CN113851995A - 一种绝缘气体及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及“一种绝缘气体及应用”，属于化学合成领域。该绝缘气体所述绝缘气体由含硫或氮的杂原子氟化物的组分I、氢氟烯烃或者全氟烯烃的组分II和无机气体组份III按照物质的量的百分比例1％–20％：5％–90％：4％–90％组成。本发明的绝缘气体不但GWP100值较低，而且绝缘性较高，特别适用于中高压领域的气体绝缘电气变压器、输送或分配电力的气体绝缘线、或者连接器/切断器。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘气体，尤其涉及由七氟异丁腈、三氟甲磺酰氟、三氟化硫氮、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔中的任意一种或数种，与2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯、E-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯、2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯、六氟丁二烯中的任意一种或数种，和氮气、氧气、空气、二氧化碳中任意一种或数种组成的绝缘气体及应用。
背景技术
特高压工程在我国作为核心技术被大力推广。国家电网公司计划在5年内完成27条特高压线路的建设，最终实现各种清洁能源在世界范围互联互通和优化配置。在当前大发展电力的背景下，高压电气设备作为电力系统中的关键环节显得尤为重要。其中，作为高压电气设备中的含氟绝缘介质，在高压绝缘和灭弧过程中起到了举足轻重的作用，是其关键技术之一。
目前，国际社会广泛使用的含氟绝缘介质是六氟化硫(SF6)，SF6具有以下缺点：(1)绝缘强度受非均匀电场、导电微粒和电极表面粗糙度的影响而急剧下降；(2)100年范围内全球变暖潜能值(GWP100)约为23900，大气寿命长达3200年，是最强力的温室气体。国际社会还采用SF6与弱电负性气体(如CO2等)或者中性气体(如N2等)组成的二元混合气体作为绝缘气体使用，该类气体具有绝缘能力较低、并没有彻底解决SF6的高温室效应对环境的负面影响等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服背景技术中存在的不足，提供用于绝缘气体，该绝缘气体不但GWP100值较低，而且绝缘性较高，特别适用于中高压领域。
一种绝缘气体，所述绝缘气体由含硫或氮的杂原子氟化物的组分I、氢氟烯烃或者全氟烯烃的组分II和无机气体组份III按照物质的量的百分比例1％–20％：5％–90％：4％–90％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈、三氟甲磺酰氟、三氟化硫氮、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔中的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯、E-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯、2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯、六氟丁二烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、氧气、空气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例1％–20％：10％–90％：4％–80％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1。
所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例1％–20％：20％–90％：4％–75％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈、三氟甲磺酰氟、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯、六氟丁二烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、氧气、空气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
其中，组分I是七氟异丁腈、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例5％–20％：25％–90％：4％–65％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例5％–15％：60％–90％：4％–25％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈，组分II是E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
所述的绝缘气体在气体绝缘电气变压器、输送或分配电力的气体绝缘线、或者连接器/切断器中的应用。
所述绝缘气体的工作电压为3kV-35kV。
所述绝缘气体的工作电压为35kV-330kV。
所述绝缘气体的工作电压为330kV-1200kV。
本发明所采用的组分I和组分II均属于全球暖化潜值(GWP值)低、大气寿命短的物质。组分I属于含硫或氮的杂原子氟化物，其中，七氟异丁腈的GWP100值为1705，三氟甲磺酰氟的GWP100值为3678，三氟化硫氮的GWP100值为916，(五氟硫烷基)乙炔的GWP100值为～300，3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的GWP100值为～100；组分II属于氢氟烯烃或者全氟烯烃，其中，2,3,3,3-四氟丙烯的GWP100值为4，E-1,3,3,3-四氟丙烯的GWP100值为6，E-1,2,3,3,3-五氟丙烯的GWP100值为2.9，1,1,3,3,3-五氟丙烯的GWP100值为4.3，1,1,2,3,3-五氟丙烯的GWP100值为6.8，E-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的GWP100值为18，E-1,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯的GWP100值为0.74，2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯的GWP100值为～0.7，六氟丁二烯的GWP100值为290，均远低于SF6的GWP100值(23900)。组分III中除了二氧化碳的GWP100值为1外，空气、氮气、氧气等均不属于温室气体。因此，按照本发明提供的由组分I、组分II和组分III组成的绝缘气体的GWP100值远低于SF6。
本发明的优点：(1)本发明提供的绝缘气体的GWP100值远低于SF6，所以环境性能比SF6更安全；(2)本发明提供的绝缘气体的绝缘强度比SF6大，所以绝缘性能比SF6更优越。
具体实施方式
下列结合实施例对本发明进一步详述，但并不限制本发明的范围。
在室温下，极间距为0.1英寸，压力为1标准大气压的条件下，分别测试以下比较例和实施例中的气体相对于SF6气体的绝缘强度，结果见表1。其中，
比较例：物质的量组成为100％的六氟化硫气体；
实施例1：物质的量组成为1％的七氟异丁腈、90％的2,3,3,3-四氟丙烯和9％的氮气的混合气体；
实施例2：物质的量组成为5％的七氟异丁腈、85％的E-1,3,3,3-四氟丙烯和10％的氮气的混合气体；
实施例3：物质的量组成为10％的七氟异丁腈、70％的E-1,2,3,3,3-五氟丙烯和20％的氮气的混合气体；
实施例4：物质的量组成为15％的七氟异丁腈、60％的1,1,3,3,3-五氟丙烯和25％的氮气的混合气体；
实施例5：物质的量组成为20％的七氟异丁腈、70％的1,1,2,3,3-五氟丙烯和10％的氮气的混合气体；
实施例6：物质的量组成为10％的七氟异丁腈、86％的1,1,3,3,3-五氟丙烯和4％的氮气的混合气体；
实施例7：物质的量组成为10％的七氟异丁腈、25％的1,1,3,3,3-五氟丙烯和65％的氮气的混合气体；
