JP2015534431A - 低環境負荷及びハイブリッド絶縁を有する中又は高電圧電気器具 - Google Patents
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Abstract
Description
を有するヘプタフルオロイソブチロニトリルは、以降i−C3F7CNと称され、2,3,3,3−テトラフルオロ−2−トリフルオロメチルプロパンニトリルに相当し、CAS登録番号:42532−60−5であり、1013ヘクトパスカル(hPa)で−3.9℃の沸点(ASTM D1120−94「エンジン冷却液の沸点の標準試験法(Standard Test Method of Boiling Point of Engine Coolants)」に従って測定された沸点)、及び以下の表Iに示した、N2を基準とした、またSF6のものに比較した相対絶縁耐力を示し、前記絶縁耐力は、0.1cmの隙間を介する直径2.54センチメートル(cm)の2つのスチール電極間で、大気圧において、DC(直流)下に測定される。
(1)装置の最低利用温度よりも低い、非常に低い沸点を示すこと;
(2)二酸化炭素の絶縁耐力の測定に用いたものと同じ試験条件(即ち、同じ装置、同じ幾何学的配置、同じ動作パラメータ、...)において、前記二酸化炭素のもの以上の絶縁耐力を示すこと;
(3)ヒト及び動物に対し毒性がないこと;
(4)ガス状混合物のGWPは、それを作り上げている各物質の重量分率×対応するGWP、の総和から導き出される加重平均であることから、ヘプタフルオロイソブチロニトリルのものより低いGWPを提示し、ヘプタフルオロイソブチロニトリルを希釈ガスで希釈することがまた、ヘプタフルオロイソブチロニトリルの環境負荷を低減する効果をもつようにすること、
に合うガスから選択される希釈ガスとの混合物において使用される。
M=(Phe/Pmixture)×100 (II)
[式中、Pmixtureは、20℃の装置内における混合物の全圧力を表し、かつPheは、同じ単位で表された分圧を示し、これは20℃における、装置の最低利用温度において上記に定義された通りのヘプタフルオロイソブチロニトリルにより示される飽和蒸気圧に等しい]
Phe=(SVPhe×293)/(Tmin+273) (III)
[式中、SVPheは、セルシウス度で表された装置の最低利用温度Tminにおける、上記に定義された通りのヘプタフルオロイソブチロニトリルの飽和蒸気圧を表す]によって概算される。
−15℃、−20℃、−25℃、−30℃、−35℃、−40℃、−45℃、及び−50℃から選択され、かつとりわけ、0℃、−5℃、−10℃、−15℃、−20℃、−25℃、−30℃、−35℃、及び−40℃から選択される。
εr=ε/ε0 (IV)、ここで
ε=(e*C)/S かつε0=1/(36π*109) (V)
[式中、
・εは、材料の絶対誘電率(ファラド毎メートル(F/m))に相当し;
・ε0は、真空の誘電率(F/mで表される)に相当し;
・Cは、その誘電率が測定されるべき材料の層であって、前記層が試験片に相当する該層をその間に配置された2つの平行な電極を含んでなる平面キャパシタのキャパシタンス(ファラド(F)で表される)に相当する;
・eは、平面キャパシタの2つの平行な電極間の距離(メートル(m)で表される)に相当し、この例では試験片の厚さに相当する;及び
・Sは、平面キャパシタを構成する各電極の面積(平方メートル(m2)で表される)]に相当する;によって定義され得る無次元量である。
電気的絶縁及び/又は電気的アーク消弧のための媒体においては、推奨される充填用の圧力は装置によって異なる。しかしながら、それは典型的には数バール(即ち、数千ヘクトパスカル)である。
これらの試験は、定格電圧145kVを有するALSTOMからのB65被覆サブステーションの一式のバスバーにおいて、高電圧装置に関するIEC規格62271−1に従って実施された。
ヘプタフルオロイソブチロニトリルは、ヒトに対し特異的な毒性を示さず、15000ppmより大きいLC50(50%致死濃度)を有する。加えて、混合物について78000ppmのオーダーのLC50に到達し、かつそのことが「実質的に無毒性」(毒性等級5、Hodge及びSternerの毒性スケールによる)とみなされるガスの領域にそれを分類する目的で、それをCO2中又は空気中に約5%まで(正確には5.25%)希釈することにより、毒性は混合物の体積比においてさらに低減される。
純粋なヘプタフルオロイソブチロニトリル、並びにi−C3F7CN/CO2及びi−C3F7CN/Air混合物は、不燃性である。
ヘプタフルオロイソブチロニトリルの地球温暖化係数又はGWPは、2400のオーダーであり、即ちSF6のそれより9.5倍、またSF6と窒素との、SF6の体積で10%混合物のそれよりも3.1倍低い。
寿命の終わり又は回路遮断試験の後、ガスは通常の回収技術により、コンプレッサ及び真空ポンプを使用して回収され得る。ヘプタフルオロイソブチロニトリルは次に、よりサイズの小さいバッファガスのみを捕集できるゼオライトを用いて、バッファガスから分離される;別法として、選択的な分離膜が、窒素、CO2、又は空気などのバッファガスを逃がし、かつ、より大きいサイズ及びモル質量を有するヘプタフルオロイソブチロニトリルを保持することを可能にする;任意の別のオプションが予想され得る。
