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CN114072881A - 介电绝缘或消弧流体 - Google Patents

介电绝缘或消弧流体 Download PDF

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CN114072881A
CN114072881A CN202080046000.9A CN202080046000A CN114072881A CN 114072881 A CN114072881 A CN 114072881A CN 202080046000 A CN202080046000 A CN 202080046000A CN 114072881 A CN114072881 A CN 114072881A
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Abstract

本发明涉及用在用于产生、传输、分配和/或使用电能的设备的介电绝缘或消弧流体，所述流体为包含氟烯烃和氧气的混合物。所述氟烯烃为含有4‑5个碳原子的单氢氟烯烃，所述氢原子与双键的碳原子结合或与双键直接相邻。

Description

介电绝缘或消弧流体
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的用在用于产生、传输、分配和/或使用电能的设备的介电绝缘或消弧流体。
本发明进一步涉及所提及类型的设备，其包括封闭绝缘空间的壳体，所述绝缘空间含有介电绝缘或消弧流体，以及流体在中电压或高电压应用中的用途，特别是高电压应用。
背景技术
气态或液态的介电绝缘介质通常应用于多种设备中导电部分的绝缘，例如开关设备、气体绝缘变电站(GIS)、气体绝缘线(GIL)、变压器以及其他，或电气部件的绝缘，例如仪表变压器、抽头变换器以及其他。
中电压或高电压金属封装的开关设备中，例如，导电部分布置在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将壳体与导电部分隔开而不让电流通过该绝缘空间。为了中断例如在高电压开关设备中的电流，该绝缘介质还起到消弧气体的作用。
六氟化硫(SF6)由于其出色的介电性能和化学惰性，是公认的绝缘气体。尽管具有这些特性，仍在加强努力寻找替代的绝缘气体，特别是考虑其全球变暖潜势(GWP)低于SF6(其值为1)。
近来，已经提出在介电绝缘介质中使用有机氟化合物。具体地，WO-A-2010/142346公开一种包含含有4-12个碳原子的含氟酮的介电绝缘介质。含氟酮已被证明具有高介电强度。同时，它们具有极低的GWP和极低的毒性。这些特性的组合使这些含氟酮非常适合用作传统绝缘气体的可能替代品。
尽管WO-A-2010/142346公开含氟酮的高介电强度，但由于含氟酮的蒸气压力相对较低，相应的绝缘介质的绝缘性能可能受到限制。在低温环境中的应用尤其如此。在这些应用中，只有相对较低的含氟酮分压可以保持而不会液化。
考虑到这些缺点，WO-A-2012/080246提出一种介电绝缘气体，其包含含有正好5个碳原子的含氟酮(特别是1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)-丁-2-酮(在下文中称为“C5”的“C5K”))与载气(特别是空气或空气组分)的混合物，与含氟酮共同使得绝缘介质的介电强度比绝缘介质的气体组分的介电强度之和有非线性增加。
尽管根据WO-A-2012/080246，绝缘介质具有优异的性能，但与上述含氟酮相比，仍有持续兴趣提供沸点较低的替代性“非-SF6”介电化合物，从而使绝缘气体中的介电化合物浓度更高。最终，这将允许在相对较低的工作温度下实现改善的介电性能。
在这方面，WO 2014/037566中建议使用包含七氟异丁腈与稀释气体混合物的气体介质，并因此报导七氟异丁腈在1013hPa下的沸点为-3.9℃。然而，七氟异丁腈(在下文中也称为“C4N”)具有对环境影响大的缺点；其大气寿命为约11,000天且它的GWP为约2,210，即远高于大气寿命小于20天且GWP为1的C5K的分别的值。
进一步发现，当在例如GIS中使用时，七氟异丁腈展现出与GIS的材料差的相容性，其一方面影响材料与介电绝缘或消弧流体的接触。另一方面，绝缘介质本身的功能性也因其中所包含的七氟异丁腈的分解而受到影响。
考虑到这些缺点，WO 2017/162578中建议使用八氟丁烯，根据该公开，八氟丁烯显示出与包含七氟异丁腈的绝缘介质相当的介电性能，但对环境的影响比后者低得多，特别是低的GWP。除了其良好的介电性能，八氟丁烯还具有相对较低的沸点和非常好的材料相容性的优势。
