CN107924734A - 包含含有有机氟化合物的介电绝缘气体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于产生、传输、分配和/或使用电能的装置，所述装置包括壳，所述壳包围绝缘空间和布置在绝缘空间中的电部件，所述绝缘空间包含含有有机氟化合物的介电绝缘气体。所述装置还包含干燥剂(1)，干燥剂(1)经布置以与绝缘气体接触。根据本发明，干燥剂包含溴化锂或基本由其组成。

Description

包含含有有机氟化合物的介电绝缘气体的装置
本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分的用于产生、传输、分配和/或使用电能的装置。本发明还涉及将干燥剂提供到这种装置的方法。
液态或气态的介电绝缘介质常规应用于多种装置中电部件的绝缘，例如开关装置、气体绝缘分站(GIS)、气体绝缘线(GIL)或变换器。
例如，在中压或高压金属封装开关装置中，电部件布置在气密壳中，气密壳限定绝缘空间，所述绝缘空间包含绝缘气体，并使壳与电部件隔离，从而阻止电流通过绝缘空间。为了在高压开关装置中切断正常或故障电流，绝缘气体进一步作为灭弧气体。
最近已建议在绝缘气体中使用有机氟化合物。特别地讲，WO-A-2010/142346公开一种包含具有4至12个碳原子的氟酮的介电绝缘介质。另外，WO-A-2012/080246公开在混合物中的包含恰好5个碳原子的氟酮(下文称为“C5K”)，特别优选该混合物具有不同于所述C5K的介电绝缘气体组分。包含氢氟单醚的介电绝缘介质已公开于WO-A-2012/080222。
两组化合物已显示具有高绝缘能力(特别是高介电强度)和高灭弧能力。同时，它们具有极低全球变暖潜势(GWP)和极低毒性。这些性质组合使这些有机氟化合物非常适合作为SF6(六氟化硫)的替代品，SF6已常规用作电绝缘介质，但已知具有高GWP。
FR 2 965 120公开一种电路断路器，该电路断路器包含介电绝缘气体，且包含部分为液体且部分为气体的氟酮，并包含用于吸收在电弧中氟酮电离后生成的分子物质的装置。
然而，特别是在例如伴随绝缘空间中高温升的开关操作期间，有机氟化合物可能经历分解。分解产物的生成也可能由于部分放电，特别是可在绝缘空间中水分含量高时发生。所得分解产物不容易再复合，就象SF6的某些分解产物可能发生的那样。这特别重要，因为有机氟化合物的一种分解产物是氟化氢(HF)，它为高腐蚀性的，并且极毒。
因此，为了给装置提供安全操作，应容易从绝缘空间去除有机氟化合物的分解产物。
理论上可通过吸附并永久结合分解产物的吸附剂去除分解产物。
然而，特别在使用高极性有机氟化合物例如氟酮时，吸附剂的存在可导致有机氟化合物量减小，且绝缘气体的绝缘和灭弧性能降低。
考虑到这些缺点，WO 2014/053661提出使用一种分子筛，该分子筛具有大于有机氟化合物的至少一种分解产物的分子大小的平均孔径y，且具有比对所述至少一种分解产物低的对有机氟化合物的吸附能力。因此，可从绝缘空间选择性去除分解产物，同时留下未吸附的有机氟化合物。
尽管通过WO 2014/053661中描述的技术获得了成果，仍有一些水不迁入分子筛材料而是保持吸附在分子筛外表面上的某些风险。该表面吸附水可与有机氟化合物反应，或者可引起级联反应，最终也可导致绝缘或灭弧性能降低。
例如，沸石能够催化水和有机氟化合物(特别地讲，氟酮)之间的反应，导致有机氟化合物分解，由此产生七氟丙烷、六氟丙烯、三氟乙酸和HF。
由于有机氟化合物、特别是C5K的蒸气压相当低，因此，一般与载气组合使用，载气通常由相对较小分子表示，如N2或CO2。
为了防止载气分子被去除和确保保持绝缘气体的组成，应选择沸石的孔径，使得不能捕集载气分子。这对小分子是难以实现的，例如，CO2可能仍被沸石吸收，即使沸石具有低至3Å的孔径。
本发明从上述WO 2014/053661开始，WO 2014/053661公开了针对气体绝缘电装置使用分子筛与干燥剂的组合，分子筛用来吸收有机氟化合物的分解产物，干燥剂不同于分子筛并使分子筛和有机氟化合物防潮。干燥剂选自钙、硫酸钙(特别是燥石膏)、碳酸钙、氢化钙、氯化钙、碳酸钾、氢氧化钾、硫酸铜(II)、氧化钙、镁、氧化镁、硫酸镁、高氯酸镁、钠、硫酸钠、铝、氢化铝锂、氧化铝、活性氧化铝、蒙脱土、五氧化磷、二氧化硅凝胶和纤维素滤料。
WO 2014/187940公开具有气体绝缘室以提供减污染空间的电装置，减污染空间包含分子筛，并通过半渗透膜与气体绝缘室隔离。该膜可选择性透过绝缘气体的至少一种污染物和/或水，但不透过未污染的绝缘气体组分。
US 2013/0158305 A1公开一种用于从含氟化合物(例如，氢氟烯烃)去除水分的工业去湿方法，该方法通过使其与包含至少一种金属盐的高浓度水溶液接触，金属盐选自氯化锂、氯化钙、氯化镁和溴化锂。除了金属盐外，还可用分子筛进一步减小含氟化合物的水分含量。去湿通过以下方法进行：使气体含氟化合物鼓泡通过含金属盐的水溶液；将含金属盐的水溶液喷到含氟化合物上；或者使含氟化合物流动通过包含含金属盐的水溶液的湿浸多孔体。然而，在气体绝缘电装置中，使用水溶液是禁止的，因为气体绝缘电装置需要最低的可能水分含量，以避免腐蚀其电导体和保持其绝缘气体和固体绝缘体的完整性和介电强度。
