KR102312567B1 - 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치 및 그러한 장치를 위한 구성요소 - Google Patents

전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치 및 그러한 장치를 위한 구성요소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 절연 공간 및 그 절연 공간에 배열된 전기 전도성 부분을 둘러싸는 하우징을 포함하고, 상기 절연 공간은 유전성 절연 매질을 함유하고 그 유전성 절연 매질의 적어도 일부는 유기불소 화합물을 포함하는 절연 가스 형태이다. 본 발명의 장치에 따르면, 절연 가스에 직접 노출되는 장치의 구성요소들 중의 적어도 일부는, 동작 조건에서 1년이 넘는 기간에 대해 절연 가스에의 노출 동안 비변경 상태로 남거나 및/또는 표면을 가지며 그 표면의 적어도 일부가 동작 조건에서 유기불소 화합물에 대해 반응하거나 및/또는 이의 열화 생성물에 대해 반응하는 임의의 친핵성 기가 없는 재료로 만들어진다.

Description

전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치 및 그러한 장치를 위한 구성요소{APPARATUS FOR THE GENERATION, THE DISTRIBUTION AND/OR THE USAGE OF ELECTRICAL ENERGY AND COMPONENT FOR SUCH AN APPARATUS}
본 발명은 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치, 그러한 장치를 위한 구성요소, 그리고 그러한 구성요소의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 액체 또는 가스 상태인 유전성 절연 매질은, 예를 들어, 스위치기어, 가스 절연된 서브스테이션 (GIS), 가스 절연된 라인 (GIL), 변압기 또는 다른 것들과 같은 폭넓게 다양한 장치들에서 전기 전도성 부분의 절연을 위해 적용된다.
중 또는 고 전압 금속 캡슐화 스위치 기어에서, 예를 들면, 전기 전도성 부분은 기밀 하우징 (gas-tight housing) 에 배열되고, 이 기밀 하우징은 절연 공간을 정의하고, 상기 절연 공간은 절연 가스를 포함하고 전류가 절연 공간을 통과하지 못하게 전기 전도성 부분으로부터 하우징을 분리시킨다. 예를 들어, 고전압 스위치기어에서 전류를 차단 (interrupt) 하기 위하여, 절연 가스는 또한 아크 소멸 가스 (arc extinction gas) 로서 기능한다.
최근, 유전성 절연 가스에서 유기불소 화합물의 사용이 제안되었다.
특히, WO-A-2010/142346 는, 4 내지 12개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤을 포함하는 유전성 절연 매질 (dielectric insulation medium) 을 개시한다. 또한, WO-A-2012/080246 는 정확히 5개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤 (이하 “C5K” 라 한다) 으로서, 상기 C5K 과는 상이한 유전성 절연 가스 성분과 혼합물 상태인, 상기 C5K 를 특히 바람직한 것으로 개시한다.
플루오로케톤은 높은 절연 능력, 특히 높은 유전 강도, 그리고 높은 아크 소멸 능력을 갖는 것으로 나타나 있다. 동시에, 그것들은 매우 낮은 지구 온난화 지수 (GWP) 및 매우 낮은 독성을 갖는다. 이들 특성들의 조합은 이들 플루오로케톤을 종래 절연 가스들에 대한 가능한 대안으로서 매우 적합하게 만든다.
플루오로케톤 함유 절연 가스의 상기 언급된 탁월한 성질에도 불구하고, 뜻밖에도, 장시간의 동작 시간에 걸친 절연 및 아크 소멸 성능의 감소를 피하기 위하여 주의해야만 한다는 것을 알아냈다. 그렇지 않으면, 보수 간격이 단축되거나 또는 절연 가스의 적어도 일부를 교체하기 위하여 장치의 동작이 너무 이르게 중단되야 하는 상황이 궁극적으로 일어날 수 있다.
추가적으로, 뜻밖에도, 플루오로케톤 함유 절연 가스에 직접 노출된 장치의 구성요소들의 기능성이 장시간의 동작 시간에 걸친 노출 동안 악영향을 받을 수 있는 것을 피하기 위하여 또한 주의해야 한다는 것을 알아냈다. 이것은 궁극적으로 마찬가지로, 보수 간격이 단축되거나 또는 장치의 동작이, 이 경우 각각의 구성요소의 교체를 위해, 너무 이르게 중단되야 하는 상기 언급된 상황에 이를 수 있다. 예를 들어, 시중에서 이용가능한 폴리머 재료로 만들어진 시일링 (sealing) 구성요소들은, 놀랍게도, 동작 조건에서 C5K 노출에 민감하다는 것을 알아냈다.
절연 가스의 성능에서 그리고 특정 구성요소들의 기능성에서 잠재적인 감소에 관한 위의 지견은 플루오로케톤이 장치의 동작 조건에서 비반응성이라는 일반적인 상정과는 상반된다. 이 일반적인 상정은 일반적으로 플루오로케톤 및 구체적으로 C5K 를 이용할 때 일어날 수도 있는 잠재적인 불안정성 및 부적합성 (incompatibility) 이슈들에 관하여 현 기술 상태에서 보고된 바가 아무 것도 없다는 사실에 의해 나타나고 있다.
상기한 바를 고려하여, 따라서, 본 발명에 의해서 해결될 과제는 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치를 제공하는 것이고, 상기 장치는 일반적으로 유기불소 화합물, 그리고 특히 플루오로케톤을 함유하는 유전성 절연 매질을 포함하고, 상기 장치는 상대적으로 긴 기간에 걸쳐 안전하고 효율적인 동작을 동시에 가능하게 한다.
그 과제는 독립 청구항들의 요지에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시형태들은 종속 청구항들 및 청구항 조합에서 정의된다.
본 발명의 장치는 절연 공간 및 그 절연 공간에 배열된 전기 전도성 부분을 둘러싸는 하우징을 포함하고, 상기 절연 공간은 유전성 절연 매질을 함유하고 그 유전성 절연 매질의 적어도 일부는 유기불소 화합물, 특히 플루오로 케톤을 포함하는 절연 가스 형태이다. 추가적으로, 절연 매질, 및 특히 절연 가스는, 아래에서 논의될 바처럼, 유기불소 화합물의 하나 이상의 열화 생성물들 (또는 "분해 생성물") 을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 절연 가스에 직접 노출되는 장치의 구성요소들의 적어도 일부는, 동작 조건에서, 여기서는 1년이 넘는, 미리정의된 기간에 대해 절연 가스에의 노출 동안 비변경 상태로 남는 재료로 만들어진다. 즉, 유기불소 화합물 및, 경우에 따라, 분해 생성물(들) 을 포함하는 절연 가스와의 1년이 넘는 장시간의 접촉은 재료의 기능을 이행하는데 필수적인 재료의 성질을 변경하지 않는다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 구성요소들의 기능성이 유지되고 따라서, 구성요소들의 정기적인 교체의 필요성이 없으며, 궁극적으로 서비스 수명을 길게하고 장치의 보수를 저감할 수 있다.
특히, 본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "구성요소" (component) 는 본질적으로 안정한 형태의 임의의 구성요소, 보다 구체적으로는 임의의 고체 또는 반고체 구성요소에 관한 것이다. 구체적으로, 코팅 화합물, 보다 구체적으로 페인트 또는 수지, 그리고 시일링 화합물은 용어 "구성요소" 에 의해 포함된다. 페이스트상 구성요소들, 이를테면 윤활 화합물 또는 그리스 (grease) 가 또한 포함된다.
