FR3079359A1

FR3079359A1 - Utilisation du 1-chloro-2,3,3,3-tetrafluoropropene pour l'isolation ou l'extinction d'arcs electriques

Info

Publication number: FR3079359A1
Application number: FR1852479A
Authority: FR
Inventors: Wissam Rached
Original assignee: Arkema France SA
Current assignee: Arkema France SA
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-09-27
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: FR3079359B1; US11133139B2; US20200365353A1; EP3769329A2; WO2019186017A3; WO2019186017A2

Abstract

L'invention concerne l'utilisation d'un gaz comme milieu d'isolation électrique et/ou d'extinction d'arc électrique, dans laquelle le gaz comprend du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène. L'invention concerne également un appareil électrique comprenant une enceinte étanche dans laquelle se trouvent des composants électriques ainsi qu'un gaz d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques, dans lequel le gaz comprend du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.

Description

UTILISATION DU 1-CHLORO-2,3,3,3-TETRAFLUOROPROPENE POUR L’ISOLATION OU L’EXTINCTION D’ARCS ELECTRIQUES

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un gaz utilisé pour l’isolation électrique ou l’extinction d’arcs électriques, ainsi que des appareils électriques pourvus d’une enceinte contenant ce gaz.

ARRIERE-PLAN TECHNIQUE

Dans les appareils électriques moyenne ou haute tension, l'isolation électrique et, le cas échéant, l'extinction des arcs électriques sont typiquement assurées par un gaz qui est confiné à l'intérieur d'une enceinte de ces appareils. Actuellement, le gaz le plus souvent utilisé est l'hexafluorure de soufre (SFe) : ce gaz présente une rigidité diélectrique relativement haute, une bonne conductivité thermique et des pertes diélectriques peu élevées. Il est chimiquement inerte et non toxique pour l'homme et les animaux et, après avoir été dissocié par un arc électrique, il se recombine rapidement et presque totalement. De plus, il est ininflammable et son prix est, encore aujourd'hui, modéré.

Toutefois, le SFe a pour inconvénient majeur de présenter un potentiel de réchauffement global (GWP) de 22 800 (relativement au CO2 sur 100 ans) et une durée de séjour dans l'atmosphère de 3 200 ans, ce qui le place parmi les gaz à fort pouvoir d'effet de serre.

Les industriels cherchent donc des alternatives au SFe. Des systèmes hybrides ont été proposés, qui associent une isolation gazeuse à une isolation solide (document EP 1724802). Cela augmente toutefois le volume des appareils électriques par rapport à celui qu'autorise une isolation au SFe ; et la coupure dans l'huile ou le vide nécessite une refonte des appareillages.

A titre d’alternative au SFe, il est connu d’utiliser les gaz dits simples comme l'air ou l'azote, qui n'ont pas d'impact négatif sur l'environnement. Mais ceux-ci présentent une rigidité diélectrique beaucoup plus faible que celle du SFe ; leur utilisation pour l'isolation électrique et/ou l'extinction des arcs électriques dans des appareils haute tension/moyenne tension implique d'augmenter de façon drastique le volume et/ou la pression de remplissage de ces appareils, ce qui va à rencontre des efforts qui ont été réalisés au cours de ces dernières décennies pour développer des appareils électriques compacts, à encombrement de plus en plus réduit.

Les perfluorocarbones présentent, d'une manière générale, des propriétés de tenue diélectrique intéressantes, mais leur GWP s'inscrit typiquement dans une gamme allant de 5 000 à 10 000.

D'autres alternatives prometteuses d'un point de vue caractéristiques électriques et GWP, comme le trifluoroiodométhane, sont classées parmi les substances cancérigènes, mutagènes et reprotoxiques de catégorie 3, ce qui est rédhibitoire pour une utilisation à une échelle industrielle.