当一般使用上述任意介电有机氟化合物，具体使用八氟丁烯时，优选将氧气混合到介质中，以避免在设备中形成烟灰。
然而，已经发现，在氧气存在下，八氟丁烯在经受部分放电时快速降解。特别是在高电压应用中，无法完全避免部分放电，且这些应用中使用含有八氟丁烯和氧气的混合物会导致介电绝缘流体相对快速的降解并产生有害的副产物。根据基本的热力学原理，八氟丁烯在经历[2+2]环加成反应后的降解是最令人惊讶的。
发明内容
考虑到以上情况，因此本发明要解决的问题是提供一种含有介电化合物的介电绝缘或消弧流体，其-具有与八氟丁烯类似的介电性能-当在氧气的存在下经受部分放电时具有更高的稳定性。
该问题通过在独立权利要求1中限定的本发明的介电绝缘或消弧流体得到解决。在从属权利要求中限定本发明的介电绝缘或消弧流体的优选实施方案。
根据权利要求1，在用于产生、传输、分配和/或使用电能的设备中使用的介电绝缘或消弧流体，为包含氟烯烃和氧气的混合物。与WO2017/162578教导使用八氟丁烯并因此的全氟烯烃相反，本发明的氟烯烃为包含4-5个碳原子的单氢氟烯烃，氢原子与双键的碳原子结合或与双键直接相邻。
令人惊讶地发现，由于结合到权利要求1中指定位置的氢原子的存在，氟烯烃的双键强度充分增加，足以保护双键免于经历[2+2]环加成的氧气分子的攻击。因此，相比全部氟代的八氟丁烯的情况，本发明的单氢氟烯烃在氧气的存在下在部分放电下更稳定。在这方面，进一步发现，尽管氟烯烃被氢原子取代，但即使在严酷的部分放电条件下也没有氢氟酸生成。
与全氟化合物相比，除了改善的稳定性之外，单氢氟烯烃是环境安全的且特别是具有极低的GWP。考虑到根据WO 2017/162578，特意选择全氟化合物，旨在通过强电负性氟原子削弱双键，从而提供低GWP，氢氟烯烃具有低GWP这一发现非常令人惊讶。
术语“流体”(在术语“介电绝缘流体或消弧流体”中使用)指任意流体，且特别涵盖液体、气体以及同时包含气相和液相的两相体系。
本发明的上下文中，术语“环境安全”意为非臭氧损耗性的，并且相对于二氧化碳，在100年的时间范围内其全球变暖潜势小于10。
具体地，术语"环境安全"也意为介电绝缘或消弧流体具有相对较低的毒性。更具体地，在环境安全的介电绝缘或消弧流体中使用的介电化合物的半数致死量(LC50；致死浓度50％；在大鼠上测得)高于4,000ppm，优选高于5,000ppm，更优选高于6,000ppm，即远高于指示有毒物质的通常位于500-2500ppm的半数致死量。因此，本发明使用的介电化合物与之前提到的C4N(具有比本发明使用的电介质化合物高得多的GWP)和C5K在同一毒性等级范围内。
除了其令人惊讶的高环境相容性之外，还发现本发明的单氢氟烯烃具有相对较高的介电强度，特别是相当于或甚至高于相应的全氟烯烃的介电强度。
通过使用本发明的单氢氟烯烃可实现高介电耐受，即，基于化合物相对较低的沸点，其允许实现相对较高的气体密度。
单氢氟烯烃对实现环境安全的绝缘或消弧介质的适用性是最令人惊讶的，因为烯烃通常会发生加成反应，因此通常不设想用于在其中高度惰性化合物至关重要的应用中。
考虑到关于一般烯烃的一般原则，因此最令人惊讶的是，单氢氟烯烃不仅展现出相对较低的GWP，它们还是不可燃的，并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)相同毒性等级的范围内。
进一步令人惊讶地发现，含有单氢氟烯烃的流体对于设备材料是惰性的(即非反应性的)，流体在设备中使用期间与设备材料直接接触。因此，绝缘或消弧组合物显现出高的材料相容性并且当在设备中长时间使用仍保持其功能性。具体地，与含有七氟异丁腈的绝缘介质的材料相容性相比，其材料相容性得以极大改善。
如所述的，本发明的氟烯烃为单氢氟烯烃，氢原子与双键的碳原子结合或与双键直接相邻，即在双键α-位。具体地，氟烯烃选自由以下组成的化合物的组：
Figure BDA0003422743530000041
1,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯
Figure BDA0003422743530000042
1,1,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯
Figure BDA0003422743530000051
1,1,1,3,4,4,4-七氟-2-丁烯
Figure BDA0003422743530000052
1,1,2,3,4,4,4-七氟-1-丁烯
Figure BDA0003422743530000053
1,1,2,3,4,4,4-七氟-2-丁烯
Figure BDA0003422743530000054