용어 "미리결정된 기간에 대해" 는 1년이 넘는, 보다 바람직하게는 2년이 넘는, 더욱 더 바람직하게는 5년이 넘는, 그리고 가장 바람직하게는 10년이 넘는 기간에 관한 것이다. 따라서, 절연 가스에 직접 노출되는 장치의 구성요소들은, 2년이 넘는, 보다 바람직하게는 5년이 넘는, 그리고 가장 바람직하게는 10년이 넘는 기간에 대해 절연 가스에의 노출 동안 비변경 상태로 남는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명의 맥락에서 사용되는 용어 "절연 매질" 은 절연 유체에 관한 것이다. 절연 매질의 적어도 일부가 절연 가스의 형태이므로, 절연 매질은 전체적으로 가스 형태일 수 있거나 또는 가스 형태의 일부 및 액체 형태의 일부를 포함하는 2상계일 수 있다.
특히, 절연 매질, 및 특히 절연 가스는, 유기불소 화합물의 하나 이상의 열화 생성물들을 포함할 수 있다. 이것은, 특히, 장치가 스위칭 장치, 보다 구체적으로는 스위치기어 또는 이의 구성요소일 때 그러할 수 있다. 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온을 포함하는 절연 가스를 사용할 때, 열화 생성물은 특히 헥사플루오로프로펜 및/또는 헵타플루오로프로펜일 수 있다.
특히, 본 발명의 맥락에서, 용어 "절연 가스에 직접 노출되는" 은 절연 가스와 직접 접촉하는 것으로 이해되야 한다.
상기 언급된 제 1 양태에 대안적으로 또는 추가적으로, 절연 가스에 직접 노출되는 장치의 구성요소들의 적어도 일부는 표면을 가지며 그 표면의 적어도 일부는 동작 조건에서 유기불소 화합물에 대해 반응하거나 및/또는 유기불소 화합물의 임의의 열화 생성물에 대해 반응하는 임의의 친핵성 기 (nucleophilic group) 가 없다. 용어 "임의의 친핵성 기가 없는" 은, 예를 들어, 절연 매질의 가스 성분의 응축으로부터 비롯되는, 재료의 표면에 임의의 방식으로 결합된 (bound) 화합물뿐만 아니라 재료의 필수의 부분 (integral part) 인 화합물 양자 모두에 관한 것이다.
용어 "친핵성 기" 는 (화학 반응에서) 전자쌍을 친전자체에 공여하여 화학 결합을 형성할 수 있는 임의의 화학 기에 관한 것이다. 특히, 용어 "친핵성 기" 는 따라서 특히, 유기불소 화합물에 관련하여 친핵성으로 고려되는 임의의 화학 기 또는 친전자체로 고려되는 그의 열화 생성물(들) 에 관한 것이다.
본 제 2 양태에 따르면, 플루오로케톤의 카르보닐 기의 친핵성 치환과 같은 유기불소 화합물과의 분해 반응이 효율적으로 방지되고, 절연 가스의 무결성 및 따라서 또한 그의 절연 및 아크 소멸 성능이 유지되며, 이는 또한 서비스 수명을 길게하고 장치의 보수를 저감하는데 기여한다.
또한, 분해 생성물들에 의해 야기될 수도 있는 안전 또는 건강 위험들이 본 발명의 본 양태에 따라 감소 또는 심지어 제거된다. 이것은 하나의 잠재적인 분해 생성물이, 매우 부식성이 있고 극독성 (extremely toxic) 이 있는 불화 수소 (HF) 인 경우에 특히 적절하다.
분해 생성물이 감소 또는 제거되는 것의 적절성은 또한, 일부 분해 생성물들이, 그들이 기초하는 유기불소 화합물에 대해 폐쇄된 반응 경로들을 개방할 수도 있다는 사실에 의해 강조된다. 이것은, 예를 들어, C5K의 분해 생성물과 반응할 가능성을 갖고 있으나, C5K 자체와는 반응할 가능성을 갖지 않는 구리에 대한 경우이다. 그러한 2차 반응들은 본 발명에 의해 효율적으로 감소되거나 또는 심지어 제거된다.
제 2 양태의 실시형태들에 따르면, 재료의 필수 부분을 형성하는 구성요소의 표면에 함유된 임의의 화합물 및/또는 그 표면에 결합된 임의의 화합물은, 임의의 친핵성 기가 없다.
제 1 및 기타 양태의 실시형태들에 따르면, 구성요소들의 적어도 일부는 : 폴리머 재료, 금속, 금속 합금, 세라믹, 이들의 복합물, 이들의 혼합물, 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료; 특히 폴리머 재료 (복합 재료에 함유된 폴리머 재료를 포함한다) 로 만들어지거나 또는 이를 포함한다. 이점에 있어서, 폴리머 재료는 실리콘, 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에폭사이드, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리케톤 및 폴리설폰, 그리고 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "구성요소들 중의 적어도 일부" 는, 절연 매질에 직접 노출되는 즉, 직접 접촉하는 구성요소들 중의 단 하나, 구성요소들 중 2개 이상 및/또는 모든 구성요소들에 관한 것일 수 있다.
구성요소들 중의 적어도 일부가 폴리머 재료로 이루어지거나 또는 이를 포함하는 실시형태들에서, 폴리머 재료는 적어도 하나의 가소제를 포함하고, 적어도 하나의 가소제의 양 및/또는 타입은 동작 조건에서 유기불소 함유 절연 가스에 노출될 때 재료로부터 스며나오지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태들에 따르면, 폴리머 재료 내의 가소제의 양은, 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로, 10 중량% 미만, 바람직하게는 8 중량% 미만, 보다 바람직하게는 6 중량% 미만, 그리고 가장 바람직하게는 4 중량% 인데, 왜냐하면 이들 양으로 존재할 때 가소제의 스며나옴 (또는 "스위팅 아웃" (sweating out)) 이 관찰되지 않기 때문이다. 이들 실시형태들에 따르면, 재료 성질들은 따라서 가소제의 함량의 변화에 기인하여 변화하지도, 가소제가 절연 공간의 및/또는 구성요소들의 표면들의 임의의 소일링 (soiling) 을 일으키지도 않는다.
가소제의 양을 위에 개시된 레벨들보다 낮게 유지하는 것은, 15 중량% 를 넘는 가소제의 양을 갖는 상업적으로 이용가능한 시일링 구성요소들에서 사용되는 가소제들의 양에 대해 뚜렷히 구별된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 다른 바람직한 실시형태들은 폴리머 재료에 함유된 가소제가 450 g/mol 보다 높은 분자량을 갖는 것이다. 그 이유는, 이 분자량의 가소제는 유기불소 함유 절연 가스에 노출될 때 재료로부터 스며나옴 (또는 "스위팅") 되지 않는 반면에, 가소제가 더 낮은 분자량을 가지면 스며나옴이 일어날 수도 있다는 것을 알아냈기 때문이다.
여기에 개시된 450 g/mol 의 임계 분자량보다 높은 분자량을 갖는 가소제를 사용하는 것은, 낮은 분자량, 즉, 450 g/mol.-% 미만을 갖는 가소제를 포함하는 상업적으로 이용가능한 시일링 구성요소들에서 사용되는 가소제들의 양에 대해 뚜렷히 구별된다.
본 발명의 맥락에서 사용되는 용어 "가소제" 는, 폴리머 재료의 유연성 및 내구성을 향상시키기 위하여 첨가되는 폴리머 재료의 임의의 첨가물에 관한 것이다. 가소제들은 스스로를 폴리머들의 사슬들 사이에 임베딩하여, 그들을 이격 (시키고 따라서 "자유 체적" (free volume) 을 증가) 시키는 것에 의해 작용하고, 이 결과 (가소제 없는 폴리머 매트릭스와 비교하여) 재료의 유리 전이 온도를 현저히 낮추고 재료를 더 연하게 만든다.