S. Bouzenada等人的论文“Experimental study on dehumidification/regeneration of liquid desciccant: LiBr solution”(对液体干燥剂:LiBr溶液去湿/再生的试验研究), Procedia Computer Science, Vol.32, 2014年6月5日, 673-680页公开基于液体干燥剂冷却系统(LDCS)用水溶液中的溴化锂作为液体干燥剂空气调节。然而，空气调节中的水分水平比电装置中的容许水平高得多。同样，使用水溶液本身不适合气体绝缘电装置。
D. T. Acheson的论文“The Lithium Bromide Dew Cell”公开用包含溴化锂代替氯化锂的盐水溶液在约5%至100%的延长的相对湿度范围内的常压露点温度检测结果。在约-5.5℃，湿度表读数显示由于水从水合晶体突然释放进入溴化锂水溶液的不规律性。同样，使用水溶液本身不适合气体绝缘电装置。
因此，待由本发明解决的问题是提供使用包含有机氟化合物的绝缘气体的装置，所述装置甚至在相对较高水负载下允许相对较低露点，同时允许随时间流逝绝缘气体的相对较高稳定性。
特别是，本发明将提供使用吸附剂的装置，该吸附剂能够专门从绝缘气体去除水，同时以减小与有机氟化合物反应趋势的方式保持吸附的水。更特别是，吸附剂应具有低毒性，且容易处理。
本发明的问题通过根据权利要求1的装置解决。本发明的优选实施方案在从属权利要求中限定。
因此，根据权利要求1，本发明涉及用于产生、传输、分配和/或使用电能的装置，所述装置包括壳，所述壳包围绝缘空间和布置在绝缘空间中的电部件，所述绝缘空间包含含有有机氟化合物的介电绝缘气体。
所述装置还包含至少一种干燥剂，所述干燥剂经布置以与绝缘气体接触。根据本发明，所述干燥剂包含溴化锂(LiBr)或基本由其组成。
以下更详细显示，LiBr能够以有效方式去除水。除水非常重要，不仅是由于减少分解产物生成，而且由于防止腐蚀电装置的固体部件、特别是可活动部件。
通过使用LiBr，可避免单独使用分子筛、特别是单独使用沸石时可能出现的问题。特别是，LiBr既不吸附有机氟化合物分子，也不吸附载气分子，因此，使绝缘气体的组成不受影响。
此外，与单独用沸石作为吸附剂比较，在使用LiBr时，甚至在后者为水合形式时，有机氟化合物(特别地讲，氟酮)分解的趋势强烈减小。不受理论限制，设想这是由于吸附的水分子结合进入盐晶格结构，从而使水分子不能用于与有机氟化合物反应。
除了上述有利性质外，LiBr无害，且不带来任何健康和安全风险。
在实施方案中，干燥剂由固体结晶形式的溴化锂组成。换句话讲，干燥剂不含溴化锂水溶液。
在其它实施方案中，干燥剂不含选自钙、硫酸钙(特别是燥石膏)、碳酸钙、氢化钙、氯化钙、碳酸钾、氢氧化钾、硫酸铜(II)、氧化钙、镁、氧化镁、硫酸镁、高氯酸镁、钠、硫酸钠、铝、氢化铝锂、氧化铝、活性氧化铝、蒙脱土、五氧化磷、二氧化硅凝胶和纤维素滤料的组分。
在实施方案中，选择干燥剂、特别是其量和/或水负载量，使得绝缘空间内介电绝缘气体的水含量保持低于容许临界值，特别是低于9mbar、优选4mbar、更优选3mbar、最优选1mbar的水蒸气临界(或最大)分压。
虽然LiBr对水的吸附容量不如沸石的相应吸附容量高，但可对至多10%的水负载量(即，相对于溴化锂重量)达到最大-20℃的露点，而对至多40%的水负载量(即，相对于溴化锂重量)达到-10℃的露点，这足以确保装置的安全稳定操作。这些露点在相对较短时间内达到，即，在约2小时内，而在较长时间后，可达到更低露点，特别是在60小时后，可对至多10%的水负载量达到约-45℃的露点。
在本发明上下文中使用的术语“水负载量”涉及系统中存在的水量与干燥剂量之比。关于这一点，词语“量”指系统中分别存在的水或干燥剂的质量。
在实施方案中，确定干燥剂的量，以在装置内提供低于-10℃的露点，优选低于-20℃，最优选-30℃；和/或确定分子筛的类型和量，以进一步使露点降低至少10℃，优选20℃，最优选30℃。可用限制量的分子筛达到低于-30℃或低于-40℃或低于-50℃或低于-60℃的组合露点，使得分子筛对分解产物具有足够吸收容量，而对有机氟化合物、特别是对氟酮或氟腈具有很小或可忽略吸收容量。这种混合干燥剂系统非常有效地达到极低露点水平，长维持间隔(例如，至少3或5或10年)，达到平衡状态的短时间常数，即，水吸收和因此去湿所需的时间(例如，几小时而不是几天)和这些效果的组合。换句话讲，基于固体或结晶溴化锂的干燥剂允许减小达到极低露点(即，低水含量)、低分解产物浓度和介电绝缘气体中有机氟化合物、特别是氟酮和氟腈的不折衷的浓度的分子筛的量。
特别地讲，已发现LiBr在临时达到高温时显示有利性质。这与例如氯化锂(LiCl)形成对比，氯化锂是化学上类似于LiBr的锂盐，也与例如MgSO4形成对比，MgSO4是在很多应用中常用作干燥剂的盐，因为对于LiCl和MgSO4二者，已观察在加热系统后露点升高。
然而，在LiBr的情况下，已发现，虽然临时温度升高导致露点升高，但在冷却后露点再次降低到甚至低于初始露点的值。特别地讲，对于具有-20℃的露点的系统，已观察到临时升高到0℃的露点，但在冷却时，露点再次降低到约-25℃稳定值，即，低于初始露点的值。不受理论限制，设想这种意外效果是由于水从干燥剂外层向其核心加速的扩散，从而允许吸附另外的水。