1,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯
Figure BDA0003422743530000055
1,1,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯
Figure BDA0003422743530000056
1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯
Figure BDA0003422743530000057
1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯
Figure BDA0003422743530000061
1,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯
Figure BDA0003422743530000062
1,1,2,3,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯
Figure BDA0003422743530000063
1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-2-戊烯，
包括各化合物的顺式-和反式-异构体，及其混合物。
因此，换言之，氟烯烃优选选自由以下组成的组：顺式-1,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、反式-1,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、顺式-1,1,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、反式-1,1,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、顺式-1,1,1,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、反式-1,1,1,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、1,1,2,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、顺式-1,1,2,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、反式-1,1,2,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、顺式-1,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯、反式-1,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯、1,1,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯、顺式-1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、反式-1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、顺式-1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、反式-1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、顺式-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、反式-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-2-戊烯，及其混合物。
由于仅含有一个氢原子，本发明的流体中使用的单氢氟烯烃与全氟烯烃以及与含有两个或更多个的氢原子的烯烃(例如二氢氟烯烃)都明显不同。
亦如所述的，混合物包含氧气以避免形成烟灰，特别是在开关操作期间。还发现绝缘或消弧流体中氧气含量不会显著影响流体的介电耐受。
为了确保很好地避免烟灰形成，氧气和氟烯烃的比率优选为0.5:1-4:1，更优选为0.7:1-2:1，且最优选为约1:1。
除氧气外，混合物优选包含至少一种选自由以下组成的组的另外的载气组分：氮气、二氧化碳、一氧化二氮及其混合物，特别是二氧化碳。这是因为如下事实：高介电单氢氟烯烃的分压在工作温度下受限，以及混合物的最大介电强度是通过混合至少一种其自身同样也具有相对较高的介电强度载气来实现的。
