氮气含量可能导致流体的灭弧能力的降低。
在尤其涉及流体为纯粹地服务于介电绝缘的目的的绝缘流体的情况的另外的优选的实施例中，第二流体组分B是氧气和氮气的混合物。
在尤其涉及流体为灭弧流体的情况的备选的优选的实施例中，第二流体组分B包含二氧化碳，该二氧化碳可选地与氧气混合，其优选地以比一氧化碳更低的量而被含有。
根据另外的实施例，介电绝缘或灭弧流体包含与作为载气的二氧化碳组合的作为介电化合物的直链八氟丁烯。此混合物提供由于二氧化碳的使用而导致的高的热性能（即，灭弧性能或灭弧强度）和由于直链八氟丁烯的使用而导致的高的介电性能两者。
又根据另外的实施例，介电绝缘或灭弧流体包含作为第二流体组分B或作为第三流体组分C的与第一气体组分的直链八氟丁烯不同的另外的氟化有机化合物。在这点上，进一步优选，另外的氟化有机化合物为从由以下项组成的组选择的至少一种化合物：氟醚，尤其是氢氟单醚；氟酮，尤其是全氟酮；除了直链八氟丁烯之外的氟烯烃，尤其是氢氟烯烃；和氟腈，尤其是全氟腈；以及以上项的混合物。
关于该实施例，特别地优选，另外的氟化有机化合物是含有四个至十二个碳原子，优选地含有正好五个碳原子或正好六个碳原子的氟酮或以上项的混合物。
如本申请中所使用的术语“氟酮”应当被广义地解释，且应当包含全氟酮和氢氟酮两者，且应当还包含饱和化合物和不饱和化合物两者（即，包括碳原子之间的双键和/或三键的化合物）。氟酮的至少部分地氟化的烷基链能够为直链或支链的，或能够形成环，该环可选地被一个或多个烷基取代。在示范性的实施例中，氟酮是全氟酮。在另外的示范性的实施例中，氟酮具有支链烷基链，尤其是至少部分地氟化的烷基链。又在另外的示范性的实施例中，氟酮是完全饱和的化合物。
如所提到的，特别地优选，另外的氟化有机化合物是含有正好五个碳原子的氟酮（尤其是1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-（三氟甲基）-丁-2-酮（也命名为十氟-3-甲基丁-2-酮；在本文中被称为“C5K”））或含有正好六个碳原子的氟酮（尤其是1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-（三氟甲基）戊-3-酮（也命名为十二氟-2-甲基戊-3-酮）或其混合物。与带有多于六个碳原子的具有更大的链长的氟酮相比，含有五个或六个碳原子的氟酮具有相对低的沸点的优点。因而，即使当在低温使用设备时，也能够避免可能伴随液化的问题。
在另外或备选的实施例中，另外的氟化有机化合物是从由以下项组成的组选择的氢氟醚：含有至少三个碳原子的氢氟单醚；含有正好三个或正好四个碳原子的氢氟单醚；具有氟原子的数量与氟原子和氢原子的总数的比为至少5:8的氢氟单醚；具有氟原子的数量与碳原子的数量的比在从1.5:1至2:1变动的氢氟单醚；五氟-乙基-甲醚；2,2,2-三氟乙基-三氟甲醚；以及以上项的混合物。
另外的氟化有机化合物也能够是除了直链八氟丁烯之外的氟烯烃，尤其是氢氟烯烃。更特别地，氟烯烃或氢氟烯烃分别含有至少三个碳原子或含有正好三个碳原子。
根据另外的实施例，氢氟烯烃因而从由以下项组成的组选择：1,1,1,2-四氟丙烯（HFO-1234yf；也命名为2,3,3,3-四氟-1-丙烯）、1,2,3,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234yc）、1,1,3,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234zc）、1,1,1,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234ze）、1,1,2,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234ye）、1,1,1,2,3-五氟丙烯（HFO-1225ye）、1,1,2,3,3-五氟丙烯（HFO-1225yc）、1,1,1,3,3-五氟丙烯（HFO-1225zc）、（Z）1,1,1,3-四氟丙烯（HFO-1234zeZ）；也命名为顺式-1,3,3,3-四氟-1-丙烯）、（Z）1,1,2,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234yeZ）、（E）1,1,1,3-四氟丙烯（HFO-1234zeE；也命名为反式-1,3,3,3-四氟-1-丙烯）、（E）1,1,2,3-四氟-2-丙烯（HFO-1234yeE）、（Z）1,1,1,2,3-五氟丙烯（HFO-1225yeZ；也命名为顺式-1,2,3,3,3五氟丙-1-烯）、（E）1,1,1,2,3-五氟丙烯（HFO-1225yeE；也命名为反式-1,2,3,3,3五氟丙-1-烯）；以及以上项的混合物。
如上文中所提到的，另外的氟化有机化合物尽管其相对差的环境安全性，也还是能够为氟腈（尤其是全氟腈）。尤其，有机氟化合物能够是含有两个碳原子、三个碳原子或四个碳原子的氟腈（具体地，全氟腈）。
更特别地，氟腈能够是全氟烷基腈，具体地，全氟乙腈、全氟丙腈（C2F5CN）和/或全氟丁腈（C3F7CN）。最特别地，氟腈能够是全氟异丁腈（根据式(CF3)2CFCN）和/或全氟-2-甲氧基丙腈（根据式CF3CF(OCF3)CN）。在这些氟腈中，全氟异丁腈由于其相对低的毒性而特别地优选。
除了上述的用途和流体之外，本发明还涉及用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备，所述设备包含包围绝缘空间的壳体和布置于绝缘空间中的导电部分，
其中，所述绝缘空间含有介电绝缘或灭弧流体（尤其是介电绝缘或灭弧气体），其包含以下项或基本上由其组成：
a）包含直链八氟丁烯或基本上由其组成的第一气体组分A，其与以下的组分混合；
b）与第一气体组分A不同的第二气体组分B，
且在操作条件具有高于1 bar的压力。