Des mélanges de SFe et d'autres gaz comme l'azote ou le dioxyde d'azote sont utilisés pour limiter l'impact du SFe sur l'environnement : voir, par exemple, le document WO 2009/049144. Néanmoins, du fait du fort GWP du SFe, le GWP de ces mélanges reste très élevé. Ainsi, par exemple, un mélange de SFe et d'azote dans un rapport volumique de 10/90 présente une rigidité diélectrique en tension alternative (50 Hz) égale à 59 % de celle du SFe mais son GWP est de l'ordre de 8 000 à 8 650. De tels mélanges ne sauraient donc être utilisés comme gaz à faible impact environnemental.

Le document FR 2955970 propose l’utilisation de fluorocétones à l’état gazeux pour l’isolation électrique. Les fluorocétones peuvent être combinées avec un gaz vecteur ou gaz de dilution (par exemple azote, air, protoxyde d’azote, dioxyde de carbone, oxygène, hélium...).

Le document FR 2975818 propose un mélange d’octofluorobutan-2-one et de gaz vecteur comme milieu d’isolation.

Le document FR 2983341 propose l’utilisation d’oxiranes polyfluorés comme gaz d’isolation électrique et / ou d’extinction des arcs électriques.

Le document FR 2986192 propose l’utilisation d’une combinaison d’oxirane polyfluoré et d’hydrofluorooléfine comme gaz d’isolation électrique. Les hydrofluorooléfines citées sont le 1,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234ze), le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf) et le

1,2,3,3,3-pentafluoropropène (HFO-1225ye).

Le document WO 2012/038443 propose l’utilisation d’un mélange de SFe et de fluorocétone comme gaz d’isolation électrique.

Le document WO 2012/160158 propose l’utilisation d’un mélange de décafluoro-2-méthylbutan-3-one et d’un gaz vecteur comme gaz d’isolation électrique.

Le document WO 2013/004796 propose l’utilisation d’un gaz à base d’hydrofluorooléfine comme gaz d’isolation électrique. Les hydrofluorooléfines plus particulièrement proposées sont le 1,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234ze) et le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf).

Le document WO 2013/041695 propose l’utilisation d’un mélange d’hydrofluorooléfine et de fluorocétone comme gaz d’isolation électrique. Les hydrofluorooléfines plus particulièrement proposées sont le

1,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234ze), le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf) et le 1,2,3,3,3-pentafluoropropène (HFO-1225ye).

Le document WO 2013/136015 propose l’utilisation d’un mélange d’hydrofluorooléfine et d’hydrofluorocarbure comme gaz d’isolation électrique. Les hydrofluorooléfines plus particulièrement proposées sont le

1.3.3.3- tétrafluoropropène (HFO-1234ze), le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (HFO-1234yf) et le 1,2,3,3,3-pentafluoropropène (HFO-1225ye). Les hydrofluorocarbures plus particulièrement proposés sont le

1.1.1.2.3.3.3- heptafluoropropane (HFC-227ea), le pentafluoroéthane (HFC-125) et le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane (HFC-134a).

Le document WO 2017/037360 propose l’utilisation d’hexafluorobutènes comme gaz pour l’isolation électrique et/ou l’extinction d’arcs électriques.

Il existe encore un besoin de mettre au point des milieux d’isolation électrique et/ou d’extinction d’arcs électriques présentant à la fois un faible GWP et présentant une rigidité diélectrique élevée.

RESUME DE L’INVENTION

L’invention concerne en premier lieu l’utilisation d’un gaz comme milieu d’isolation électrique et/ou d’extinction d’arc électrique, dans laquelle le gaz comprend du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.

Dans des modes de réalisation, le 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène comprend plus de 80 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z, de préférence plus de 90 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z, encore de préférence plus de 95 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z et encore de préférence plus de 99 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z.

Dans des modes de réalisation, le gaz est utilisé comme milieu d’isolation électrique et/ou d’extinction d’arc électrique dans un appareil électrique de sous-station de moyenne tension.