용어 "가소제" 는 특히, 에스테르 가소제, 이를테면 세바케이트, 아디페이트, 테레프탈레이트, 벤조에이트, 디벤조에이트, 글루테레이트, 프탈레이트, 아젤레이트, 말레에이트, 글리콜, 유기인산염, 폴리머 가소제, 폴리에테르 및 오일을 포함한다. 그들의 특정 목적을 고려해 볼 때, 용어는 또한, 연화제, 증량제 (extender), 및 윤활제를 포함한다.
다른 바람직한 실시형태들에 따르면, 폴리머 재료에서 휘발성 유기 화합물의 전체 양은 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 미만이다. 이 맥락에서, 용어 "휘발성 유기 화합물" 은 협의의 휘발성 유기 화합물 (VOC) 뿐만 아니라 또한 고 휘발성 유기 화합물 (VVOC) 및 반휘발성 유기 화합물 (SVOC) 을 포함한다. 특히, 휘발성 유기 화합물의 끓는점은 따라서, 400℃ 미만, 보다 특히 260℃ 미만으로 선택된다.
위에 언급된 레벨보다 낮은 양으로 존재할 때 구성요소의 재료로부터 휘발성 유기 화합물의 "탈가스" (outgassing) 가 관찰되지 않는다. 결과적으로, 구성요소의 기능성이 영향받지 않은 상태로 남을뿐만 아니라, 휘발성 유기 화합물이 액체 상이거나, 예를 들어, 고체-가스 계면에 있거나, 또는 가스 상에 있는지에 상관 없이, 휘발성 유기 화합물의 가능한 반응이 방지된다.
VOC 가 저분자량 알코올 형태인 경우에 폴리머 재료에서 휘발성 유기 화합물의 양은 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 미만인 것이 특히 바람직한데, 왜냐하면 이것은 - 더 높은 양으로 존재할 경우 - 예를 들어, 플루오로케톤의 카르보닐 기와 친핵성 치환을 일으키기 때문이다.
통상적으로, 폴리머 재료는 또한, 예를 들어, 재료에 필요한 기계적 성질을 제공하기 위한 충전제를 함유한다.
실시형태들에서, 폴리머 재료는 적어도 하나의 관능화 및/또는 비관능화 금속 옥사이드을 함유하거나, 및/또는 폴리머 재료는 적어도 하나의 관능화 및/또는 비관능화 금속 하이드록사이드를 함유한다.
다른 실시형태들에서, 폴리머 재료에 함유된 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 적어도 일부, 특히 전부가 비관능화되며, 비관능화된 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 양은 5 중량% 이하, 바람직하게는 4 중량% 이하, 보다 바람직하게는 2 중량% 이하, 그리고 더욱 더 바람직하게는 1 중량% 미만, 그리고 가장 바람직하게는 대략 0 중량% 이다.
다른 실시형태들에서 폴리머 재료에 함유된, 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 양, 특히 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 전체 양은 최대 5 중량%, 바람직하게는 최대 4 중량%, 더 바람직하게는 최대 2 중량%, 더욱 더 바람직하게는 1 중량% 미만, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 대략 0 중량% 이거나 또는 정확하게 0 중량% 이다. 특정 실시형태에 따르면, 폴리머 재료는 임의의 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드가 없다.
용어 "금속 옥사이드" 및 "금속 하이드록사이드" 는 본 발명의, 그리고 특히 위의 실시형태들의 맥락에서, 유리 옥사이드 기 (free oxide group) 또는 유리 하이드록사이드 기 (free hydroxide group) 를 각각 갖는 금속 화합물로서 이해될 수 있다. 하지만, 그것들은, 그렇게 명시적으로 언급되지 않는다면, 화합물로서, 그의 옥사이드 또는 하이드록사이드 기가 관능화되거나 또는 블로킹되는, 그러한 화합물들을 포함하는 것으로서 해석되서는 안된다. "금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 양" 에 관한 위의 실시형태들은 따라서 특히, 유리 옥사이드 기 또는 유리 하이드록사이드 기를 각각 갖는 금속 화합물, 즉 비관능화 금속 옥사이드 및/또는 비관능화 하이드록사이드의 양에 관한 것이다.
본 발명에 따른 구성요소를 위해 위에서 언급된 실시형태들에 대해 주어진 상한보다 더 높은 충전제의 양을 필요로 하는 폴리머 재료가 사용될 경우, 적어도 각각의 상한을 초과하는 충전제의 부분은 옥사이드 또는 하이드록사이드 기가 없는 충전제에 의해 치환되거나 및/또는 유리 옥사이드 또는 하이드록사이드 기가 각각 없는 방식으로 관능화되는 것이 바람직하다. 옥사이드 또는 하이드록사이드 기가 없는 충전제로서, 예를 들어, 카본 블랙이 사용될 수 있다.
특정 실시형태에 따르면, 폴리머 재료는 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드에 기초한 충전제를 함유하고, 여기서 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드 중의 적어도 일부, 특히 전부가 관능화된다.
특히, 용어 "관능화" 또는 "관능화된" 은 제 1 화학 엔티티의 성질이 변경되는 처리에 관한 것이다. 특히, 용어 "관능화" 또는 "관능화된" 은 제 1 화학 엔티티가 또 다른 화학 엔티티와 반응함으로써 제 1 화학 엔티티의 반응성이 변경되는 것에 관한 것이다. 제 1 화학 엔티티는, 예를 들어, 반응성 기, 이를테면 친핵성 기일 수 있다. 특히, 그것은 각각, 금속 옥사이드의 옥사이드 기 또는 금속 하이드록사이드의 하이드록사이드 기일 수 있다. 특히, 용어 "관능화" 또는 관능화된" 은 제 1 반응성 기를 블로킹함으로써, 제 1 반응성 기가 화학적으로 비활성, 즉, 각각의 시스템에 존재하는 임의의 다른 구성요소에 대해 비반응성으로 만들어지는 것에 관한 것이다.
관능화는, 예를 들어, 할로겐화, 특히 불소화, 또는 알킬 기 또는 플루오로알킬 기와의 알킬화에 의해 달성될 수 있다.
특히 바람직한 실시형태에 따르면, 구성요소의 표면의 적어도 일부는 소수성이다. 보다 구체적으로, 구성요소의 표면의 적어도 일부는 물과 접촉될 때 접촉각이 90° 보다 크다. 그의 소수성에 기인하여, 구성요소의 표면은 본질적으로 물을 함유하지 않는다; 그렇지 않으면 물이 그것에 결합될 때 고체-가스 계면에서 일어날 수도 있는 반응들이, 따라서 효율적으로 감소되거나 또는 심지어 방지될 수도 있다.
실시형태들에서, (위에서 설명된 폴리머 재료 또는 금속 또는 금속 합금 또는 세라믹으로 만들어지는) 구성요소의 표면이 노출된 친핵성 기들을 가지면, 친핵성 기들 중의 적어도 일부가 관능화된다. 또, 관능화는, 예를 들어, 할로겐화, 특히 불소화에 의해 또는 알킬 기 또는 플루오로알킬 기와의 알킬화에 의해 달성될 수 있다. 이 점에 있어서, 표면 처리는 화학 처리, 플라즈마 처리 및/또는 화학 기상 증착, 특히 플라즈마 강화 화학 기상 증착일 수 있다.
바람직하게는, 유전성 절연 가스에 포함된 유기불소 화합물은, 플루오로에테르, 특히 하이드로플루오로모노에테르, 플루오로케톤, 특히 퍼플루오로케톤, 플루오로올레핀, 특히 하이드로플루오로올레핀, 및 플루오로니트릴, 특히 퍼플루오로니트릴, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
이로써 특히 바람직하게는, 절연 매질은 4개 내지 12개 탄소 원자들을 함유하는, 바람직하게는 정확하게 5개 탄소 원자들 또는 정확하게 6개 탄소 원자들 또는 이들의 혼합물을 함유하는 플루오로케톤을 포함한다. 절연 매질이 위에서 정의된 플루오로케톤을 포함할 때 본 발명에 의해 달성되는 이점들은 특히 확연해지는데, 왜냐하면 그렇지 않으면 친핵성 치환을 받은 케톤 기로부터 일어날 수도 있는 임의의 문제가 회피될 수 있기 때문이다.