具体地，上文中所提出的介电绝缘或灭弧流体的优选的特征同样地适用于本发明的设备的介电绝缘或灭弧流体。尤其，介电绝缘或灭弧流体是介电绝缘或灭弧气体。
如果该设备是高压设备，则在操作条件，压力优选地高于3 bar，更优选地高于4bar，且最优选地高于4.5 bar。
如果该设备是中压设备，则在操作条件，压力能够较低，且优选地在从1 bar至2bar，最优选地从1.3 bar至1.4 bar的范围内。
已经发现，对于此操作压力，当最低操作温度相对低时，也能够实现足够高的介电耐受。本发明的设备因而具体地涉及具有至少-25°C，优选地至少-15°C，最优选地至少-5°C的额定最低操作温度的设备。（在本文中，“至少……的温度”意指此温度或更暖的温度）。
特别地，该设备是中压或高压设备，且更特别地为以下的设备或其一部分：开关设备（尤其是气体绝缘式开关设备（GIS）或其一部分和/或构件）、气体绝缘式线路（GIL）、母线、套管、线缆、气体绝缘式线缆、线缆接头、电流变换器、电压变换器、传感器、湿度传感器、电涌放电器、电容器、电感、电阻器、绝缘体、空气绝缘式绝缘体、气体绝缘式金属封装型绝缘体、限流器、高压开关、接地开关、切断器、组合的切断器和接地开关、负载断路开关、断路器、气体断路器、发电机断路器、气体绝缘式真空断路器、中压开关、环网柜、自动重合开关、分段器、低压开关和/或任何类型的气体绝缘式开关、变换器、配电变换器、功率变换器、抽头转换开关、变换器套管、旋转电机、发电机、电动机、驱动器、半导体装置、计算机、功率半导体装置、功率转换器、转换器站、转换器建筑物以及这样的装置的构件和/或组合。
可通过本发明而实现的优点在切换应用中（尤其在断路器中）特别地明显。在这点上，已经令人惊讶地发现，由于存在八氟丁烯（具体地，反式-八氟丁-2-烯），因而除了上文中所提到的优点之外，本发明的介电绝缘或灭弧流体还允许实现当与例如纯CO2相比时更快的介电恢复。因而，根据本发明，断路器中的热气在电流中断之后重新获得其介电耐受的速度能够被提高。
如上文中所提到的，术语介电绝缘流体还包含介电绝缘液体。在此上下文中，具体地提到直链八氟丁烯在用于变换器的介电绝缘液体中的用途。
如上文中所提到的，对于根据标准IEC 62271-203：2011而具有-5°C的最低操作温度的室内应用，本发明的优点特别地明显。根据特别地优选的实施例，本发明的设备因此优选地针对室内应用而设计。
如上文中所提到的，当在很长一段时间内用于设备中时，绝缘或灭弧流体同样地表现出高的材料兼容性，且保持其功能性。在这点上，当设备的直接地暴露于绝缘气体的至少一些固体构件由聚合物材料、金属、金属合金、陶瓷和/或以上项的合成物制成时，本发明特别地相关。
如果聚合物材料从由以下项组成的组选择，那么尤其地同样地给予高的材料兼容性：硅酮、聚烯烃、聚醚、聚酯、聚氨酯、聚环氧化物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酮、聚砜以及以上项的混合物或组合。
尤其地，上文中所提到的组分（本发明的流体对其表现出高的兼容性）可以从由以下项组成的组选择：涂层化合物，尤其是涂料或树脂；密封化合物；胶粘剂；绝缘化合物；润滑化合物，尤其是润滑脂；分子筛；无粘合剂的分子筛；干燥剂；无粘合剂的干燥剂；湿度感测材料；以及以上项的混合物。
示例
分解试验
为了评估八氟-2-丁烯对于典型地用于GIS中的材料的材料兼容性，以下的组分在加速的条件（在100°C）利用八氟-2-丁烯气体而老化：
Cu/Al板；
EPDM密封件；
沸石；
SiO2；
涂料；
润滑脂；以及
丁腈橡胶。
在暴露达八周之后，对气体和暴露于气体的构件两者都进行分析。不存在试验确定八氟-2-丁烯的分解。同样地，构件的材料未进行分解，且依然完全地保持原样。
吸附试验
除了这些试验之外，还执行吸附试验，以便评估八氟-2-丁烯是否被沸石（该沸石能够用作用于吸附水和/或绝缘气体的分解产物的分子筛）吸附。为此，在存在不同的孔径大小（具体地，在3 Å至5 Å的范围内）的沸石的情况下，以八氟-2-丁烯和氮气的混合物填充高压灭菌器。
在一天之后，使用GC（气体色谱分析）来对气体样品进行分析，并且，将结果与在不存在沸石的情况下的类似的样品相比较。结果显示出，对于具有3 Å的孔径大小的沸石，未发生八氟-2-丁烯的吸附。
对于具有5 Å的孔径大小的沸石，反式异构体未被吸附，而对于顺式异构体，确定了一定程度的吸附。
介电性能试验
为了评估介电绝缘或灭弧流体的介电性能，在雷电冲击下且在AC应力下，测量两种不同的场条件的击穿电压。具体地，在均匀场条件（Rogowski分布型电极，技术表面（粗糙度：Rz = 25 μm），0.75 cm的间隙距离）以及在类颗粒场条件下进行测量，测量是1.2 mm长度的针状物插入电极之一内。
针对不同的绝缘介质（即，针对4.5 bar的SF6、针对7 bar的与CO2和O2混合的八氟-2-丁烯（具有-5°C的露点）、针对7 bar的与N2和O2混合的八氟-2-丁烯（具有-5°C的露点）以及针对7 bar的CO2/O2混合物），确定这些条件下的击穿电压。
结果总结如下：
图1示出与SF6（在4.5 bar）和CO2/O2混合物（在7 bar）相比的针对根据本发明的两种介电绝缘流体（在7 bar）的各自在雷电冲击（LI）下且在AC应力（AC）下测量的两种不同的场条件的击穿电压。
根据图1，对于使用根据本发明的流体的均匀场试验，与使用SF6的试验相比较，确定略高的击穿电压，已针对八氟-2-丁烯/N2的混合物而确定最高值（在雷电冲击下为大约230 kV，且在AC应力下为大约210 kV）。
对于类颗粒场试验，针对八氟-2-丁烯/CO2的混合物而确定最高的击穿电压，在雷电冲击下，该值处于大约200 kV，且因此远高于针对SF6而确定的相应值（低于150 kV）。