如上所述，除氧气外，包含二氧化碳的载气混合物是特别优选的。该混合物同时提供由于使用二氧化碳的高热力学性能(即消弧性能或消弧强度)，以及由于使用单氢氟烯烃的高介电性能。此外，通过在载气混合物中一起使用二氧化碳与氧气，进一步减少烟灰的形成。
根据流体的具体应用，在本发明的上下文中，可进一步优选含有氧气和二氧化碳、额外含有氮气的混合物，基于载气混合物的分压，更优选低于20％的比例。考虑到其中包含氮气的流体实现高介电强度(介电耐受或者击穿强度或电压)，氮气的存在可为优选的，因为氮气能够有效地减慢电子。特别是考虑到流体在开关设备中的使用，氮气含量限定到20％可为优选的，因为更高的氮气含量可能会导致流体消弧能力下降。
为了确保在工作条件下有相对较高分数的单氢氟烯烃为气态，一方面，流体优选具有低于预定阈值温度的露点，特别是低于设备的最低工作温度。另一方面，单氢氟烯烃需要相对较高的分压，以实现所述组分的高气体密度，以及由此实现高介电耐受强度。
具体地，介电绝缘或消弧流体中氟烯烃的比例为1-20％，更具体为2-15％。如果介电绝缘或消弧流体为气体形式，本发明上下文中使用的术语“比例”指氟烯烃的分压相对于介电绝缘或消弧气体总压力的百分比。因此，作为示例性的实施方案，其中氟烯烃的分压为200毫巴并且气体的总压力设为10巴，氟烯烃比例为2％。由于单氢氟烯烃的高介电耐受强度(或者介电击穿强度或击穿场强)，介电绝缘或消弧流体展现-在上述给定的单氢氟烯烃的比例下-在设备相对适中的填充压力下良好的介电性能。
鉴于旨在获得高比例的氟烯烃，流体可优选包含-除了权利要求1的单氢氟烯烃之外-额外的单氢氟烯烃，该单氢氟烯烃含有3个碳原子，氢原子与双键的碳原子结合或与双键直接相邻。具体地，额外的单氢氟烯烃选自由以下组成的组：1,1,1,2-四氟丙烯(HFO-1234yf；也名为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；也名为反式-1,2,3,3,3五氟丙-1-烯)；及其混合物。
如果流体包含-除氟烯烃外-至少一种选自由以下组成的组的化合物，流体的介电性能可以实现进一步的增加：含氟醚，特别是氢氟单醚；含氟酮，特别是全氟酮；含氟腈，特别是全氟腈，及其混合物。因此，可优选混合这些化合物的至少一种。
除上述介电绝缘或消弧流体外，本发明进一步涉及一种用于产生、传输、分配和/或使用电能的设备，所述设备包括封闭绝缘空间的壳体和布置在所述绝缘空间中的导电部分，其中所述绝缘空间含有根据前述权利要求中任一项所述的介电绝缘或消弧流体。具体地，介电绝缘或消弧流体为气体形式。然而，由于在低温下出现部分凝结现象，该流体为部分气体、部分液体形式也是可以预想的。
上述介电绝缘或消弧流体的优选特征，同样应用于本发明的设备的介电绝缘或消弧流体。特别地，介电绝缘或消弧流体为介电绝缘或消弧气体。
根据进一步优选的实施方案，在工作条件下，具体在293.15K下测量时，流体的压力高于1巴。因此可以实现特别高的介电耐受强度。
设备可为中电压设备，在该情况下，在中电压设备的工作条件下，介电绝缘或消弧气体的压力的范围优选为1巴-3巴，更优选1巴-1.5巴，且最优选1.3巴-1.4巴。
或者，设备可为高电压设备，在该情况下，在高电压设备的工作条件下，介电绝缘或消弧气体的压力高于3巴，优选高于4巴，且最优选高于4.5巴。具体地，高电压设备中的压力可为约7巴或甚至更高，特别是高达12巴。
在本申请中，除非另有说明，本发明上下文中所有提及到压力指在293.15K下测得的压力。
具体地，本发明的设备是以下或以下的一部分：开关设备，特别是气体绝缘开关设备(GIS)，或其部分和/或部件、气体绝缘线(GIL)、母线、套管、电缆、气体绝缘电缆、电缆接头、电流互感器、电压互感器、传感器、湿度传感器、电涌放电器、电容器、电感器、电阻器、绝缘体、气体绝缘绝缘体、气体绝缘金属封装的绝缘体、限流器、高电压开关、接地开关、隔离开关、隔离开关和接地组合开关、负载断路开关、断路器、气体断路器、发电机断路器、气体绝缘真空断路器、中电压开关、环网柜、自动重合器、分段隔离开关、低电压开关、和/或空气绝缘开关的任意类型、变压器、配电变压器、电力变压器、抽头变换器、变压器套管、旋转电机、发电机、马达、驱动器、半导体装置、计算机、电力半导体装置、功率转换器、换流站、换流站建筑物；和这些装置的部件和/或组合。
本发明取得的优点在开关应用中特别明显，特别是在断路器中。在这方面，令人惊讶地发现，当与例如纯CO2相比，由于单氢氟烯烃的存在，除了上述优点之外，本发明的介电绝缘或消弧流体还可以实现更快的介电恢复。因此，根据本发明，断路器中的热气体在电流中断后恢复其介电耐受的速度可以提高。
如上所述，术语介电绝缘流体还涵盖介电绝缘液体。在本发明的上下文中，具体提到在用于变压器介电绝缘液体中使用单氢氟烯烃。