본원에서 사용된 용어 "플루오로케톤" 은 넓게 해석되야 하고 퍼플루오로케톤 및 하이드로플루오로케톤 양자 모두를 포함하고, 또한, 포화 화합물 및 불포화 화합물, 즉 탄소 원자들간에 이중 및/또는 삼중 결합을 포함하는 화합물 양자 모두를 포함한다. 플루오로케톤의 적어도 부분적으로 불소화된 알킬 사슬은 선형 또는 분지형일 수 있거나, 또는 선택적으로 하나 이상의 알킬 기들에 의해 치환되는 고리를 형성할 수 있다. 예시적인 실시형태들에서, 플루오로케톤은 퍼플루오로케톤이다. 다른 예시적 실시형태들에서, 플루오로케톤은 분지형 알킬 사슬, 특히 적어도 부분적으로 불소화된 알킬 사슬을 갖는다. 또 다른 예시적인 실시형태들에서, 플루오로케톤은 완전히 포화된 화합물이다.
언급된 바처럼, 특히 바람직하게는, 절연 매질은 정확히 5개 탄소 원자들 또는 정확히 6개 탄소 원자들 또는 이들의 혼합물을 함유하는 플루오로케톤을 포함한다. 6개 탄소 원자들이 넘는 더 큰 사슬 길이를 갖는 플루오로케톤과 비교하여, 5개 또는 6개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤은 상대적으로 낮은 끓는점의 이점을 갖는다. 따라서, 장치가 낮은 온도에서 사용될 때에도, 액화와 함께 갈 수도 있는 문제들이 회피될 수 있다.
실시형태들에 따르면, 플루오로케톤은, 하기 구조식들에 의해 정의되는 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물이다 (식중에서, 적어도 하나의 수소 원자는 불소 원자로 치환된다):
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Figure 112016042868470-pct00002
5개 이상의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤이 또한 유리한데, 왜냐하면 그것들은 일반적으로 인간 안전에 대해 뛰어난 이익 (margin) 을 가지며 비독성이기 때문이다. 이것은, 독성이 있고 매우 반응성인 헥사플루오로아세톤 (또는 헥사플루오로프로판온) 등의 4개 미만의 탄소 원자들을 갖는 플루오로케톤과 대비된다. 특히, 여기에서 C5K 로 약칭되는, 정확하게 5개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤들, 및 정확하게 6개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤들은 500℃ 에 이르기까지 열적으로 안정하다.
본 발명의 실시형태들에서, 분지형 알킬 사슬을 갖는, 플루오로케톤, 특히, C5K 가 바람직한데, 왜냐하면 그들의 끓는점이 직선형 알킬 사슬을 갖는 대응하는 화합물 (즉, 같은 분자 식을 갖는 화합물) 의 끓는점보다 더 낮기 때문이다.
실시형태들에 따르면, C5K 는 퍼플루오로케톤이다, 특히 분자식 C5F10O 를 갖는다, 즉, 탄소 원자들간에 이중 또는 삼중 결합 없이 완전히 포화된다. 더 바람직하게는 플루오로케톤 a) 는 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온 (데카플루오로-2-메틸부탄-3-온으로도 칭해짐), 1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-데카플루오로펜탄-2-온, 1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-데카플루오로펜탄-3-온, 및 옥타플루오로시클로펜타논으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수도 있고, 가장 바람직하게는 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온이다.
1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온은 하기 구조식 (I) 에 의해 표현될 수 있다:
Figure 112016042868470-pct00003
(I)
분자식 CF3C(O)CF(CF3)2 또는 C5F10O 를 갖는 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온은 고 및 중 전압 절연 응용들에 특히 바람직하다는 것을 알아냈는데, 왜냐하면, 그것은 특히 유전성 캐리어 가스와의 혼합물에서, 높은 유전성 절연 성능의 이점을 갖고, 매우 낮은 GWP를 갖고 낮은 끓는점을 갖기 때문이다. 그것은 0의 ODP 를 갖고 실제적으로 비독성이다.
실시형태들에 따르면, 훨씬 더 높은 절연 능력이, 상이한 플루오로케톤 성분들의 혼합물을 결합하는 것에 의하여 달성될 수 있다. 실시형태들에서, 전술되고 여기에서 C5K 로 약칭되는, 정확히 5개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤, 및 여기에서 플루오로케톤 c) 로 약칭되는, 정확히 6개의 탄소 원자들 또는 정확하게 7개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤은 유리하게 동시에 유전성 절연의 부분이 될 수 있다. 따라서, 각각 별도로 절연 매질의 유전 강도에 기여하는, 하나보다 많은 플루오로케톤을 갖는 절연 매질이 달성될 수 있다.
실시형태들에서, 추가 플루오로케톤 c) 은, 하기 구조식들에 의해 정의되는 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물이다 (식중에서, 적어도 하나의 수소 원자는 불소 원자로 치환된다):
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그리고 정확하게 6개 탄소 원자들을 갖는 임의의 플루오로케톤 (여기서 그 플루오로케톤의 적어도 부분적으로 불소화된 알킬 사슬이, 하나 이상의 알킬 기들에 의해 치환되는 고리를 형성한다) (IIh);
및/또는 하기 구조식들에 의해 정의되는 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물이다 (여기서, 적어도 하나의 수소 원자는 불소 원자로 치환된다):
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특히 도데카플루오로-시클로헵타논,
그리고 정확하게 7개 탄소 원자들을 갖는 임의의 플루오로케톤 (여기서 그 플루오로케톤의 적어도 부분적으로 불소화된 알킬 사슬이, 하나 이상의 알킬 기들에 의해 치환되는 고리를 형성한다) (IIIo);
본 발명은, 구조식 (Ia) 내지 (Ii), (IIa) 내지 (IIh), (IIIa) 내지 (IIIo) 에 따른 화합물, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 각각의 화합물 또는 화합물들의 각각의 조합을 포함한다.
본 발명의 장치의 특정 응용에 따라, 정확하게 6개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤 (위에서 언급된 표기 "플루오로케톤 c)" 의 부류에 들어감) 이 바람직할 수도 있고; 그러한 플루오로케톤은 비독성이며, 인간 안전을 위한 두드러진 이득을 갖는다.
실시형태들에서, 플루오로케톤 c) 은, C5K 와 비슷하게, 퍼플루오로케톤이거나, 및/또는 분지형 알킬 사슬, 특히 적어도 부분적으로 불소화된 알킬 사슬을 갖거나, 및/또는 플루오로케톤 c) 은 완전히 포화된 화합물을 함유한다. 특히, 플루오로케톤 c) 은 분자식 C6F12O 를 갖는다, 즉, 탄소 원자들간에 이중 또는 삼중 결합 없이 완전히 포화된다. 더 바람직하게는, 플루오로케톤 c) 는 1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-(트리플루오로메틸)펜탄-3-온 (도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-온으로도 칭해짐), 1,1,1,3,3,4,5,5,5-노나플루오로-4-(트리플루오로메틸)펜탄-2-온 (도데카플루오로-4-메틸펜탄-2-온으로도 칭해짐), 1,1,1,3,4,4,5,5,5-노나플루오로-3-(트리플루오로메틸)펜탄-2-온 (도데카플루오로-3-메틸펜탄-2-온으로도 칭해짐), 1,1,1,4,4,4,-헥사플루오로-3,3-비스-(트리플루오로메틸)부탄-2-온 (도데카플루오로-3,3-(디메틸)부탄-2-온으로도 칭해짐), 도데카플루오로헥산-2-온, 도데카플루오로헥산-3-온 및 데카플루오로시클로헥사논으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 특히 언급된 1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-(트리플루오로메틸)펜탄-3-온이다.