因而，根据本发明的流体允许实现在7 bar、在-5°C的击穿电压（介电耐受或击穿强度或击穿场强或击穿电压），该击穿电压等于乃至超过针对SF6的4.5 bar而测量的击穿电压。因而，能够以大部分情况下能够由设备的常规的壳体（或封装）壁部耐受的压力实现与对于SF6的相同的介电性能。
遍及本申请，“中压”涉及在1 kV至52 kV或72 kV的范围内的电压，而“高压”涉及高于该范围的电压。虽然示出且描述本发明的目前优选的实施例，但将清楚地理解到，本发明不限于此，而是可以在以下的权利要求的范围内按其它方式各种各样地体现和实践。因此，如“优选的”或“尤其”或“特别地”或“有利地”等的术语仅表明可选且示范性的实施例。

Claims (79)

1.直链八氟丁烯在针对用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备的环境安全的介电绝缘流体或灭弧流体中作为介电化合物的用途，其中所述介电绝缘流体或灭弧流体中的所述直链八氟丁烯介电化合物的比例为至少3%。
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述介电绝缘流体或灭弧流体是无臭氧消耗的。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的用途，其中所述介电绝缘流体或灭弧流体对于所述设备的材料为惰性的，所述介电绝缘流体或灭弧流体在其用于所述设备中的期间与所述材料直接接触。
4.根据权利要求1或2中的任一项所述的用途，其中所述介电化合物的半数致死剂量高于4000 ppm。
5.根据权利要求4所述的用途，其中所述介电化合物的半数致死剂量高于5000 ppm。
6.根据权利要求4所述的用途，其中所述介电化合物的半数致死剂量高于6000 ppm。
7.根据权利要求4所述的用途，其中所述介电化合物的半数致死剂量是致死浓度50%。
8.根据权利要求4所述的用途，其中所述介电化合物的半数致死剂量在大鼠上测量。
9.针对用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备的介电绝缘流体或灭弧流体，所述流体包含以下项：
a）作为第一组分A的直链八氟丁烯；
b）与所述第一组分A不同的第二组分B，所述第二组分B与所述第一组分A混合，
所述介电绝缘流体或灭弧流体中的所述第一组分A的比例为至少3%。
10.根据权利要求9所述的介电绝缘流体或灭弧流体，所述介电绝缘流体或灭弧流体的露点低于所述设备的最低操作温度。
11.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，所述介电绝缘流体或灭弧流体具有低于-20℃的露点，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于250mbar。
12.根据权利要求11所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于380 mbar。
13.根据权利要求11所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中组分A是八氟丁-2-烯。
14.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，所述介电绝缘流体或灭弧流体具有低于-25℃的露点，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于150mbar。
15.根据权利要求14所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于325 mbar。
16.根据权利要求14所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中组分A是八氟丁-2-烯。
17.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，所述介电绝缘流体或灭弧流体具有低于0℃的露点，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于800 mbar。
18.根据权利要求17所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于900 mbar。
19.根据权利要求17所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中组分A是八氟丁-2-烯。
20.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，所述介电绝缘流体或灭弧流体具有低于-5℃的露点，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于750mbar。
21.根据权利要求20所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压高于850 mbar。
22.根据权利要求20所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中组分A是八氟丁-2-烯。
23.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，当在293.15 K测量时，所述介电绝缘流体或灭弧流体的总压为至少6 bar。
24.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，所述介电绝缘流体或灭弧流体是无臭氧消耗的。
25.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第一组分A为八氟丁-1-烯或八氟丁-2-烯。