Dans des modes de réalisation, le gaz contient de 10 à 100 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène, de préférence de 15 à 75 mol.% et plus particulièrement de 19 à 45 mol.%.

Dans des modes de réalisation, le gaz comprend également un diluant, de préférence choisi parmi l’air, l’azote, le méthane, l’oxygène, le dioxyde de carbone ou un mélange de ceux-ci ; et de préférence le gaz est un mélange binaire de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène et d’un diluant.

Dans des modes de réalisation, le gaz comprend en outre un composé halogéné, de préférence un composé fluoré, encore de préférence choisi parmi les fluorocétones, les hydrofluorooléfines, les hydrochlorofluorooléfines et les combinaisons de celles-ci.

Dans des modes de réalisation, le gaz est utilisé dans une gamme de température dont la borne inférieure vaut de -30 à 30°C, de préférence de -20 à 25°C, encore de préférence de -15 à 20°C et encore de préférence de -10 à 10°C.

Dans des modes de réalisation, le gaz consiste essentiellement, et de préférence consiste en du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.

Dans des modes de réalisation, le gaz est utilisé dans une gamme de température dont la borne inférieure est supérieure ou égale à 10°C, ou à 11°C, ou à 12°C, ou à 13°C, ou à 14°C, ou à 15°C, ou à 16°C, ou à 18°C, ou à 20°C.

L’invention concerne également un appareil électrique comprenant une enceinte étanche dans laquelle se trouvent des composants électriques ainsi qu’un gaz d’isolation électrique et/ou d’extinction des arcs électriques, dans lequel le gaz comprend du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.

Dans des modes de réalisation, le gaz comprend également un diluant, de préférence choisi parmi l’air, l’azote, le méthane, l’oxygène, le dioxyde de carbone ou un mélange de ceux-ci ; et de préférence le gaz est un mélange binaire du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène et d’un diluant.

Dans des modes de réalisation, l’appareil électrique est un appareil électrique de moyenne tension.

Dans des modes de réalisation, l’appareil électrique est un appareil électrique de haute tension.

Dans des modes de réalisation, le gaz est à une pression à 20°C de 0,1 à 1 MPa, de préférence de 0,11 à 0,5 MPa, et encore de préférence de 0,12 à 0,15 MPa.

Dans des modes de réalisation, l’appareil est choisi parmi un transformateur électrique à isolation gazeuse, une ligne à isolation gazeuse pour le transport ou la distribution de l’électricité, et un appareil électrique de connexion/déconnexion.

La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l’état de la technique. Elle fournit plus particulièrement des milieux d’isolation électrique et/ou d’extinction d’arcs électriques présentant à la fois un faible GWP et présentant une rigidité diélectrique élevée.

Cela est accompli grâce à la découverte que les milieux à base de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène, communément désigné par HCFO-1224yd, présentent des propriétés de rigidité diélectrique remarquables et que, en mélange avec des composés inertes, ils fournissent une isolation électrique efficace même à température relativement faible.

DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION

L’invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.

L’invention concerne un gaz utilisé comme milieu d’isolation électrique et/ou d’extinction d’arc électrique.

Le gaz selon l’invention comprend au moins du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène ou HCFO-1224yd. Le HCFO-1224yd peut être sous forme E, ou sous forme Z, ou peut être un mélange des deux formes. La forme Z est préférée.

De préférence le HCFO-1224yd comprend plus de 50 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 60 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 70 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 80 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 85 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 90 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 95 mol.% de la forme Z, de préférence plus de 98 mol% de la forme Z et encore de préférence plus de 99 mol.% de la forme Z.

De préférence, le HCFO-1224yd consiste essentiellement ou consiste en du HCFO-1224yd(Z).

Le HCFO 1224yd(Z) est non inflammable.

Le HCFO 1224yd(Z) a un très bas niveau de toxicité.

Le HCFO 1224yd(Z) est stable thermiquement et compatible avec les élastomères et plastiques.