1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-(트리플루오로메틸)펜탄-3-온 (도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-온으로도 칭해짐) 은 하기 구조식 (II) 에 의해 표현될 수 있다:
Figure 112016042868470-pct00025
(II)
분자식 C2F5C(O)CF(CF3)2 을 갖는 1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-4-(트리플루오로메틸)펜탄-3-온 (여기에서 “C6-케톤”으로 약칭됨) 은 그의 높은 절연 특성 및 그의 극히 낮은 GWP로 인해 고 전압 절연 응용들을 위해 특히 바람직하다는 것을 알아냈다. 특히, 그의 감압 파괴 필드 강도 (pressure-reduced breakdown field strength) 는 약 240 kV/(cm*bar) 이고, 이는 훨씬 더 낮은 유전 강도 (Ecr = 25 kV/(cm*bar) 를 갖는 공기의 그것보다 훨씬 더 높다. 그것은 0의 오존 파괴 지수를 갖고 비독성이다 (약 100'000 ppm의 LC50). 따라서, 환경적인 영향이 매우 낮고, 동시에 인간 안전에 대한 탁월한 이득이 달성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 절연 매질은 바람직하게는 적어도 3개 탄소 원자들을 함유하는 하이드로플루오로모노에테르를 포함한다.
위에 언급된 바처럼, 유기불소 화합물은 또한, 플루오로올레핀, 특히 하이드로플루오로올레핀일 수 있다. 보다 구체적으로, 플루오로올레핀 또는 하이드로올레핀, 각각은, 정확하게 3개 탄소 원자들을 함유한다.
특히 바람직한 실시형태들에 따르면, 하이드로플루오로올레핀은 따라서 하기로 이루어지는 군으로부터 선택된다: 1,1,1,2-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234yf), 1,2,3,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234yc), 1,1,3,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234zc), 1,1,1,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234ze), 1,1,2,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234ye), 1,1,1,2,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225ye), 1,1,2,3,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225yc), 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225zc), (Z)1,1,1,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234zeZ), (Z)1,1,2,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234yeZ), (E)1,1,1,3-테트라플루오로프로펜 (HFO-1234zeE), (E)1,1,2,3-테트라플루오로-2-프로펜 (HFO-1234yeE), (Z)1,1,1,2,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225yeZ), (E)1,1,1,2,3-펜타플루오로프로펜 (HFO-1225yeE), 및 이들의 조합들.
위에 언급된 바처럼, 유기불소 화합물은 또한, 플루오로니트릴, 특히 퍼플루오로니트릴일 수 있다. 특히, 유기불소 화합물은, 2개 탄소 원자들, 3개 탄소 원자들 또는 4개 탄소 원자들을 함유하는, 플루오로니트릴, 특히 퍼플루오로니트릴일 수 있다.
보다 구체적으로는, 플루오로니트릴은 퍼플루오로알킬니트릴, 특히 퍼플루오로아세토니트릴, 퍼플루오로프로피오니트릴 (C2F5CN) 및/또는 퍼플루오로부티로니트릴 (C3F7CN) 일 수 있다.
가장 바람직하게는, 플루오로니트릴은 [식 (CF3)2CFCN 에 따른] 퍼플루오로이소부티로니트릴 및/또는 [식 CF3CF(OCF3)CN 에 따른] 퍼플루오로-2-메톡시프로판니트릴일 수 있다. 이들 종들 중에서, 퍼플루오로이소부티로니트릴이 낮은 독성에 기인하여 특히 바람직하다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, 절연 매질은 이산화탄소 (CO2) 를 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 절연 매질은 공기, 또는, 특히, 산소 (O2), 질소 (N2), 이산화탄소 (CO2), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공기 성분을 포함한다.
특히 바람직한 실시형태에 따르면, 절연 매질은 이산화탄소 및 산소를 포함한다. 이로써 특히 바람직하게는, 이산화탄소의 양 대 산소의 양의 비는 50:50 내지 100:1 의 범위이다.
특히, 고전압 스위치기어에서의 전류의 차단을 고려하여, 또한 바람직하게는, 이산화탄소의 양 대 산소의 양의 비는 80:20 내지 95:5, 보다 바람직하게는 85:15 내지 92:8, 더욱 더 바람직하게는 87:13 내지 90:10 미만이고, 특히 약 89:11 이다. 이점에 있어서, 한편으로 적어도 5% 의 몰분율로 존재하는 산소는, 높은 전류 아킹으로 반복된 전류 차단 이벤트 후에도 수트 (soot) 형성이 방지될 수 있게 한다는 것을 알아냈다. 다른 한편으로, 최대 20% 의 (즉, 20% 이하의), 보다 특히 최대 15% (즉, 15% 이하의) 몰분율로 존재하는 산소는 산화에 의한 전기 장치의 재료의 열화 위험을 감소시킨다.
실시형태들에서, 본 발명의 장치, 특히 가스 절연된 장치는: (가스 절연된) 고전압 장치, (가스 절연된) 중전압 장치, (가스 절연된) 저전압 장치, 직류 장치, 스위치기어, 공기 절연된 스위치기어, 공기 절연된 스위치기어의 부분 또는 구성요소, 가스 절연된 금속 캡슐화 스위치기어 (GIS), 가스 절연된 금속 캡슐화 스위치기어의 부분 또는 구성요소, 가스 절연된 송전 라인 (GIL), 버스바, 부싱, 가스 절연된 케이블, 케이블 조인트, 전류 변성기 (current transformer), 전압 변성기 (voltage transformer), 센서, 습도 센서, 서지 어레스터, 커패시터, 인덕턴스, 저항기, 전류 제한기, 고전압 스위치, 접지 스위치, 단로기, 결합된 단로기 및 접지 스위치, 부하 개폐기, 회로 차단기, 가스 회로 차단기, 가스 절연된 진공 회로 차단기, 발전기 회로 차단기, 중전압 스위치, 링 메인 유닛, 재폐로 차단기, 섹셔널라이저 (sectionalizer), 저전압 스위치, 임의의 타입의 가스 절연된 스위치, 변압기 (transformer), 배전 변압기 (distribution transformer), 전력 변압기 (power transformer), 탭 전환기, 변압기 부싱 (transformer bushing), 전기 회전기 (electrical rotating machine), 발전기, 모터, 드라이브, 반도체 디바이스, 전력 반도체 디바이스, 전력 컨버터, 컨버터 스테이션 (converter station), 컨버터 빌딩 (convertor building); 및 그러한 디바이스들의 구성요소들 및/또는 조합들이거나 이의 부분이다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 또한, 위에 정의된 장치에 장착되도록 설계된 (즉, 포함되고 사용되도록 특별히 구축된) 구성요소에 관한 것이고 그 구성요소는 절연 매체에 직접 노출된다.
실시형태들에서, 그 구성요소는, 동작 조건에서 1년이 넘는 기간에 대해 유기불소 화합물을 포함하는 절연 가스에의 노출 동안, 비변경 상태로 남아 있거나 및/또는 표면을 가지며 표면의 적어도 일부가, 특히, 구성요소가 장착될 장치의 동작 조건에서, 유기불소 화합물에 대해 반응하거나 및/또는 유기불소 화합물의 임의의 열화 생성물에 대해 반응하는 임의의 친핵성 기가 없는 재료로 만들어진다.