低温における性能を低減すること、又は圧力の全量を増大することなく、SF6と同等の絶縁を得るため、上記に提示されたガス状混合物は、固体絶縁なしではシステムの破壊電界よりも大きい電界にさらされるそれら導電部上に適用される、低誘電率の固体絶縁と組合せて使用される。
Claims (14)
- 密閉エンクロージャを含む中又は高電圧装置であって、前記エンクロージャ中に、厚さの異なる固体絶縁層でカバーされた電気部品と、電気的絶縁を提供するため及び/又は前記エンクロージャ内で生じやすい電弧を消すためのガス状媒体とが設置され、前記ガス状媒体が、希釈ガスとの混合物でヘプタフルオロイソブチロニトリルを含んでなることを特徴とする該装置。
- 前記希釈ガスが、二酸化炭素、窒素、酸素、空気、及びそれらの任意の混合物から選択されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記ヘプタフルオロイソブチロニトリルが、式(II)によって決定されるモルパーセントMの、80%以上のモルパーセント(Mhe)でヘプタフルオロイソブチロニトリル/希釈ガス混合物中に存在することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の装置。
M=(Phe/Pmixture)×100 (II)
[式中、Pmixtureは、20℃の装置内における混合物の全圧力を表し、かつPheは、同じ単位で表された分圧を示し、これは20℃における、装置の最低利用温度において上記に定義された通りのヘプタフルオロイソブチロニトリルにより示される飽和蒸気圧に等しい] - 前記ヘプタフルオロイソブチロニトリルが、ヘプタフルオロイソブチロニトリル/希釈ガス混合物中に、請求項3において定義されたモルパーセントMの、95%から130%の範囲で、より良好には97%と120%の範囲で、理想的には99%から110%の範囲にあるモルパーセント(Mhe)で存在し、前記装置が、それにおいて前記混合物のいくらかが絶縁を低減しない液体状態である、中電圧又は高電圧装置であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ヘプタフルオロイソブチロニトリルが、ヘプタフルオロイソブチロニトリル/希釈ガス混合物中に、請求項3において定義されたモルパーセントMの、95%から100%の範囲、とりわけ98%から100%の範囲にあるモルパーセント(Mhe)で存在し、前記装置が、それにおいて絶縁が液相の存在によって影響され得る、中電圧又は高電圧装置であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記固体絶縁層の厚さが、電界の利用率ηの関数であり、ηが最大電界Emaxで割った平均電界(U/d)の比率として定義され(η=U/(Emax*d))、前記固体絶縁層が、0.2から0.4の範囲にある利用率では、1mmより大きく10mmより小さい厚さを示す厚い層であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記厚い固体絶縁層を作製するために選択された材料が、6以下の比誘電率を示すことを特徴とする、請求項6に記載の装置。
- 前記厚い固体絶縁層を作製するために選択された材料が、4以下、及びとりわけ3以下の比誘電率を示すことを特徴とする、請求項6に記載の装置。
- 前記材料が、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカルボナート、ポリメチルメタクリラート、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、parylene N(商標)、Nuflon(商標)、シリコン、及びエポキシ樹脂から選択されることを特徴とする、請求項7又は請求項8に記載の装置。
- 前記固体絶縁層の厚さが、電界の利用率ηの関数であり、ηが最大電界Emaxで割った平均電界(U/d)のの比率として定義され(η=U/(Emax*d))、前記固体絶縁層が、0.5より大きい、及びとりわけ0.6より大きい利用率では、1mm未満、有利には500μm未満、とりわけ60μmから100μmの範囲にある厚さを示す薄い層であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記薄い固体層を作製するために選択された材料が、2から4の範囲、及びとりわけ2.5と3.5の間の範囲にある比誘電率を示すことを特徴とする、請求項10に記載の装置。
- 前記材料が、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、エチレン−モノクロロトリフルオロエチレン、parylene N(商標)、Nuflon(商標)、HALAR(商標)、及びHALAR C(商標)から選択されることを特徴とする、請求項11に記載の装置。
- 前記装置が、ガス絶縁電気的変換器、電気を輸送若しくは分配するためのガス絶縁送電線、又はコネクタ/ディスコネクタであることを特徴とする、請求項1から12のいずれか1項に記載の装置。
- その部品が、請求項6から12のいずれか1項において上記に定義された通りの厚さの異なる固体絶縁層でカバーされる、中電圧又は高電圧装置における、電気的絶縁及び/又は電気的アーク消弧のためのガスとしての、請求項1から5のいずれか1項において定義された通りの希釈ガスとの混合物におけるヘプタフルオロイソブチロニトリルの用途。
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