Le gaz peut également comprendre des composés supplémentaires, en particulier un diluant (ou gaz de dilution, ou gaz tampon) et éventuellement un ou des autres composés halogénés (notamment composés fluorés).

Dans des modes de réalisation, le gaz selon l’invention consiste essentiellement, et de préférence consiste en du HCFO-1224yd.

Dans des modes de réalisation, le gaz selon l’invention comprend (ou éventuellement consiste essentiellement en, ou éventuellement consiste en) un mélange binaire de HCFO-1224yd et d’un diluant.

Dans des modes de réalisation, le gaz selon l’invention comprend (ou éventuellement consiste essentiellement en, ou éventuellement consiste en) un mélange binaire de HCFO-1224yd et d’un autre composé halogéné.

Dans des modes de réalisation, le gaz selon l’invention comprend (ou éventuellement consiste essentiellement en, ou éventuellement consiste en) un mélange de HCFO-1224yd, d’un autre composé halogéné et d’un diluant.

Le diluant est un composé inerte, qui peut être par exemple choisi parmi l’air, l’azote, le méthane, l’oxygène, le protoxyde d’azote, l’hélium et le dioxyde de carbone. Des mélanges de ceux-ci sont également possibles.

A titre de composé halogéné pouvant être utilisé en mélange avec le HCFO-1224yd, on peut citer notamment un chlorocarbure, un hydrochlorocarbure, un chlorofluorocarbure, un hydrochlorofluorocarbure, une chlorooléfine, une hydrochlorooléfine, une chlorofluorooléfine ou une hydrochlorofluorooléfine, une hydrochlorofluorocétone, une fluorocétone, une hydrofluorocétone, une hydrochlorocétone ou une chlorocétone. De préférence, le composé halogéné est une hydrochlorofluorooléfine, une hydrofluorooléfine ou une fluorocétone.

Dans des modes de réalisation, le composé halogéné est un composé fluoré, qui de préférence est choisi parmi les fluorocétones, les fluoéthers, les fluoronithles, les peroxydes fluorés, les fluoroamides et les fluoro éther oxydes.

La décafluoro-2-méthylbutan-3-one est un exemple de composé halogéné préféré. La 2,3,3,3-tétrafluoro-2-(tnfluorométhyl)-propanenitrile est un exemple de composé fluoronitrile préféré. La 1,1,1,4,4,4-hexafluorobut-2ène (E) est un exemple de composé hydrofluorooléfine préféré.

On souhaite de préférence que le gaz selon l’invention ne subisse pas de condensation pour l’ensemble de la gamme de température d’utilisation projetée. On souhaite par ailleurs utiliser ce gaz à une pression suffisamment importante, en principe supérieure à 10⁵ Pa. Dans ces conditions, l’utilisation d’un diluant permet d’éviter d’atteindre la pression de vapeur saturante du HCFO-1224yd ou des autres composés halogénés éventuellement présents dans l’ensemble de la gamme de température d’utilisation projetée.

Ainsi, un diluant est en général un composé présentant une température d’ébullition inférieure à celle du HCFO-1224yd et présentant également une rigidité électrique inférieure (à une température de référence qui est par exemple de 20°C).

La pression absolue d’utilisation du gaz selon l’invention est de préférence de 1 à 1,5 bars dans les appareils de moyenne tension, et de 4 à 7 bars dans les appareils de haute tension.

Les termes « moyenne tension » et « haute tension » sont utilisés ici dans leur acceptation habituelle, à savoir que le terme « moyenne tension » désigne une tension qui est supérieure à 1000 volts en courant alternatif et à 1500 volts en courant continu mais qui ne dépasse pas 52000 volts en courant alternatif et 75000 volts en courant continu, tandis que le terme « haute tension » désigne une tension qui est strictement supérieure à 52000 volts en courant alternatif et à 75000 volts en courant continu.