当使用本发明的介电绝缘和/或消弧介质，当最低工作温度相对较低时也可实现足够高的介电耐受。因此本发明的设备具体涉及额定最低工作温度为-5℃或更低，优选-15℃或更低，最优选-25℃或更低的设备。
为了实现流体中氟烯烃的高气体密度，在293.15K下测得的氟烯烃的分压的范围优选为50-1,000毫巴。
因此，与含有七氟异丁腈的介质相比，本发明的介电绝缘流体在略微增加的填充压力下但在高得多的生态安全水平(特别是远更低的GWP)下，可以实现相当的介电性能。
关于使用本发明流体的设备的最低工作温度，如上所述，在相同的填充压力下-在略微增加的工作温度下，同样在高得多生态安全水平下，能够实现与含有七氟异丁腈的介质之一相当的介电性能(特别是介电耐受或击穿强度)。
因此，对于室内应用，其根据标准IEC 62271-203:2011，最低工作温度为-5℃，可通过使用本发明的流体实现高介电性能，同时确保高环境安全性。
如上所述，单氢氟烯烃的分压为这样的：使得介电绝缘或消弧流体的露点低于设备的最低工作温度，因此确保在设备的工作条件下高分数的单氢氟烯烃为气相，如上所述。因此介电绝缘或消弧流体优选露点低于5℃，优选低于0℃，更优选低于-5℃，更优选低于-20℃，最优选低于-25℃，具体地低至-40℃。(本文“温度低于”意为更冷的温度)。由于电气设备最普遍工作温度为-25℃、-15℃、-5℃和+5℃，本发明允许提供介电绝缘或消弧流体，其符合所有室内应用，并且，即使不是所有室外应用，也是大多数的室外应用。
介电绝缘或消弧流体可与传统吸附剂一起使用，其主要用于从绝缘空间除去水和杂质，而无需面对吸附剂吸附单氢氟烃的问题。具体地，孔尺寸为
Figure BDA0003422743530000101
的沸石，更具体是
Figure BDA0003422743530000102
沸石，可用于绝缘空间的干燥，因为不存在或仅可忽略吸收包含4-5个碳原子且具有至少约为
Figure BDA0003422743530000103
的估计动力学直径的单氢氟烯烃。最终，绝缘或消弧组合物功能性长时间后仍能保持，这是因为通过除去水而有效地抑制单氢氟烯烃的分解反应，并且没有或仅有可忽略量的单氢氟烯烃通过吸附从组合物中取出。
如上所述，绝缘或消弧流体展现出高材料相容性并且当在设备中使用长时间后仍保持其功能性。在这方面，当设备的至少一些直接暴露于绝缘气体的固体部件由高分子材料、金属、金属合金、陶瓷和/或其复合材料制成，本发明具有特别的相关性。
若高分子材料选自由以下组成的组，还特别给出高的材料相容性：聚硅酮、聚烯烃、聚醚、聚酯、聚氨酯、聚环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酮、聚砜及其混合物或组合。
特别地，本发明的流体对其展现出高相容性的上述部件，可选自由以下组成的组：涂层化合物，特别是涂料或树脂、密封化合物、粘合剂、绝缘化合物、润滑化合物，特别是润滑脂、分子筛、无粘合剂的分子筛、干燥剂、无粘合剂的干燥剂、湿敏材料，及其混合物。
具体地，密封化合物包含EPDM或丁腈橡胶或丁基橡胶或者由EPDM或丁腈橡胶或丁基橡胶组成，特别是包含异丁烯-异戊二烯-橡胶(IIR)或氯丁基-橡胶(CIIR)或溴丁基-橡胶(BIIR)或者由异丁烯-异戊二烯-橡胶(IIR)或氯丁基-橡胶(CIIR)或溴丁基-橡胶(BIIR)组成。
在整个本申请中，“中电压(medium voltage)”指范围为1kV-52kV或72kV的电压，并且“高电压(high voltage)”指高于这个范围的电压。虽然显示和描述了本发明当前的优选实施方案，但应明确理解，本发明不限于此，而是可以在以下权利要求的范围内以不同方式实施和实践。因此，诸如“优选”或“特别”或“特别地”或“有利地”等术语仅表示可选和示例性的实施方案。
附图说明
本发明通过以下实施例与附图一起进一步说明，其中：
图1示出在氧气的存在下在部分放电下，与全氟烯烃八氟丁烯相比，2-C4HF7(即本发明的单氢氟烯烃)的分解速率；以及
图2示出与含有1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)-丁-2-酮("C5")的混合物相比，本发明的含有2-C4HF7、氧气(O2)和二氧化碳(CO2)的相应混合物的介电强度。
实施例
分解速率
测试含有二氧化碳和氧气的气体混合物中2-C4HF7的分解速率。具体地，将含有4体积％2-C4HF7、4体积％O2和92体积％CO2的气体混合物进行部分放电测试并且测定产生的分解。
具体地，实验装置由标准GIS-容器(体积：55L)组成，其具有针-平面电极布置。共10个钢针(R_100μm)连接至高电压DC电源(正，0-35kV)。缝隙间距设为10mm。该容器配置有风扇，保持在实验期间气体混合物均匀。