因此，根据实施方案，可从临时加热包含水合溴化锂或由其组成的天然干燥剂得到该干燥剂，特别地讲，加热到至少50℃的温度，更特别地讲，加热到50℃的温度。
在实施方案中，将包含溴化锂(或水合溴化锂)或由其组成的干燥剂永久加热(特别是在操作用于产生、传输、分配和/或使用电能的装置期间)到高温，特别地讲，加热到至少50℃的温度，更特别地讲，加热到50℃的温度。
根据实施方案，介电绝缘气体中包含的有机氟化合物选自氟醚(包括环氧乙烷)，特别是氢氟单醚；氟酮，特别是全氟酮；氟烯烃，特别是氢氟烯烃；氟腈，特别是全氟腈；及其混合物。
因此，特别优选绝缘气体包含含有4至12个碳原子(优选包含含有恰好5个碳原子或恰好6个碳原子)的氟酮或其混合物。在绝缘气体包含以上限定氟酮时，由本发明实现的优势特别显著，因为可避免不然可能由经受亲核取代的酮基引起的任何问题。
在本申请中使用的术语“氟酮”应宽泛解释，并且应包括全氟酮和氢氟酮二者，还应包括饱和化合物和不饱和化合物(即，在碳原子之间包括双键和/或三键的化合物)二者。氟酮的至少部分氟化的烷基链可以为直链或支链，或者可形成任选地被一个或多个烷基取代的环。在示例性实施方案中，氟酮为全氟酮。在另外的示例性实施方案中，氟酮具有支化烷基链，特别是至少部分氟化的烷基链。在另外的示例性实施方案中，氟酮为完全饱和的化合物。
如上提到，特别优选所述绝缘气体包含含有恰好5个碳原子或恰好6个碳原子的氟酮或其混合物。与具有大于6个碳原子的更长链长的氟酮比较，包含5或6个碳原子的氟酮具有相对较低沸点的优点。因此，甚至在低温使用装置时，也可避免可能伴随液化的问题。
根据实施方案，所述氟酮为选自由以下结构式限定的化合物的至少一种化合物，其中至少一个氢原子被氟原子替代：
包含5或更多个碳原子的氟酮更有利，因为它们一般无毒，对人安全有突出的容限。这与有毒且反应性很强的具有小于4个碳原子的氟酮例如六氟丙酮(或六氟代丙酮)形成对比。特别是，包含恰好5个碳原子的氟酮(在本文中简称为C5K)和包含恰好6个碳原子的氟酮在至多500℃下热稳定。
在本发明的实施方案中，具有支化烷基链的氟酮、特别是C5K是优选的，因为它们的沸点低于具有直烷基链的相应化合物(即，具有相同分子式的化合物)的沸点。
根据实施方案，C5K为全氟酮，特别是具有分子式C5F10O，即，完全饱和，在碳原子之间没有双键或三键。氟酮a)可更优选选自1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮(也称为十氟-2-甲基丁-3-酮)、1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-十氟戊-2-酮、1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-十氟戊-3-酮和八氟环戊酮，最优选1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮。
1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮可由以下结构式(I)表示：
已发现，具有分子式CF3C(O)CF(CF3)2即C5F10O的1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)丁-2-酮对高压和中压绝缘应用特别优选，因为它具有高介电绝缘性能的优点，特别在与介电载气的混合物中，具有极低GWP，并且具有低沸点。它的ODP为0，并且实际无毒。
根据实施方案，通过组合不同氟酮组分的混合物，可达到甚至更高的绝缘能力。在实施方案中，包含恰好5个碳原子的氟酮(如上所述，在本文中简称为C5K)和包含恰好6个碳原子或恰好7个碳原子的氟酮(在本文中简称为氟酮c))可有利同时为介电绝缘的一部分。因此，可得到具有多于一种氟酮的绝缘气体，各氟酮单独地对绝缘气体的介电强度作出贡献。
在实施方案中，另一种氟酮c)为选自由以下结构式限定的化合物的至少一种化合物，其中至少一个氢原子被氟原子代替：
和
以及
具有恰好6个碳原子的任何氟酮，其中氟酮的所述至少部分氟化的烷基链形成被一个或多个烷基取代的环(IIh)；和/或
为选自由以下结构式限定的化合物的至少一种化合物，其中至少一个氢原子被氟原子代替：
和
，例如，十二氟环庚酮，以及
具有恰好7个碳原子的任何氟酮，其中氟酮的所述至少部分氟化的烷基链形成被一个或多个烷基取代的环(IIIo)。
本发明包括选自根据结构式(Ia)至(Ii)、(IIa)至(IIh)、(IIIa)至(IIIo)的化合物的各化合物或各化合物的组合及其混合物。
根据本发明的装置的具体应用，包含恰好6个碳原子的氟酮(落在上文提到的名称“氟酮c)”下)可能是优选的，这种氟酮无毒，对人安全有突出的容限。