实施例8：物质的量组成为1％的七氟异丁腈、9％的E-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯和90％的氮气的混合气体；
实施例9：物质的量组成为1％的七氟异丁腈、9％的2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯和90％的氮气的混合气体；
实施例10：物质的量组成为3％的七氟异丁腈、7％的六氟丁二烯和90％的氮气的混合气体；
实施例11：物质的量组成为10％的七氟异丁腈、10％的E-1,2,3,3,3-五氟丙烯和80％的氮气的混合气体；
实施例12：物质的量组成为10％的三氟甲磺酰氟、10％的E-1,2,3,3,3-五氟丙烯和80％的氮气的混合气体；
实施例13：物质的量组成为10％的三氟化硫氮、10％的E-1,2,3,3,3-五氟丙烯和80％的氮气的混合气体；
实施例14：物质的量组成为10％的(五氟硫烷基)乙炔、10％的E-1,2,3,3,3-五氟丙烯和80％的氮气的混合气体；
实施例15：物质的量组成为10％的3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔、10％的E-1,2,3,3,3-五氟丙烯和80％的氮气的混合气体；
实施例16：物质的量组成为10％的七氟异丁腈、10％的2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯和80％的氧气的混合气体；
实施例17：物质的量组成为10％的七氟异丁腈、10％的2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯和80％的空气的混合气体；
实施例18：物质的量组成为10％的七氟异丁腈、10％的2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯和80％的二氧化碳的混合气体。
对比例1：10％七氟异丁腈和90％二氧化碳的混合气体。
对比例2：20％七氟异丁腈和80％二氧化碳的混合气体。
对比例3：10％2,3,3,3-四氟丙烯和90％二氧化碳的混合气体。
对比例4：10％七氟异丁腈和90％氮气的混合气体。
对比例5：20％七氟异丁腈和80％氮气的混合气体。
对比例6：10％2,3,3,3-四氟丙烯和90％氮气的混合气体。
表1.实施例和比较例的气体相对于SF6的绝缘强度
由上述实施例可以看出，本发明的绝缘气体在同等条件下，其绝缘性能均比六氟化硫优异；且本申请的三元绝缘气体比二元绝缘气体的绝缘性高。另外，本发明的绝缘气体中的组分I和组分II均属于全球暖化潜值(GWP值)低、大气寿命短的物质，其中，七氟异丁腈的GWP100值为1705，三氟甲磺酰氟的GWP100值为3678，三氟化硫氮的GWP100值为916，(五氟硫烷基)乙炔的GWP100值为～300，3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的GWP100值为～100，2,3,3,3-四氟丙烯的GWP100值为4，E-1,3,3,3-四氟丙烯的GWP100值为6，E-1,2,3,3,3-五氟丙烯的GWP100值为2.9，1,1,3,3,3-五氟丙烯的GWP100值为4.3，1,1,2,3,3-五氟丙烯的GWP100值为6.8，E-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的GWP100值为18，E-1,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯的GWP100值为0.74，2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯的GWP100值为～0.7，六氟丁二烯的GWP100值为290，均远低于SF6的GWP100值(23900)。而组分III中除了二氧化碳的GWP100值为1外，空气、氮气、氧气等均不属于温室气体。因此，本发明的绝缘气体的GWP100值远低于SF6，环境性能远优异于SF6。且组分III含量越低，绝缘性能更高。特别优选组分III为氮气或二氧化碳，含量为4-25％，其绝缘性能优越。
综合考虑环境性能和绝缘性能，可以得出以下结论：本发明的绝缘气体可以替代SF6。
Claims (10)
1.一种绝缘气体，所述绝缘气体由含硫或氮的杂原子氟化物的组分I、氢氟烯烃或者全氟烯烃的组分II和无机气体组份III按照物质的量的百分比例1％–20％：5％–90％：4％–90％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈、三氟甲磺酰氟、三氟化硫氮、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔中的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯、E-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯、2,3,3,4,4,4-六氟-1-丁烯、六氟丁二烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、氧气、空气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
2.根据权利要求1所述的绝缘气体，其特征在于：所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例1％–20％：10％–90％：4％–80％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1。
3.根据权利要求2所述的绝缘气体，其特征在于：所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例1％–20％：20％–90％：4％–75％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈、三氟甲磺酰氟、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯、六氟丁二烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、氧气、空气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
4.根据权利要求3所述的绝缘气体，其特征在于：其中，组分I是七氟异丁腈、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
5.根据权利要求4所述的绝缘气体，其特征在于：所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例5％–20％：25％–90％：4％–65％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈、(五氟硫烷基)乙炔、3,3,3-三氟-1-五氟硫烷基-1-丙炔的任意一种或数种组成，组分II是2,3,3,3-四氟丙烯、E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
6.根据权利要求5所述的绝缘气体，其特征在于：所述绝缘气体由组分I、组分II和组份III按照物质的量的百分比例5％–15％：60％–90％：4％–25％组成，三者的物质的量的百分比例之和为1，其中，组分I是七氟异丁腈，组分II是E-1,3,3,3-四氟丙烯、E-1,2,3,3,3-五氟丙烯、1,1,3,3,3-五氟丙烯、1,1,2,3,3-五氟丙烯中的任意一种或数种组成，组分III是氮气、二氧化碳中的任意一种或数种组成。
7.权利要求1-6任一所述的绝缘气体在气体绝缘电气变压器、输送或分配电力的气体绝缘线、或者连接器/切断器中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述绝缘气体的工作电压为3kV-35kV。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述绝缘气体的工作电压为35kV-330kV。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述绝缘气体的工作电压为330kV-1200kV。
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