测试结果在图1中示出。其中，在部分放电下，与全氟代2-C4F8(7mmol/C)的分解速率相比，测得2-C4HF7(0.27mmol/C)的分解速率低得多。
介电强度
除了这些测试外，还测定含有本发明的单氢氟烯烃(具体为2-C4HF7，露点分别为-5℃和-30℃)的混合物的介电强度，并与相应的全氟酮十氟-3-甲基丁-2-酮(“C5”)的介电强度相比较。
具体地，于小容器(6L)和定制的介电测试中，在DC(阶梯式DC(step DC)，上升时间300ns，最大应用时间30s)下进行介电耐受测试。使用具有Rogowski特征(profile)的大电极(12cm直径)且以小(1.0cm)距离分隔，以获得均匀的场。测试前，对电极喷砂以产生均匀的表面粗糙度曲线(Rt＝40μm)。
进行大量测量(通常超过100次)；各电压应用所使用的峰电压水平在接近U50的区域内随机选择，其电压水平的击穿概率预计为50％。每次测量的结果(击穿或保持)是从通过(across)测试对象的电压的时间依赖性中提取出来的。然后通过测量数据，用概率回归(probit regression)将结果拟合到概率分布并从测量数据中提取U50和击穿概率分布的宽度s。
如图2所示，本发明的混合物中单氢氟烯烃在20℃下的分压，高于含有C5的混合物中C5在20℃下的分压。最终，相比含有C5的混合物，本发明的混合物实现更高的介电强度。具体地，在正直流电流条件下，击穿电压测定为22.3kV/mm和19.1kV/mm(相比之下，含有C5的混合物分别为19.7和16.9kV/mm)，而在负直流电流条件下，击穿电压测定为22.3kV/mm和19.0kV/mm(相比之下，含有C5的混合物分别为19.2和16.5kV/mm)。
本发明的混合物测得的介电强度，甚至超过含有相同分压的八氟丁烯的混合物在20℃下测得的介电强度。具体地，对于在20℃下分压为288毫巴的含有八氟丁烯的混合物，在正直流电流条件下击穿电压测定为17.7kV/mm，在负直流电流条件下测定为17.5kV/mm，低于相同分压下的含有2-C4HF7混合物测定的相应值(19.1kV/mm)。

Claims (19)

1.用在用于产生、传输、分配和/或使用电能的设备的介电绝缘或消弧流体，所述流体为包含氟烯烃和氧气的混合物，其中所述氟烯烃为含有4-5个碳原子的单氢氟烯烃，所述氢原子与双键的碳原子结合或与双键直接相邻。
2.根据权利要求1所述的介电绝缘或消弧流体，其中所述氟烯烃选自由以下组成的化合物的组：
顺式-1,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、反式-1,2,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯，顺式-1,1,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、反式-1,1,3,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、顺式-1,1,1,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、反式-1,1,1,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、1,1,2,3,4,4,4-七氟-1-丁烯、顺式-1,1,2,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、反式-1,1,2,3,4,4,4-七氟-2-丁烯、顺式-1,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯、反式-1,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯、1,1,3,3,4,4,5,5,5-九氟-1-戊烯、顺式-1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、反式-1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、顺式-1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、反式-1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、顺式-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-2-戊烯、反式-1,1,1,2,3,4,5,5,5-九氟-2-戊烯，及其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的介电绝缘或消弧流体，其中所述混合物包含，除氧气外，至少一种选自由以下组成的组的另外的载气组分：氮气、二氧化碳、一氧化二氮，及其混合物，特别是二氧化碳和/或氮气。