在实施方案中，与C5K一样，氟酮c)为全氟酮，和/或具有支化烷基链，特别是至少部分氟化的烷基链，和/或氟酮c)包含完全饱和的化合物。例如，氟酮c)为或包含十氟环己酮。特别是，氟酮c)具有分子式C6F12O，即，完全饱和，在碳原子之间没有双键或三键。更优选氟酮c)可选自1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮(也称为十二氟-2-甲基戊-3-酮)、1,1,1,3,3,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-2-酮(也称为十二氟-4-甲基戊-2-酮)、1,1,1,3,4,4,5,5,5-九氟-3-(三氟甲基)戊-2-酮(也称为十二氟-3-甲基戊-2-酮)、1,1,1,4,4,4-六氟-3,3-双-(三氟甲基)丁-2-酮(也称为十二氟-3,3-(二甲基)丁-2-酮)、十二氟己-2-酮、十二氟己-3-酮，特别为提到的1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮。
1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-2-(三氟甲基)戊-3-酮(也称为十二氟-2-甲基戊-3-酮)可由以下结构式(II)表示：
。
已发现，1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-4-(三氟甲基)戊-3-酮(在本文中简称为“C6-酮”，具有分子式C2F5C(O)CF(CF3)2)对高压绝缘应用特别优选，因为它具有高绝缘性能和极低GWP。特别地讲，其减压击穿场强为约240kV/(cm*bar)，比空气高得多，空气具有低得多的介电强度(Ecr=25kV/(cm*bar))。它的臭氧损耗潜势为0，并且无毒(LC50为约100’000ppm)。因此，环境影响很低，同时达到对人安全的突出的容限。
在另外或供选的实施方案中，介电绝缘介质、特别是绝缘气体包含至少一种为氢氟醚的化合物，所述氢氟醚选自包含至少3个碳原子的氢氟单醚；包含恰好3或恰好4个碳原子的氢氟单醚；具有至少5:8的氟原子数与氟和氢原子总数之比的氢氟单醚；具有1.5:1至2:1的氟原子数与碳原子数之比的氢氟单醚；五氟乙基-甲基醚；2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚；及其混合物。
如上提到，有机氟化合物也可以为氟烯烃，特别地是氢氟烯烃。更特别地，氟烯烃或氢氟烯烃分别包含至少3个碳原子或包含恰好3个碳原子。
因此，根据具体实施方案，氢氟烯烃选自1,1,1,2-四氟丙烯(HFO-1234yf，也称为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，也称为顺-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，也称为反-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，也称为顺-1,2,3,3,3-五氟丙-1-烯)、(E)1,1,1,2,3-五氟丙烯(HFO-1225yeE，也称为反-1,2,3,3,3-五氟丙-1-烯)及其混合物。
如上提到，有机氟化合物也可以为氟腈，特别是全氟腈。特别是，有机氟化合物可以为包含两个碳原子、三个碳原子或四个碳原子的氟腈，特别地讲全氟腈。
更特别地，氟腈可以为全氟烷基腈，特别地讲全氟乙腈、全氟丙腈(C2F5CN)和/或全氟丁腈(C3F7CN)。
最特别地，氟腈可以为全氟异丁腈(根据式(CF3)2CFCN)和/或全氟-2-甲氧基丙腈(根据式CF3CF(OCF3)CN)。在这些当中，由于其低毒性，全氟异丁腈特别优选。
根据本发明的实施方案，介电绝缘气体进一步包含载气。更优选介电绝缘气体包含在至多、特别是恰好对应于在装置最低操作温度下有机氟化合物蒸气压的分压下的有机氟化合物，特别是具有恰好5个碳原子的氟酮，所述介电绝缘气体的其余部分为或包含载气。因此，有机氟化合物，特别是具有恰好5个碳原子的氟酮，在绝缘空间中以完全气相存在。
关于这一点，优选载气包含空气或空气组分。特别是，载气应选自二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、氮气(N2)及其混合物。特别是，载气可以为N2和O2的混合物，或者，载气可以为CO2和O2的混合物。最优选载气为空气。替代地或额外地，载气也可包含稀有气体和/或氧化氮和/或二氧化氮。
根据实施方案，载气包含O2，因为这允许有效避免或减少有害分解产物生成。在载气包含O2时，O2的分压优选至少约为有机氟化合物分压的两倍。特别是，对于开关应用，载气可包含CO2。
虽然不想要，但介电绝缘气体通常还包含一定量的分解产物。关于这一点，术语“分解产物”涉及与产生它们的有机氟化合物(即，初始组合物的有机氟化合物，特别是氟酮)相比包含更少原子的化合物。在大多数情况下，分解产物也具有显著小于有机氟化合物分子大小的分子大小。
除了包含LiBr或由其组成的干燥剂外，本发明的装置还可包含至少一种分子筛，分子筛经布置以与绝缘气体接触。关于这一点，除了吸附或吸收水外，分子筛还主要用于吸附或吸收存在的分解产物。
优选地，可选择分子筛的孔径，以使其对有机氟化合物、特别是氟酮的吸附能力和/或吸收能力低于对分解产物的能力。更特别是，应选择孔径足够小，以保持有机氟化合物离开孔，并因此防止有机氟化合物吸附和/或吸收到孔表面。
关于这一点，已发现在实施方案中的分子筛具有小于15Å的平均孔径y，优选小于13Å，更优选小于11Å，更优选等于或小于9Å，优选小于7Å，更优选小于6Å，最优选5Å。特别地讲，具有5个或更多个碳原子的氟酮不进入小于9Å大小的孔，因此，不吸附到这种孔表面，和/或不被这种孔表面吸收。