장치의 맥락에서 개시된 바람직한 특징들은 마찬가지로 구성요소 자체의 실시형태들에 적용되는데, 이는 특히 역으로도 적용된다는 것이 이해된다.
특정 실시형태들에 따르면, 구성요소는 코팅 화합물, 특히 페인트 또는 수지, 시일링 화합물, 접착제, 절연 화합물, 윤활 화합물, 특히 그리스, 분자체 (molecular sieve), 무 바인더 분자체, 건조제 (desiccant), 무 바인더 건조제, 습도 감지 재료, 그리고 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
무 바인더 분자체 및/또는 무 바인더 건조제의 실시형태들에서, 분자체 및/또는 건조제는 분말 형태이고 장치에, 예를 들어, 용기 또는 캐리어 상에서 존재할 수 있는데, 이는 금일자로 출원된 동시 계류중인 미공개 PCT 출원 PCT/EP2013/070834, 특히 거기에서 p.9, l.27 - p.10, l.23 및 또한, p.35, l.26 - p.36, l.34 에 있는 도 2, 3a, 3b 의 설명에 그리고 청구항 25 내지 27에 있는 추가적인 한정 특징들에 개시되어 있으며, 그의 개시는 참조에 의해 문자 그대로 포함되고 전부 본원에 원용된다.
(습도 감지 재료를 이용한) 습도 측정이 본 발명에 따른 장치에 특히 적절한데, 왜냐하면 물은 가스 절연 매질 뿐만 아니라 고체 스페이서, 절연체 등과 같은 임의의 다른 절연체의 절연 능력을 악화시킬 수 있기 때문이다. 또한, 표면상에 물의 응축은 플래시오버의 위험을 증가시킨다. 특히, 유기불소 화합물, 보다 특히 플루오로케톤의 사용을 고려하여, 이 유기불소 화합물 또는 플루오로케톤은 물과 반응하여 부식성 및 독성 분해 생성물이 될 수 있다. 이것은 또한, 장치내 습도를 모니터링하고 그것을 낮은 레벨로 유지하는 것의 중요성을 두드러지게 한다.
위에 주어진 이유로, 적합한 습도 측정 기법들은 이슬 형성의 검출에 의거하지 않아야 한다. 그 대신에, 적합한 습도 측정 기법들 및 디바이스들은 하기를 포함한다:
a) 용량형 습도 측정
이 기법은 습도 감지 재료를 사용하고, 그의 유전 상수는 존재하는 물 (습도) 함량에 관하여 변화한다. 장치의 맥락에서 구성요소에 대해 명시되는 바람직한 특징들은 마찬가지로 이 용량형 습도 감지 재료에 관한 것이다. 따라서, 폴리머 재료가 (용량형) 습도 감지 재료로서 사용되면, 그것은 바람직하게는 10 중량% 미만의 가소제를 함유하거나 및/또는 450 g/mol 보다 높은 분자량을 갖는 가소제를 함유한다. 폴리머 용량형 습도 감지 재료를 사용하는 것에 대안적으로, 예를 들어, Al2O3 와 같은 금속 옥사이드가 습도 감지 재료로서 사용될 수 있다.
b) 저항형 습도 측정
이 기법은, 습도 감지 재료로서, 그의 저항 또는 컨덕턴스가 장치에 또는 장치내 구성요소의 표면에 존재하는 물 (습도) 함량에 관하여 변화하는, 그러한 습도 감지 재료를 사용한다. 장치의 맥락에서 구성요소에 대해 명시되는 바람직한 특징들은 마찬가지로 이 저항형 습도 감지 재료의 실시형태들에 관한 것이다. 따라서, 폴리머 재료가 (저항형) 습도 감지 재료로서 사용되면, 그것은 바람직하게는 10 중량% 미만의 가소제를 함유하거나 및/또는 450 g/mol 보다 높은 분자량을 갖는 가소제를 함유한다.
c) 수정 분석기
이 기법 또는 디바이스에 따르면, 습도 감지 재료는 하이그로스코픽 층으로 코팅된 발진 수정 공진기이다. 습도의 존재시, 발진기상의 질량 하중 (mass loading) 은 존재하는 물 함량에 관하여 변화하며, 공진 주파수의 변화에 이른다. 그러한 디바이스의 일 예는 (영국, Michell Instrument 로부터의) QMA-2030, 프로세스 습기 분석기이다. 또한 이 실시형태에 대해, 장치의 맥락에서 구성요소를 위해 명시되는 바람직한 특징들은 마찬가지로, 그러한 습도 감지 재료, 즉, 공진기 상에 코팅된 하이그로스코픽 층의 실시형태들에 관한 것이다.
d) 열 전도성
이 기법에 따르면, 절대 습도는 습기를 함유하는 동일 가스와 비교하여 기준 가스의 열 전도성을 통해 정량화된다.
또한, 예를 들어, 습도 측정 등을 위한 다른 타입의 센서들이 장치에 존재할 수 있으며, 예를 들어, 본 출원의 의미에서 장치의 구성요소들일 수도 있고 첨부된 청구항들의 요지 및 실시형태들에 따라 설계된 재료인 광학 센서들을 포함한다.
게다가, 위에서 예시적으로 언급된 모든 그러한 측정 기법들에 대해, 측정 디바이스들의 부분들 중의 적어도 일부는 대안적으로 또는 추가적으로 각각의 엔클로저에 의해 보호되어, 불화수소 (HF) 와 같은 분해 생성물들의 존재에 의한 손상 또는 간섭을 감소 또는 심지어 제거할 수 있다. 특히, 공칭 절연 가스 성분들 및 물에 대한 통과를 제한하는 반투막이 사용될 수 있다.
위에 언급된 바처럼, 본 발명은, 충전제를 함유하는 폴리머 재료가 사용되고, 폴리머 재료에 함유된 금속 옥사이드 또는 금속 하이드록사이드의 바람직한 상한을 초과하지 않기 위하여, 각각의 관능 기를 관능화할 수 있는 실시형태들을 포함한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 또한, 위에 설명된 장치를 위한 구성요소를 제조 또는 조제하는 방법으로서, 그 구성요소는 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드에 기초한 충전제를 함유하는 폴리머 재료로 만들어지고, 재료의 배합 (compounding) 전에, 금속 옥사이드 또는 금속 하이드록사이드가 각각 관능화되는, 그러한 방법에 관한 것이다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 또한, 위에 정의된 장치를 위한 구성요소를 제조 또는 조제하는 방법으로서, 그 구성요소는 금속, 금속 합금, 세라믹 및/또는 이들의 복합물로 만들어지고, 그 구성요소의 표면의 노출된 친핵성 기들 중의 적어도 일부가 관능화되는, 그러한 방법에 관한 것이다.
위의 방법들에 관하여, 관능화는, 위에서 언급된 바처럼, 예를 들어, 할로겐화, 특히 불소화에 의해, 또는 알킬 기 또는 플루오로알킬 기와의 알킬화에 의해 달성될 수 있다.
구성요소의 표면의 노출된 친핵성 기들의 표면 처리, 즉 관능화를 위하여, 화학 처리, 플라즈마 처리 및/또는 화학 기상 증착, 특히 플라즈마 강화 화학 기상 증착이 사용될 수 있다.
특히, 본 발명의 장치 또는 구성요소의 맥락에서 개시된 바람직한 특징들은 마찬가지로 방법의 실시형태들에 적용되고 그 역 또한 마찬가지이다.
본 발명은 또한 첨부된 예들 및 도면들에 의해 설명된다.