Afin de maximiser la quantité de HCFO-1224yd et des autres composés halogénés éventuels, on peut utiliser la formule suivante :

N

Dans cette formule, Ptot représente la pression d’utilisation du gaz selon l’invention, Pi représente la pression partielle du HCFO-1224yd et des autres composés halogénés et PVS, représente la pression de vapeur saturante du HCFO-1224yd et des autres composés halogénés. Les pressions sont données à la température de remplissage, soit en général 20°C environ.

Le pourcentage molaire de chaque composé est alors approximativement donné par Mj=(Pj/Ptot)x100.

Il faut toutefois noter que, dans certains cas, on peut accepter une petite quantité de liquide à basse température, ce qui peut permettre d’utiliser le HCFO-1224yd ou les autres composés halogénés en des quantités légèrement supérieures à celles définies ci-dessus.

De manière générale, le gaz selon l’invention peut être utilisé dans une gamme de température dont la borne inférieure vaut : de -30 à -25°C ; ou de -25 à -20°C ; ou de -20 à -15°C ; ou de -15 à -10°C ; ou de -10 à -5°C ; ou de -5 à 0°C ; ou de 0 à 5°C ; ou de 5 à 10°C ; ou de 10 à 15°C ; ou de 15 à 20°C ; ou de 20 à 25°C ; ou de 25 à 30°C.

Dans certains modes de réalisation, le gaz peut être utilisé dans une gamme de température dont la borne inférieure vaut de -30 à 30°C, de préférence de -20 à 25°C, encore de préférence de -15 à 20°C et encore de préférence de -10 à 10°C.

Le gaz selon l’invention peut être utilisé dans une gamme de température dont la borne supérieure vaut : de 15 à 20°C ; ou de 20 à 25°C ; ou de 25 à 30°C ; ou de 30 à 35°C ; ou de 35 à 40°C ; ou de 40 à 45°C ; ou de 45 à 50°C.

Dans certains modes de réalisation, le gaz peut être utilisé dans une gamme de température dont la borne supérieure vaut de 15 à 50°C, de préférence de 25 à 45°C, encore de préférence de 20 à 40°C et encore de préférence de 25 à 35°C.

La température d’utilisation du gaz correspond à la température effective du gaz au cours de son utilisation ; elle peut varier au cours de l’utilisation, mais reste entre la borne inférieure et la borne supérieure définies ci-dessus. Par exemple, lorsque le gaz est présent dans l’enceinte d’un appareil électrique, la température d’utilisation est la température du gaz dans l’enceinte, qui peut varier au cours du temps en fonction notamment des conditions climatiques ou environnementales.

Les modes de réalisation dans lesquels un gaz diluant est présent, permettent généralement de travailler dans une gamme de température dont la borne inférieure est plus basse que dans les modes de réalisations dans lesquels aucun gaz diluant n’est présent.

Ainsi, lorsque le gaz consiste essentiellement en, ou consiste en, un HCFO-1224yd (et de préférence du HCFO-1224yd(Z)), la borne inférieure de la gamme de température est de préférence supérieure ou égale à 10°C, ou à 11°C, ou à 12°C, ou à 13°C, ou à 14°C, ou à 15°C, ou à 16°C, ou à 18°C, ou à 20°C.

De préférence, le gaz selon l’invention présente un GWP inférieur ou égal à 20, plus particulièrement inférieur ou égal à 15 ou à 10, ou à 7, ou à 5, ou à 4, ou à 3.

Le GWP est défini par rapport au dioxyde de carbone et par rapport à une durée de 100 ans, selon la méthode indiquée dans « The scientific assessment of ozone déplétion, 2002, a report of the World Meteorological Association’s Global Ozone Research and Monitoring Project ».