26.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第一组分A为八氟丁-2-烯的反式异构体。
27.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第二组分B包含具有至多-60℃的沸点的载气。
28.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第二组分B包含本身具有比所述第一组分A更低的介电强度的载气。
29.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第二组分B包含从由以下项组成的组选择的载气：氧气、氮气、二氧化碳、氧化亚氮以及以上项的混合物。
30.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第二组分B包含二氧化碳和/或氮气。
31.根据权利要求30所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第二组分B还包含氧气。
32.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述第二组分B包含二氧化碳和氧气的混合物或氮气和氧气的混合物或二氧化碳和氧气以及氮气的混合物。
33.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中其包含作为所述第二组分B或作为第三流体组分C的与所述第一组分A的所述直链八氟丁烯不同的另外的氟化有机化合物。
34.根据权利要求33所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述另外的氟化有机化合物为从由以下项组成的组选择的至少一种化合物：氟醚；氟酮；除了直链八氟丁烯之外的氟烯烃；氟腈；以及以上项的混合物。
35.根据权利要求34所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述氟醚是氢氟单醚。
36.根据权利要求34所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述氟酮是全氟酮。
37.根据权利要求34所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述除了直链八氟丁烯之外的氟烯烃是氢氟烯烃。
38.根据权利要求34所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中所述氟腈是全氟腈。
39.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在800 mbar至1100 mbar的范围内选取。
40.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在900 mbar至1100 mbar的范围内选取。
41.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在750 mbar至950 mbar的范围内选取。
42.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在850 mbar至950 mbar的范围内选取。
43.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在250 mbar至520 mbar的范围内选取。
44.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在380 mbar至520 mbar的范围内选取。
45.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在150 mbar至420 mbar的范围内选取。
46.根据权利要求9至10中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，其中当在293.15K测量时，组分A的分压在325 mbar至420 mbar的范围内选取。
47.用于电能的生成、传输、分配和/或使用的设备，所述设备包含包围绝缘空间的壳体和布置于所述绝缘空间中的导电部分，
其中所述绝缘空间含有根据权利要求9至46中的任一项所述的介电绝缘流体或灭弧流体，所述介电绝缘流体或灭弧流体包含以下项：
a）包含直链八氟丁烯的第一气体组分A；
b）与所述第一气体组分A不同的第二气体组分B，所述第二组分B与所述第一组分A混合，
且在操作条件具有高于1 bar的压力。
48.根据权利要求47所述的设备，其中所述介电绝缘流体或灭弧流体是介电绝缘或灭弧气体。
49.根据权利要求47所述的设备，所述设备为中电压或高电压设备。
50.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备是中电压设备，并且在所述中电压设备的操作条件，所述介电绝缘或灭弧气体的所述压力处于从1 bar至2 bar的范围内。
51.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备是中电压设备，并且在所述中电压设备的操作条件，所述介电绝缘或灭弧气体的所述压力处于从1 bar至1.5 bar的范围内。
52.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备是中电压设备，并且在所述中电压设备的操作条件，所述介电绝缘或灭弧气体的所述压力处于从1.3 bar至1.4bar的范围内。
53.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备是高电压设备，并且在所述高电压设备的操作条件，所述介电绝缘或灭弧气体的所述压力高于3 bar。