실시예
실시예 1
3개의 상이한 페인트들이 제공되는데, 하나는 분말 코팅이며 따라서 VOC (본 발명에 따른 샘플 4C_HG_11_01, 도 1a, 도 1b 참조) 를 포함하고 않고, 나머지 2개는 1 중량% 가 넘는 VOC (비교 샘플 4C_HG_11_02 및 4C_HG_11_03, 도 1a, 도 1b 참조) 를 포함하는 용제계 코팅이다. 각각의 샘플에 대해, 코팅된 기판은, 1달간 100℃ 의 온도로 오토클레이브에서 1 bar 의 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온을 포함하는 절연 가스에 노출되었다.
노출에 의해 획득된 2개 분해 생성물들의 양은 하기에 나타나 있다.
도 1a 는 가스 크로마토그램 (a.u. 단위 존재비 (abundance) 대 분 단위 보유 시간 (retention time)) 에 관한 것이고 여기서 제 1 분해 생성물 (헥사플루오로프로펜) 의 피크가 3개 샘플들 4C_HG_11_01, 4C_HG_11_02, 4C_HG_11_03 에 대해, 각각에 대해 2번 측정하여, 플롯된다; 그리고
도 1b 는 가스 크로마토그램 (a.u. 단위 존재비 대 분 단위 보유 시간) 에 관한 것이고 여기서 제 2 분해 생성물 (헵타플루오로프로펜) 의 피크가 3개 샘플들 4C_HG_11_01, 4C_HG_11_02, 4C_HG_11_03 에 대해, 각각에 대해 2번 측정하여, 플롯된다.
3개 샘플들의 각각에 대한 2개 측정들 (확인 목적을 위한 130527_01 및 130527_02) 을 보여주는 크로마토그램들로부터 분명한 바처럼, 절연 가스에 본 발명에 따른 샘플을 노출시킨 후 제 1 및 제 2 분해 생성물 양자 모두의 무시가능한 양들만이 검출된 반면에, 비교 샘플들에 대해서는 크로마토그램들에서 각각의 피크가 뚜렸했다. 이 점에 있어서, 도 1b 에서 샘플 4C_HG_11_01 의 제 2 측정의 결과는 제 1 측정의 결과와 겹치는 것으로 보여져 있음에 유의해야 한다.
실시예 2
450 g/mol 보다 큰 분자량을 갖고, 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 미만의 양으로 존재하는 가소제를 함유하는 고무가 제공된다 (여기서 샘플 2_01 라 부른다). 비교 샘플들로서, 15 중량% 를 넘는 가소제 함량을 갖는 고무 (여기서 샘플 2_02 라 부른다) 및 비스(2-에틸헥실)세바케이트, 즉, 분자량이 427 g/mol 이고 따라서 450 g/mol 보다 낮은 가소제를 함유하는 고무 (여기서 샘플 2_03 라 부른다) 가 제공되었다.
모든 샘플들은, 1달간 100℃ 의 온도로 오토클레이브에서 1 bar 의 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온을 포함하는 절연 가스에 노출되었다.
노출 후에, 샘플 2_01, 즉 본 발명에 따른 샘플에 대해 스며나옴 (즉, 스위팅 아웃) 이 관찰되지 않았지만, 비교 샘플들 2_02 및 2_03 에 대해 그리스 재료 형태의 스며나온 재료를 명확하게 볼 수 있었다. 샘플 2_03 에 대해, 그리스 재료의 NMR 분석은 비스(2-에틸헥실)세바케이트의 구조를 보여주었다. 샘플들 2_01, 2_02 및 2_03 에 대한 이들 결과들은 실험적으로 검증되었다 (도면에 미도시).
실시예 3
실란화 실리카 (silanized silica) 에 기초한 충전제를 함유하는 고무 (본 발명에 따른 제 1 샘플) 및, 비교 샘플로서, SiO2 충전제를 함유하는 대응하는 고무가 제공되었다. 모든 샘플들은, 1달간 100℃ 의 온도로 오토클레이브에서 1 bar 의 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온을 포함하는 절연 가스에 노출되었다.
노출에 의해 획득된 2개 분해 생성물들 헥사플루오로프로펜 및 헵타플루오로프로펜의 양은 하기에 나타나 있다.
도 2a 는 본 발명에 따른 실란화 실리카에 기초한 충전제를 함유하는 고무에 노출 후 획득된 가스에 대한 가스 크로마토그램 (a.u. 단위 존재비 대 분 단위 보유 시간) 에 관한 것이다; 그리고
도 2b 는 비교 샘플에 따른 SiO2 충전제를 함유하는 고무에 노출 후 획득된 가스에 대한 가스 크로마토그램 (a.u. 단위 존재비 대 분 단위 보유 시간) 에 관한 것이다.
본 발명에 따른 샘플 (도 2a) 에 대해, 0.5 mol-% 의 헵타플루오로프로펜 전체 양 (보유 시간 : 5.025 분) 및 0.06 mol-% 의 헥사플루오로프로펜의 전체 양 (보유 시간 : 3.939) 이 노출 후 가스 혼합물에서 결정되었다.
비교 샘플 (도 2b) 에 대해, 0.9 mol-% 의 헵타플루오로프로펜의 전체 양 (보유 시간 : 5.034 분) 및 0.15 mol-% 의 헥사플루오로프로펜의 전체 양 (보유 시간 : 3.953 분) 이 노출 후 가스 혼합물에서 결정되었다.
이 출원은 미공개 국제 출원 PCT/EP2013/070843 로부터의 우선권을 얻고, 그의 개시는 참조에 의해 문자 그대로 포함되고 전부 본원에 원용된다.

Claims (43)

  1. 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치로서,
    상기 장치는 절연 공간 및 상기 절연 공간에 배열된 전기 전도성 부분을 둘러싸는 하우징을 포함하고, 상기 절연 공간은 유전성 절연 매질을 함유하고, 상기 유전성 절연 매질의 적어도 일부는 유기불소 화합물을 포함하는 절연 가스 형태이고, 상기 절연 가스에 직접 노출되는 상기 장치의 구성요소들의 적어도 일부는, 동작 조건에서 5년이 넘는 기간에 대해 상기 절연 가스에의 노출 동안 비변경 상태로 남고 표면을 가지며 상기 표면의 적어도 일부가 동작 조건에서 상기 유기불소 화합물에 대해 반응하거나 및/또는 상기 유기불소 화합물의 임의의 열화 생성물에 대해 반응하는 임의의 친핵성 기가 없는 재료로 만들어지고, 상기 구성요소의 표면에 함유되고 상기 재료의 필수 부분을 형성하는 임의의 화합물 및/또는 상기 표면에 결합된 임의의 화합물은 임의의 친핵성 기가 없고, 상기 친핵성 기는 화학 반응에서 전자 쌍을 친전자체에 공여할 수 있는 임의의 화학 기에 관한 것이고, 상기 친전자체는 상기 유기불소 화합물 또는 그의 열화 생성물(들) 이고 상기 유기불소 화합물은 플루오로에테르, 플루오로케톤, 플루오로올레핀, 플루오로니트릴, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되고,
    상기 구성요소들 중의 적어도 일부는 폴리머 재료로 만들어지거나 포함하며,
    상기 구성요소들 중 적어도 일부는 표면을 가지며 상기 표면의 노출된 친핵성 기들 중의 적어도 일부는 화학처리에 의해, 플라즈마 처리에 의해, 화학 기상 증착에 의해, 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착에 의해 관능화되는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성요소들 중 적어도 일부는 추가로 금속, 금속 합금, 세라믹 및/또는 이들의 복합물로 만들어지거나 포함하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성요소의 표면의 노출된 친핵성 기의 전부는 관능화되는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 실리콘, 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에폭사이드, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리설폰, 그리고 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 적어도 하나의 가소제를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가소재의 양 및/또는 타입은, 상기 장치의 동작 조건에서 유기불소 함유 절연 가스에 노출될 때 상기 재료로부터 스며나오지 않도록 선택되는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에 함유된 가소제의 양은, 상기 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 미만, 또는 8 중량% 미만, 또는 6 중량% 미만, 또는 4 중량% 미만인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에 함유된 가소제는 450 g/mol 보다 높은 분자량을 갖는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에서 400℃ 미만, 또는 260℃ 미만의 끓음을 갖는 휘발성 유기 화합물의 전체 양은 상기 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 미만인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는, 관능화된 금속 옥사이드, 비관능화된 금속 옥사이드, 관능화된 금속 하이드록사이드, 비관능화된 금속 하이드록사이드, 또는 이들의 임의의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에 함유된 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 적어도 일부는 비관능화되며, 비관능화된 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 양은 5 중량% 이하, 또는 4 중량% 이하, 또는 