La proportion (molaire) de HCFO-1224yd (et de préférence du HCFO-1224yd(Z)) dans le gaz peut être, dans certains modes de réalisation, de 1 à 2 % ; ou de 2 à 3 % ; ou de 3 à 4 %, ou de 4 à 5 % ; ou de 5 à 6 % ; ou de 6 à 7 % ; ou de 7 à 8 % ; ou de 8 à 9 % ; ou de 9 à 10 % ; ou de 10 à 12 % ; ou de 12 à 14 % ; ou de 14 à 16 % ; ou de 16 à 18 % ; ou de 18 à 20 % ; ou de 20 à 22 % ; ou de 22 à 24 % ; ou de 24 à 26 % ; ou de 26 à 28 % ; ou de 28 à 30 % ; ou de 30 à 35 % ; ou de 35 à 40 % ; ou de 40 à 45 % ; ou de 45 à 50 % ; ou de 50 à 55 % ; ou de 55 à 60 % ; ou de 60 à 70 % ; ou de 70 à 80 % ; ou de 80 à 90 % ; ou de 90 à 100 %.

Dans certains modes de réalisation, le gaz peut contenir de 10 à 100 mol.% de HCFO-1224yd, de préférence de 15 à 75 mol.% et plus particulièrement de 19 à 45 mol.%.

Dans certains modes de réalisation, le gaz est utilisé avec une température minimale (borne inférieure de la gamme de température d’utilisation) comprise dans les plages suivantes, en association avec une proportion de HCFO-1224yd (et de préférence de HCFO-1224yd(Z)) dans le gaz située dans les plages suivantes (afin d’obtenir des performances maximales) :

Température minimale	Proportion en HCFO-1224yd
> -20°C	> 19 mol.%
>-15°C	> 25 mol.%
> 10°C	> 75 mol.%
> 17°C	100 mol.%

La pression partielle de HCFO-1224yd dans le gaz à 20°C peut être, dans certains modes de réalisation, de 0,002 à 0,004 MPa ; ou de 0,004 à 0,006 MPa ; ou de 0,006 à 0,008 MPa ; ou de 0,008 à 0,01 MPa ; ou de 0,01 à 0,012 MPa ; ou de 0,012 à 0,014 MPa ; ou de 0,014 à 0,016 MPa ; ou de 0,016 à 0,018 MPa ; ou de 0,018 à 0,02 MPa ; ou de 0,02 à 0,022 MPa ; ou de 0,022 à 0,024 MPa ; ou de 0,024 à 0,026 MPa ; ou de 0,026 à 0,028 MPa ; ou de 0,028 à 0,03 MPa ; ou de 0,03 à 0,032 MPa ; ou de 0,032 à 0,034 MPa ; ou de 0,034 à 0,036 MPa ; ou de 0,036 à 0,038 MPa ; ou de 0,038 à 0,04 MPa ; ou de 0,04 à 0,045 MPa ; ou de 0,045 à 0,05 MPa ; ou de 0,05 à 0,055 MPa ; ou de 0,055 à 0,06 MPa ; ou de 0,06 à 0,07 MPa ; ou de 0,07 à 0,08 MPa ; ou de 0,08 à 0,09 MPa ; ou de 0,09 à 0,1 MPa ; ou de 0,1 à 0,11 MPa ; ou de 0,11 à 0,12 MPa ; ou de 0,12 à 0,13 MPa ; ou de plus de 0,13 MPa.

Le gaz peut avoir une pression à 20°C de 0,1 à 1 MPa, de préférence de 0,11 à 0,5 MPa, et encore de préférence de 0,12 à 0,15 MPa.

Dans certains modes de réalisation, le gaz peut avoir une pression à 20°C de 0,1 à 0,15 MPa ; ou de 0,15 à 0,3 MPa ; ou de 0,3 à 0,5 MPa ; ou de 0,5 à 0,7 MPa ; ou de 0,7 à 0,9 MPa ; ou de 0,9 à 1 MPa.

Il est souhaitable que les appareils électriques contiennent une quantité relativement élevée de HCFO-1224yd (et éventuellement autres gaz halogénés et notamment fluorés), afin que les caractéristiques diélectriques, thermiques et de coupure des gaz soient suffisantes sur la plage de température normative ou souhaitée.