关于这些实施方案，更优选分子筛至少临时负载有机氟化合物，这意味分子筛中有机氟化合物的含量高于在装置操作条件下平衡的介电绝缘气体中的含量。在这样的实施方案中，不阻止有机氟化合物进入分子筛的孔，相反，迫使其进入分子筛，特别是通过将分子筛暴露于其中有机氟化合物的分压高于装置操作期间存在的介电绝缘气体中的气体。在装置操作期间，负载于分子筛的有机氟化合物至少部分地被吸附到分子筛和/或被分子筛吸收的所述至少一种分解产物替换。因此，该实施方案的分子筛同时作为有机氟化合物A的“储器”和分解产物的“接收器(sink)”。
在允许有效去除所述至少一种分解产物和另外的水的实施方案中，分子筛具有至少2.7Å的平均孔径y，优选至少2.8Å，更优选至少2.9Å，最优选至少3Å。已发现，这种孔径足以使所述至少一种分解产物和水良好渗透进入分子筛，并因此良好吸附在孔表面上和/或被孔表面吸收。
在其它实施方案中，分子筛为沸石，即，微孔铝硅酸盐矿物，该材料已经过阳离子交换，以达到所需孔径。适合的沸石包括ZEOCHEM®分子筛3A(具有3Å孔径)、4A(具有4Å孔径)和5A(具有5Å孔径)。
在其它实施方案中，适合的沸石可包括例如ZEOCHEM®分子筛23X(具有约9Å孔径)。这可改善例如C5-氟酮(C5K)的“储器”容量，同时保持分解产物的吸附容量和/或吸收容量，特别是原因是另外存在于装置中的干燥剂至少部分或甚至完全防止分子筛吸水。在有机氟化合物中包含比C5-氟酮更大的分子时，也可使用9Å或更大、特别是至多15Å的孔径。
在实施方案中，确定干燥剂的量，以在装置内提供低于-10℃的露点，优选低于-20℃，最优选-30℃；和/或确定分子筛的类型和量，以进一步使露点降低至少10℃，优选20℃，最优选30℃。
在实施方案中，干燥剂和分子筛组合地在装置内提供低于-20℃的露点，优选低于-30℃或低于-40℃，最优选低于-50℃或低于-60℃；和/或干燥剂和分子筛组合地在装置维持间隔期间在装置内提供该露点，特别是在至少1年或至少3年或至少5年或至少10年期间。
根据另外的实施方案，干燥剂和/或任选存在的分子筛包含在装置的在操作条件下具有低于装置中存在的平均温度的温度的区域中。特别是，干燥剂和/或分子筛可包含在冷却装置(更特别是外部冷却装置)归属的区域中。
关于这一点，干燥剂和/或任选存在的分子筛包含在具有高于环境温度小于40K(开尔文)、更优选高于环境温度小于20K(开尔文)的温度的装置区域中是有用的。
根据本发明的一个方面且根据另外的实施方案，干燥剂和/或任选存在的分子筛为粉末状。特别是，干燥剂和/或任选存在的分子筛设计成为至少基本不含、特别是不含任何粘合剂，以避免装置内材料相容性方面的潜在问题。特别是，粘合剂提供捕集水的不需要的吸附部位，然后水用于与有机氟化合物、特别是C5-酮或C5-氟酮(C5K))的不需要的反应。然后，破坏C5K分子可最终降低绝缘气体的介电强度。因此，省略粘合剂材料可能是有利的。
在另外或供选的实施方案中，干燥剂和/或任选存在的分子筛为粒状和/或片状。
在本发明的所有方面，更特别优选干燥剂和/或任选存在的分子筛包含在可渗透容器中，和/或布置在载体上，从而允许干燥剂和/或分子筛分别与绝缘气体之间密切接触。在实施方案中，这种可渗透容器或载体可具有例如管、卷、织物、薄片或蜂窝形状。
根据一个实施方案，所述至少一种干燥剂和/或任选存在的分子筛包含在至少一个可渗透容器中，其盖至少对水可渗透，更特别是，为选择性可透过水的半渗透膜。在此实施方案中，可渗透容器可例如形成囊袋。
根据一个实施方案，两个或更多个可渗透容器(特别地是囊袋)以相互被间隙隔开的方式布置在框架或支架中。由于在可渗透容器之间形成的间隙和因此由于其自由暴露的表面区域、气体高度渗透进入容器内部，因此干燥剂和/或分子筛与绝缘气体可以实现良好接触。
在具体实施方案中，可渗透容器布置在长方体框架中，更特别地，相互平行布置。如果可渗透容器为囊袋，则一般由织物加衬。
根据另一个实施方案，可渗透容器(特别地讲囊袋)是柔性且松松地同心布置在同心支架中。
本发明所基于的技术效果，即，有效除水而不影响包含有机氟化合物的介电绝缘气体的介电绝缘和灭弧性能，对其中壳以气密方式包围绝缘空间的装置特别重要。在实施方案中，装置为其中电部件为高压或中压单元的装置。
在本发明上下文中使用的术语“传输和分配电能”包括传输或分配任何电压水平的电能。
在本发明上下文中使用的术语“壳”应宽泛理解为任何至少近似封闭的系统。特别是，该术语包括多个相互连接的室。更特别是，“壳”包括其中容纳电部件且可与循环系统相互连接的室，通过循环系统介电绝缘气体被去除、处理(例如，净化)并再引入该室。“壳”进一步包括其中容纳电部件且可与预处理室相互连接的室，预处理室用于在引入室之前预处理介电绝缘气体。
术语“经布置以与绝缘气体接触”也应宽泛理解，包括其中干燥剂与绝缘气体永久接触的实施方案和其中干燥剂只与绝缘气体临时接触的实施方案。