54.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备是高电压设备，并且在所述高电压设备的操作条件，所述介电绝缘或灭弧气体的所述压力高于4 bar。
55.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备是高电压设备，并且在所述高电压设备的操作条件，所述介电绝缘或灭弧气体的所述压力高于4.5 bar。
56.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备为以下的设备或其一部分：开关设备、气体绝缘式线路（GIL）、母线、套管、线缆、线缆接头、电流变换器、电压变换器、传感器、电涌放电器、电容器、电感、电阻器、绝缘体、限流器、断路器、环网柜、分段器、变换器、变换器套管、旋转电机、发电机、电动机、驱动器、半导体装置、计算机、功率转换器、转换器建筑物以及这样的装置的构件和/或组合。
57.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备为以下的设备或其一部分：气体绝缘式开关设备（GIS）、气体绝缘式线路（GIL）、母线、套管、气体绝缘式线缆、线缆接头、电流变换器、电压变换器、湿度传感器、电涌放电器、电容器、电感、电阻器、空气绝缘式绝缘体、气体绝缘式金属封装型绝缘体、限流器、高电压开关、接地开关、切断器、组合的切断器和接地开关、负载断路开关、气体断路器、发电机断路器、气体绝缘式真空断路器、中电压开关、环网柜、自动重合开关、分段器、低压开关和/或任何类型的气体绝缘式开关、配电变换器、功率变换器、抽头转换开关、变换器套管、旋转电机、发电机、电动机、驱动器、计算机、功率半导体装置、功率转换器、转换器站以及这样的装置的组合。
58.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，所述设备的额定最低操作温度为至少-25℃。
59.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，所述设备的额定最低操作温度为至少-15℃。
60.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，所述设备的额定最低操作温度为至少-5℃。
61.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在800 mbar至1100 mbar范围内选取。
62.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在900 mbar至1100 mbar的范围内选取。
63.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在750 mbar至950 mbar的范围内选取。
64.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在850 mbar至950 mbar的范围内选取。
65.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在250 mbar至520 mbar的范围内选取。
66.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在380 mbar至520 mbar的范围内选取。
67.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在150 mbar至420 mbar的范围内选取。
68.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中当在293.15 K测量时，组分A的分压在325 mbar至420 mbar的范围内选取。
69.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，所述设备被设计用于室内应用。
70.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述设备的直接地暴露于所述绝缘气体的固体构件中的至少一些由聚合物材料、金属、金属合金、陶瓷和/或以上项的合成物制成。
71.根据权利要求70所述的设备，其中所述聚合物材料从由以下项组成的组选择：硅酮、聚烯烃、聚醚、聚酯、聚氨酯、聚环氧化物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酮、聚砜以及以上项的混合物或组合。
72.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述组分从由以下项组成的组选择：涂层化合物；密封化合物；胶粘剂；绝缘化合物；润滑化合物；分子筛；无粘合剂的分子筛；干燥剂；无粘合剂的干燥剂；湿度感测材料；以及以上项的混合物。
73.根据权利要求72所述的设备，其中所述涂层化合物是涂料或树脂。
74.根据权利要求72所述的设备，其中所述润滑化合物是润滑脂。
75.根据权利要求72所述的设备，其中所述分子筛是沸石。
76.根据权利要求75所述的设备，其中所述沸石是5 Å的沸石。
77.根据权利要求72所述的设备，其中所述密封化合物包含：EPDM或丁腈橡胶或丁基橡胶。
78.根据权利要求77所述的设备，其中EPDM或丁腈橡胶或丁基橡胶是异丁烯-异戊二烯橡胶（IIR）或氯化丁基橡胶（CIIR）或溴丁基橡胶（BIIR）。
79.根据权利要求47至49中的任一项所述的设备，其中所述组分A是八氟丁-2-烯。
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