Pour ce faire, il est avantageux d’utiliser un dispositif de chauffage en combinaison avec un appareil électrique, ledit dispositif de chauffage se déclenchant en fonction de la température du mélange gazeux, de sa pression ou de sa densité.

Par exemple, une résistance chauffante placée idéalement au point le plus bas de l’appareil (point de convergence des liquides condensés sur les différentes pièces à l’intérieur de l’appareil, par gravitation) peut être utilisée.

On garantit ainsi une pression de gaz supérieure à la pression d’essai (pression de gaz dans l’appareil lors des essais de validation) définie normativement.

Pour les mêmes raisons, il est avantageux de prévoir une isolation thermique des parois de l’appareil et/ou une isolation thermique de l’installation ou des locaux le contenant et/ou un chauffage de cette installation ou de ces locaux.

EXEMPLES

Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter.

Exemple 1 - produits purs

On effectue des mesures de rigidité diélectrique à 20°C et à 1,3 bar en champ homogène, avec une distance entre électrodes de 12 mm.

Les résultats sont les suivants, exprimés de manière relative en pourcentage de la rigidité diélectrique du gaz de référence SFe :

- HCFO-1224yd(Z) : 178 %.

Compte tenu de sa température de condensation, le HCFO-1224yd(Z) peut être utilisé à l’état pur à une température minimale de 17°C, à une pression de 1,14 bar, sans condensation. Sa valeur de rigidité diélectrique (avec une distance entre électrodes de 12 mm) est alors la suivante, toujours par rapport au SFe :

- HCFO-1224yd(Z) à 17°C : 159 %.

Exemple 2 - mélanges avec un composé inerte

Si l’on utilise le modèle des gaz parfaits, 1 m³ de gaz à 1,3 bar et à 20°C contient 53,33 moles, indépendamment du gaz utilisé. Cette même quantité de gaz, dans le même volume, donne une pression de 1,144 bar à -15°C.

Toujours selon la théorie des gaz parfaits, chaque gaz est considéré indépendant des autres gaz dans le même volume. Donc, comme la pression de saturation du HCFO-1224yd(Z) à -15°C est de 0,29 bar, le nombre maximum de moles dans 1 m³ de gaz est de 13,5 moles, si l’on souhaite éviter toute condensation à cette température.

Comme la pression totale est considérée comme étant égale à la somme des pressions partielles, la pression restante est de 0,85 bars et le nombre de moles équivalent de composé inerte à ajouter est de 39,8. Le mélange HCFO-1224yd(Z)/inerte comprend alors une composition molaire de 25,3 % de HCFO-1224yd(Z) et de 74,7 % de composé inerte.

La rigidité diélectrique de l’air étant de 54 % de celle du SFe à -15°C et à 1,14 bar, on peut calculer la rigidité diélectrique du mélange binaire ci-dessus dans les mêmes conditions :

- 25,3 mol.% HCFO-1224yd(Z) + 74,7 mol.% air : 78 %.

Ces résultats montrent qu’à la température de -15°C, un mélange de composé inerte et de HCFO-1224yd(Z) améliore les performances diélectriques du composé inerte. Ce qui est vrai pour l’air l’est également pour le CO2, dont la rigidité diélectrique est de 51 % de celle du SFe à -15°C et à 1,14 bar.

Les teneurs en HCFO-1224yd(Z) indiquées ci-dessus ont été calculées selon la théorie des gaz parfaits.

Toutefois, en réalité, la teneur maximale de HCFO-1224yd(Z) à la saturation vapeur à la température de -15°C et à la pression de 1,14 bar est supérieure à celle prédite par la théorie des gaz parfaits. Ainsi, les compositions binaires HCFO-1224yd(Z)/inerte d’intérêt peuvent comporter une teneur en HCFO-1224yd(Z) supérieure aux valeurs indiquées ci-dessus. Corrélativement, la rigidité diélectrique obtenue peut être supérieure à celle calculée ci-dessus.