在本发明上下文中使用的术语“电装置”特别地涉及气体绝缘装置。特别是，该装置为其一部分或为或包括：高压装置、中压装置、低压装置、直流装置、开关装置、空气绝缘开关装置、空气绝缘开关装置的零件或部件、气体绝缘金属封装开关装置(GIS)、气体绝缘金属封装开关装置的零件或部件、气体绝缘线或气体绝缘传输线(GIL)、母线、套管、电缆、气体绝缘电缆、电缆接头、变流器、变压器、传感器、湿度传感器、电涌放电器、电容器、电感、电阻器、绝缘体、空气绝缘绝缘体、气体绝缘金属封装绝缘体、限流器、高压开关、接地开关、切断开关、组合的切断开关和接地开关、负载分断开关、电路断路器、气体电路断路器、发电机电路断路器、气体绝缘真空电路断路器、中压开关、环网柜(ring main unit)、自动开关、分段器、低压开关、任何类型的气体绝缘开关、变换器、配电变换器、电力变换器、抽头变换器、变换器套管、旋转电机、发电机、发动机、驱动机、半导体器件、计算机、电力半导体器件、电力转换器、转换站、转换建筑、和这些器件的组件和/或组合。
在实施方案中，装置、特别是气体绝缘装置，涉及开关装置、特别是气体绝缘封装(例如，金属封装)开关装置(GIS)或其零件和/或部件。
干燥剂和任选的分子筛可布置在其中容纳电部件的室(作为壳的部分)中，也可布置在循环系统和/或预处理室(例如，形成壳的另外部分)中。
根据实施方案，壳包括其中容纳电部件的室和包含干燥剂和任选存在的分子筛的循环系统。
在实施方案中，干燥剂布置在循环系统中、特别是布置在室中，使得在第一步骤中介电绝缘气体与干燥剂接触，以减少或去除水分，随后(或随后至少达到较大百分数或大多数)在第二步骤只与分子筛接触，以减少或去除分解产物。
在实施方案中，循环系统装配有压缩机和泵，用于将介电绝缘气体泵送通过至少一个包含干燥剂和任选的分子筛的滤器。随后，可将经干燥和净化的介电绝缘气体重新引入室。在操作期间，可测定湿度、密度、压力和/或分解产物的含量，例如，通过气相色谱和/或通过红外光谱，并且可通过相应(多个)传感器系统控制。这些实施方案的电装置特别优选，因为它允许净化和/或干燥介电绝缘气体，而不用抽空绝缘空间。
更一般而言，壳包括其中容纳电部件的室和包含干燥剂和/或任选存在的分子筛的循环系统，壳装配有压缩机和泵，用于将介电绝缘气体泵送通过至少一个包含干燥剂和/或任选的分子筛的滤器。
除了上述装置外，本发明还涉及将干燥剂提供到装置的方法，所述方法包括临时加热包含水合溴化锂或由其组成的天然干燥剂到至少50℃的温度的步骤，优选到50℃的温度；并将由此得到的干燥剂放入装置的绝缘空间，在干燥剂放入绝缘空间之前、期间或之后进行所述加热。
如所提到，加热导致盐的晶体结构内的水加速扩散。当与暴露于绝缘气体相同时间的未加热干燥剂比较时，可用加热的干燥剂达到较低露点。
术语“天然干燥剂”指新鲜或未热处理的干燥剂，即，指热处理之前的干燥剂，该干燥剂与未处理的干燥剂的不同之处在于其吸附水的分布：因为通过加热使水从干燥剂外层向其核心的扩散加速，该外层中或近表面区域中的水量在天然干燥剂中通常高于在加热后得到的干燥剂中。
在整个本申请中，术语“吸附”应宽泛理解为包括在吸着剂(即，分子筛和/或干燥剂)的表面上捕集或固定分子(作为整体或以分离形式)，并且可以任何机制进行，特别是，通过将分子物理或化学结合到吸着剂。一般而言，术语“吸收”应宽泛理解为包括在吸着剂(即，分子筛和/或干燥剂)的结构中捕集或固定分子(作为整体或以分离形式)，并且可以任何机制进行，特别是，通过将分子(作为整体或以分离形式)化学结合进入吸着剂，以便吸收的分子成为吸着剂的结晶结构的一部分。
特别是，术语“分子筛”应还包括其中存在一种或多种分子筛的实施方案。因此，术语“分子筛”应被理解为至少一种分子筛。
在整个本申请中，术语如“可优选的”、“优选的”、“有益的”、“有利的”等应指明实施方案或示例性特征，而这些实施方案或示例性特征仅仅作为选项被公开。
本发明进一步通过以下实施例与附图说明：
图1显示，与具有不同干燥剂的其它系统相比较，包含根据本发明的干燥剂的系统的露点与水的质量与存在的干燥剂的质量之比之间的关系；
图2显示包含在根据本发明的装置中的粉末状干燥剂和/或分子筛的第一布置；
图3a显示包含在根据本发明的装置中的粉末状干燥剂和/或分子筛的第二布置的透视图；
图3b显示图3a中所示布置的纵向截面；并且
图4显示包含本发明的干燥剂的系统的露点随时间的进程，概略地描绘为特定的温度曲线。
如图1中所示，使用本发明的干燥剂，即LiBr(由圆表示)，允许在至多8%水负载量下保持约-20℃的露点，在至多40%水负载量下保持-10℃的露点。相比之下，使用对照性干燥剂硫酸镁(方块)、硫酸钙(菱形)和Mg-MOF(三角)导致在低于2%的相对较低水负载量下0℃或高于0℃的露点。
在图2、3a和3b所示的实施方案中，在装置或试验设备中包含干燥剂和任选的分子筛。在这些图中示出了干燥剂1和任选存在的分子筛2的两个示例性布置。
根据图2中所示的具体实施方案，在框架6a(在此，例如长方体框架6a)中布置包含粉末状干燥剂1和任选的分子筛2的囊袋4a形式的4个可渗透容器。囊袋4a以隔开方式相互平行布置，使得在它们之间形成相应间隙8a。具体地讲，囊袋4a以片形布置，其长边差不多分别对应于框架6a的高度和深度。应了解，可使用适合相应用途的任何其它形式。