4.根据前述权利要求中任一项所述的介电绝缘或消弧流体，其中所述介电绝缘或消弧流体中氟烯烃的比例为1-20％，优选2-15％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的介电绝缘或消弧流体，其中氧气和氟烯烃的比率为0.5:1-4:1，优选0.7:1-2:1，且最优选为约1:1。
6.根据前述权利要求中任一项所述的介电绝缘或消弧流体，其中所述流体的露点低于设备的最低工作温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的介电绝缘或消弧流体，其中所述流体进一步包含含有3个碳原子的单氢氟烯烃，所述氢原子与双键的碳原子结合或与双键直接相邻。
8.根据前述权利要求中任一项所述的介电绝缘或消弧流体，其中所述流体包含，除氟烯烃外，至少一种选自由以下组成的组的化合物：含氟醚，特别是氢氟单醚；含氟酮，特别是全氟酮；含氟腈，特别是全氟腈，及其混合物。
9.用于产生、传输、分配和/或使用电能的设备，所述设备包括封闭绝缘空间的壳体和布置在所述绝缘空间中的导电部分，
其中所述绝缘空间含有根据前述权利要求中任一项所述的介电绝缘或消弧流体，具体是以气体的形式。
10.根据权利要求9所述的设备，其中在工作条件下，所述流体的压力高于1巴。
11.根据权利要求9或10所述的设备，其为中电压或高电压设备。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的设备，其中所述设备为中电压设备，并且在所述中电压设备的工作条件下，所述介电绝缘或消弧气体的压力的范围为1巴-3巴，更优选1巴-1.5巴，且最优选1.3巴-1.4巴。
13.根据权利要求9-11中任一项所述的设备，其中所述设备为高电压设备，并且在所述高电压设备工作条件下，所述介电绝缘或消弧气体的压力高于3巴，优选高于4巴，且最优选高于4.5巴。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的设备，其中所述设备是以下或以下的一部分：开关设备，特别是气体绝缘开关设备(GIS)，或其部分和/或部件、气体绝缘线(GIL)、母线、套管、电缆、气体绝缘电缆、电缆接头、电流互感器、电压互感器、传感器、湿度传感器、电涌放电器、电容器、电感器、电阻器、绝缘体、气体绝缘绝缘体、气体绝缘金属封装的绝缘体、限流器、高电压开关、接地开关、隔离开关、隔离开关和接地组合开关、负载断路开关、断路器、气体断路器、发电机断路器、气体绝缘真空断路器、中电压开关、环网柜、自动重合器、分段隔离开关、低电压开关、和/或空气绝缘开关的任意类型、变压器、配电变压器、电力变压器、抽头变换器、变压器套管、旋转电机、发电机、马达、驱动器、半导体装置、计算机、电力半导体装置、功率转换器、换流站、换流站建筑物；和这些装置的部件和/或组合。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的设备，所述设备的额定最低工作温度为-5℃或更低，优选-15℃或更低，最优选-25℃或更低。
16.根据权利要求9-15中任一项所述的设备，其中在293.15K下测得的氟烯烃的分压的范围为50-1,000毫巴。
17.根据权利要求9-16中任一项所述的设备，其中所述部件选自由以下组成的组：涂层化合物，特别是涂料或树脂、密封化合物、粘合剂、绝缘化合物、润滑化合物，特别是润滑脂、分子筛且特别是沸石，具体是孔尺寸为
Figure FDA0003422743520000031
的沸石，更具体是
Figure FDA0003422743520000032
沸石、无粘合剂的分子筛、干燥剂、无粘合剂的干燥剂、湿敏材料，及其混合物。
18.根据权利要求17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或者由EPDM或丁腈橡胶或丁基橡胶组成，特别是包含异丁烯-异戊二烯-橡胶(IIR)或氯丁基-橡胶(CIIR)或溴丁基-橡胶(BIIR)或者由异丁烯-异戊二烯-橡胶(IIR)或氯丁基-橡胶(CIIR)或溴丁基-橡胶(BIIR)组成。
19.根据权利要求1-8中任一项所述的流体在中电压或高电压应用中的用途。
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