Claims

REVENDICATIONS

1. Utilisation d’un gaz comme milieu d’isolation électrique et/ou d’extinction d’arc électrique, dans laquelle le gaz comprend du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.
2. Utilisation selon la revendication 1, dans laquelle le

1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène comprend plus de 80 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z, de préférence plus de 90 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z, encore de préférence plus de 95 mol.% de

1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z et encore de préférence plus de 99 mol.% de

1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z.
3. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 2, comme milieu d’isolation électrique et/ou d’extinction d’arc électrique dans un appareil électrique de sous-station de moyenne tension.
4. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le gaz contient de 10 à 100 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène, de préférence de 15 à 75 mol.% et plus particulièrement de 19 à 45 mol.%.
5. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le gaz comprend également un diluant, de préférence choisi parmi l’air, l’azote, le méthane, l’oxygène, le dioxyde de carbone ou un mélange de ceux-ci ; et de préférence le gaz est un mélange binaire de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène et d’un diluant.
6. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le gaz comprend en outre un composé halogéné, de préférence un composé fluoré, encore de préférence choisi parmi les fluorocétones, les hydrofluorooléfines, les hydrochlorofluorooléfines et les combinaisons de celles-ci.
7. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 6, dans une gamme de température dont la borne inférieure vaut de -30 à 30°C, de préférence de -20 à 25°C, encore de préférence de -15 à 20°C et encore de préférence de -10 à 10°C.
8. Utilisation selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le gaz consiste essentiellement, et de préférence consiste en du

1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.
9. Utilisation selon la revendication 8, dans une gamme de température dont la borne inférieure est supérieure ou égale à 10°C, ou à 11°C, ou à 12°C, ou à 13°C, ou à 14°C, ou à 15°C, ou à 16°C, ou à 18°C, ou à 20°C.
10. Appareil électrique comprenant une enceinte étanche dans laquelle se trouvent des composants électriques ainsi qu’un gaz d’isolation électrique et/ou d’extinction des arcs électriques, dans lequel le gaz comprend du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.
11. Appareil électrique selon la revendication 10, dans lequel le 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène comprend plus de 80 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z, de préférence plus de 90 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z, encore de préférence plus de 95 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z et encore de préférence plus de 99 mol.% de 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène sous forme Z.
12. Appareil électrique selon l’une des revendications 10 ou 11, dans lequel le gaz comprend également un diluant, de préférence choisi parmi l’air, l’azote, le méthane, l’oxygène, le dioxyde de carbone ou un mélange de ceux-ci ; et de préférence le gaz est un mélange binaire du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène et d’un diluant.
13. Appareil selon l’une des revendications 10 à 12, dans lequel le gaz comprend en outre un composé halogéné, de préférence un composé fluoré, encore de préférence choisi parmi les fluorocétones, les hydrofluorooléfines, les hydrochlorofluorooléfines et les combinaisons de celles-ci.
14. Appareil selon l’une des revendications 10 ou 11, dans lequel le gaz consiste essentiellement, et de préférence consiste en du 1-chloro-2,3,3,3-tétrafluoropropène.
15. Appareil selon l’une des revendications 10 à 14, dans lequel l’appareil électrique est un appareil électrique de moyenne tension.
16. Appareil selon l’une des revendications 10 à 14, dans lequel l’appareil électrique est un appareil électrique de haute tension.
17. Appareil selon l’une des revendications 10 à 16, dans lequel le gaz est à une pression à 20°C de 0,1 à 1 MPa, de préférence de 0,11 à 0,5 MPa, et encore de préférence de 0,12 à 0,15 MPa.
18. Appareil électrique selon l’une des revendications 10 à 17, qui est choisi parmi un transformateur électrique à isolation gazeuse, une ligne à isolation gazeuse pour le transport ou la distribution de l’électricité, et un appareil électrique de connexion/déconnexion.