根据图3a和3b中的实施方案，框架6b为圆柱形，且包括最外的中空圆柱10，其中同心布置两个内部中空圆柱12, 14、中间中空圆柱12和最内中空圆柱14。在中心处，与圆柱10, 12, 14的轴一致布置棒16。在棒16和最内中空圆柱14之间、最内中空圆柱14和中间中空圆柱12之间以及中间中空圆柱12和最外中空圆柱10之间分别形成径向间隙8b’, 8b’’,8b’’’。在各间隙8b’, 8b’’, 8b’’’中分别以宽松方式布置(沿圆周卷绕)囊袋4b’, 4b’’,4b’’’，使得囊袋4b’, 4b’’, 4b’’’的表面不完全与相应圆柱14, 12, 10的表面接触，因此，包括自由暴露的表面区域。可例如通过端板18封闭框架6b的底端，以保护干燥剂1和任选的分子筛2不从间隙8b’, 8b’’, 8b’’’“掉出”。
在实施方案中，可选择任何数目的圆柱14, 12, 10，以提供相应圆柱间空间或间隙8b’, 8b’’, 8b’’’，用于在容器4b’, 4b’’, 4b’’’中接收和保持干燥剂1和任选的分子筛2，例如在囊袋4b’, 4b’’, 4b’’’中，并用于提供干燥剂1和分子筛2的绝缘气体可出入表面区域。
图4显示引入干燥剂溴化锂的系统中露点的进程，引入后马上使露点降低到低于-40℃。然后将5ml水(H2O)引入系统，它导致露点临时升高到20℃。在平衡状态，露点达到-20℃。如图4中进一步显示，温度从约25℃临时升高到约50℃导致露点从约-20℃临时升高到约0℃，因为近表面吸附或吸收水释放。在此临时升高后，在保持50℃的温度期间露点再次降低到约-25℃的值。在系统中温度降低到约25℃的初始温度时，露点甚至降低到低于-40℃的值，即，实质低于-20℃的初始平衡露点的值。通过水从干燥剂溴化锂外层向其核心扩散，从而允许吸附或吸收另外的水，可解释这种有益效果。
一个实施方案涉及操作本文所述和要求保护的装置的方法，所述方法包括在干燥剂放入装置的绝缘空间内时或在装置操作期间将包含溴化锂、特别是固体结晶溴化锂或由其组成的干燥剂永久加热到至少50℃且优选50℃的温度的步骤。
附图标记列表
1 干燥剂
2 分子筛
4a 平囊袋
4b’, 4b’’, 4b’’’ 卷绕囊袋
6a 框架，长方体框架
6b 圆柱形框架
8a 空间，平面间空间，平面间隙
8b’, 8b’’, 8b’’’ 空间，圆柱间空间，径向间隙
10 最外中空圆柱
12 中间中空圆柱
14 最内中空圆柱
16 棒
18 端板

Claims (30)

1.一种用于产生、传输、分配和/或使用电能的装置，所述装置包括壳，所述壳包围绝缘空间和布置在绝缘空间中的电部件，所述绝缘空间包含含有有机氟化合物的介电绝缘气体，所述装置还包含干燥剂(1)，干燥剂(1)经布置以与介电绝缘气体接触，其特征在于干燥剂(1)包含溴化锂或基本由其组成或由其组成。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于干燥剂(1)可从临时加热包含水合溴化锂或由其组成的天然干燥剂得到，特别地讲，加热到至少50℃的温度，更特别地讲，加热到50℃的温度；和/或在操作装置期间将干燥剂(1)永久加热到高温，特别地讲，加热到至少50℃的温度，更特别地讲，加热到50℃的温度。
3.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述有机氟化合物选自氟醚，特别是氢氟单醚；氟酮，特别是全氟酮；氟烯烃，特别是氢氟烯烃；氟腈，特别是全氟腈；及其混合物。
4.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述介电绝缘气体包括含至少3个碳原子的氢氟单醚。
5.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述介电绝缘气体包括含4至12个碳原子、优选含恰好5个碳原子或恰好6个碳原子的氟酮或其混合物。
6.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述介电绝缘气体进一步包含载气。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于所述载气包括空气或空气组分，特别是选自二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、氮气(N2)及其混合物，优选为空气。
8.根据权利要求6或7的装置，其特征在于所述介电绝缘气体包含在至多、特别是恰好对应于在装置最低操作温度下有机氟化合物蒸气压的分压下的有机氟化合物，所述介电绝缘气体的其余部分为或包含载气。
9.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述壳以气密方式包围绝缘空间。
10.根据前述权利要求中任一项的装置，除了干燥剂(1)外，所述装置还包含分子筛(2)，分子筛(2)经布置以与绝缘气体接触。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于分子筛(2)具有小于15Å的平均孔径y，优选小于13Å，更优选小于11Å，更优选等于或小于9Å，更优选小于7Å，更优选小于6Å，最优选5Å。
12.根据权利要求10或11的装置，其特征在于分子筛(2)至少临时地负载有机氟化合物。
13.根据权利要求10至12中任一项的装置，其特征在于分子筛(2)具有至少2.7Å、优选至少2.8Å、更优选至少2.9Å、最优选至少3Å的平均孔径y。
14.根据权利要求10至13中任一项的装置，其特征在于分子筛(2)为沸石。
15.根据权利要求10至14中任一项的装置，其特征在于确定干燥剂(1)的量，以在装置内提供低于-10℃的露点，优选低于-20℃，最优选-30℃；和/或确定分子筛(2)的类型和量，以进一步使露点降低至少10℃，优选20℃，最优选30℃。
16.根据权利要求10至15中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)和分子筛(2)组合地在装置内提供低于-20℃的露点，优选低于-30℃或低于-40℃，最优选低于-50℃或低于-60℃；和/或干燥剂(1)和分子筛(2)组合地在装置维持间隔期间在装置内提供该露点，特别是在至少1年或至少3年或至少5年或至少10年期间。
17.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述电部件为高压装置或中压装置或低压装置或直流装置或开关装置，或者为高压部件或中压部件或低压部件。
18.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述装置为开关装置，特别是气体绝缘开关装置(GIS)或其零件和/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、变流器、变压器、传感器、湿度传感器、电涌放电器、电容器、电感、电阻器、绝缘体、空气绝缘绝缘体、气体绝缘金属封装绝缘体、限流器、高压开关、接地开关、切断开关、组合的切断开关和接地开关、负载分断开关、电路断路器、气体电路断路器、发电机电路断路器、气体绝缘真空电路断路器、中压开关、环网柜、自动开关、分段器、低压开关、和/或任何类型的气体绝缘开关、变换器、配电变换器、电力变换器、抽头变换器、变换器套管、旋转电机、发电机、发动机、驱动机、半导体器件、计算机、电力半导体器件、电力转换器、转换站、转换建筑和这些器件的部件和/或组合。
19.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述壳包括其中容纳电部件的室和包含干燥剂(1)和/或任选地存在的分子筛(2)的循环系统，且其特征在于所述壳装配有压缩机和泵，用于将介电绝缘气体泵送通过至少一个包含干燥剂(1)且任选地包含分子筛的滤器。
20.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)和任选的分子筛(2)包含在装置的在操作条件下具有低于装置中存在的平均温度的温度的区域中。
21.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)和任选的分子筛(2)为粒状和/或片状。
22.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)和任选的分子筛(2)包含在至少一个可渗透容器(4a, 4b’, 4b’’, 4b’’’)中，和/或布置在至少一个载体上，特别地讲，管、卷、织物、薄片或蜂窝状容器或载体。
23.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)和任选的分子筛(2)包含在至少一个可渗透容器(4a, 4b’, 4b’’, 4b’’’)中，其盖至少对水可渗透，且盖优选为选择性可透过水的半渗透膜。
24.根据权利要求22或23的装置，其特征在于以相互被间隙(8a, 8b’, 8b’’, 8b’’’)隔开的方式在框架或支架(6a, 6b)中布置两个或更多个可渗透容器(4a, 4b’, 4b’’,4b’’’)。
25.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)由固体结晶形式的溴化锂组成。
26.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)不包含溴化锂水溶液。
27.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于干燥剂(1)不包含选自钙；硫酸钙、特别是燥石膏；碳酸钙；氢化钙；氯化钙；碳酸钾；氢氧化钾；硫酸铜(II)；氧化钙；镁；氧化镁；硫酸镁；高氯酸镁；钠；硫酸钠；铝；氢化铝锂；氧化铝；活性氧化铝；蒙脱土；五氧化磷；二氧化硅凝胶和纤维素滤料的组分。
28.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于选择干燥剂(1)，特别是其量和/或水负载量，使得绝缘空间内介电绝缘气体的水含量保持低于容许临界值，特别是低于9mbar、优选4mbar、更优选3mbar、最优选1mbar的水蒸气临界分压。
29.一种将干燥剂(1)提供到根据前述权利要求中任一项的装置的方法，所述方法包括临时加热包含水合溴化锂或由其组成的天然干燥剂到至少50℃的温度的步骤，优选到50℃的温度；并将由此得到的干燥剂(1)放入装置的绝缘空间，加热在干燥剂(1)放入绝缘空间之前、期间或之后进行。
30.一种操作根据前述权利要求中任一项的装置的方法，所述方法包括将包含溴化锂、特别是固体结晶溴化锂或由其组成的干燥剂(1)在放入装置的绝缘空间内时或在装置操作期间永久加热到至少50℃的温度、优选到50℃的温度的步骤。
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