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 미만, 또는 0 중량% 인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에 함유된 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 양은 5 중량% 이하, 또는 4 중량% 이하, 또는 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 미만, 또는 0 중량% 인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드에 기초한 충전제를 함유하고, 상기 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드 중의 적어도 일부 또는 전부가 관능화되는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성요소의 표면의 적어도 일부는 소수성인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성요소의 표면의 적어도 일부는 물과 접촉될 때 접촉각이 90° 보다 큰, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성요소는 코팅 화합물, 페인트, 수지, 시일링 화합물, 접착제, 절연 화합물, 윤활 화합물, 그리스, 분자체 (molecular sieve), 무 바인더 분자체, 건조제 (desiccant), 무 바인더 건조제, 습도 감지 재료, 그리고 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 매질은 절연 유체이고, 그리고 완전히 가스 형태이거나 또는 가스 형태의 일부 및 액체 형태의 일부를 포함하는 2상계인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기불소 화합물은, 하이드로플루오로모노에테르, 퍼플루오로케톤, 하이드로플루오로올레핀, 퍼플루오로니트릴, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 절연 매질 또는 상기 절연 유체는, 4개 내지 12개 탄소 원자들을 함유하거나, 또는 정확하게 5개 탄소 원자들 또는 정확하게 6개 탄소 원자들 또는 이들의 혼합물을 함유하는 플루오로케톤을 포함하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 절연 매질 또는 상기 절연 유체는, 적어도 3개의 탄소 원자들을 함유하는 하이드로플루오로모노에테르를 포함하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 절연 매질 또는 상기 절연 유체는 공기, 또는 산소 (O2), 질소 (N2), 이산화탄소 (CO2), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공기 성분을 포함하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 절연 매질 또는 상기 절연 유체는 이산화탄소 (CO2) 를 포함하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 절연 매질 또는 상기 절연 유체는 이산화탄소 및 산소를 포함하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    이산화탄소의 양 대 산소의 양의 비는 50:50 내지 100:1, 또는 80:20 내지 95:5, 또는 85:15 내지 92:8, 또는 87:13 내지 90:10 미만의 범위이고, 또는 89:11 인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 절연 매질, 또는 상기 절연 유체 또는 상기 절연 가스는, 상기 유기불소 화합물의 하나 이상의 열화 생성물들을 포함하는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치 또는 가스 절연된 장치는 고전압 장치, 중전압 장치, 저전압 장치, 직류 장치, 스위치기어, 공기 절연된 스위치기어, 공기 절연된 스위치기어의 부분 또는 구성요소, 가스 절연된 금속 캡슐화 스위치기어 (GIS), 가스 절연된 금속 캡슐화 스위치기어의 부분 또는 구성요소, 가스 절연된 송전 라인 (GIL), 버스바, 부싱, 가스 절연된 케이블, 케이블 조인트, 전류 변성기 (current transformer), 전압 변성기 (voltage transformer), 센서, 습도 센서, 서지 어레스터, 커패시터, 인덕턴스, 저항기, 전류 제한기, 고전압 스위치, 접지 스위치, 단로기, 결합된 단로기 및 접지 스위치, 부하 개폐기, 회로 차단기, 가스 회로 차단기, 가스 절연된 진공 회로 차단기, 발전기 회로 차단기, 중전압 스위치, 링 메인 유닛, 재폐로 차단기, 섹셔널라이저 (sectionalizer), 저전압 스위치, 임의의 타입의 가스 절연된 스위치, 변압기 (transformer), 배전 변압기 (distribution transformer), 전력 변압기 (power transformer), 탭 전환기, 변압기 부싱 (transformer bushing), 전기 회전기 (electrical rotating machine), 발전기, 모터, 드라이브, 반도체 디바이스, 전력 반도체 디바이스, 전력 컨버터, 컨버터 스테이션 (converter station), 컨버터 빌딩 (convertor building) ; 및 그러한 디바이스들의 구성요소들 및/또는 조합들이거나 이의 부분인, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 가스에 직접 노출되는 상기 장치의 구성요소들 중의 적어도 일부는, 상기 장치의 동작 조건에서 10년이 넘는 기간에 대해 상기 절연 가스에의 노출 동안 비변경 상태로 남는 재료로 만들어지는, 전기 에너지의 생성, 분배 및/또는 이용을 위한 장치.
  29. 제 1 항에 기재된 장치에 장착되도록 설계된 구성요소로서,
    상기 구성요소는 상기 절연 매질 또는 절연 유체에 직접 노출되고, 상기 구성요소는, 동작 조건에서 5년이 넘는 기간에 대해 유기불소 화합물을 포함하는 절연 가스에의 노출 동안, 비변경 상태로 남아 있고 표면을 가지며 상기 표면의 적어도 일부가 상기 구성요소가 장착될 상기 장치의 동작 조건에서, 상기 유기불소 화합물에 대해 반응하거나 및/또는 상기 유기불소 화합물의 임의의 열화 생성물에 대해 반응하는 임의의 친핵성 기가 없는 재료로 만들어지고, 상기 구성요소의 표면에 함유되고 상기 재료의 필수 부분을 형성하는 임의의 화합물 및/또는 상기 표면에 결합된 임의의 화합물은 임의의 친핵성 기가 없고, 친핵성 기는 화학 반응에서 전자 쌍을 친전자체에 공여할 수 있는 임의의 화학 기에 관한 것이고, 상기 친전자체는 상기 유기불소 화합물 또는 그의 열화 생성물(들) 이고 상기 유기불소 화합물은 플루오로에테르, 플루오로케톤, 플루오로올레핀, 플루오로니트릴, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 구성요소.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 구성요소는 폴리머 재료로 만들어지거나 포함하는, 구성요소.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 실리콘, 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에폭사이드, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리케톤, 폴리설폰, 그리고 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 구성요소.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에 함유된 가소제의 양은, 상기 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로 10 중량% 미만, 또는 8 중량% 미만, 또는 6 중량% 미만, 또는 4 중량% 미만인, 구성요소.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에 함유된 가소제는 450 g/mol 보다 높은 분자량을 갖는, 구성요소.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에서 400℃ 미만, 또는 260℃ 미만의 끓는점을 갖는 휘발성 유기 화합물의 전체 양은 상기 폴리머 재료의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 미만인, 구성요소.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료에 함유된 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드의 양은 5 중량% 이하, 또는 4 중량% 이하, 또는 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 미만, 또는 0 중량% 인, 구성요소.
  36. 제 29 항에 있어서,
    상기 구성요소의 표면의 적어도 일부는 소수성인, 구성요소.
  37. 제 29 항에 있어서,
    상기 구성요소의 표면의 적어도 일부는 물과 접촉될 때 접촉각이 90° 보다 큰, 구성요소.
  38. 제 29 항에 있어서,
    상기 구성요소들 중 적어도 일부는 표면을 가지며 상기 표면의 노출된 친핵성 기들 중의 적어도 일부는 화학처리에 의해, 플라즈마 처리에 의해, 화학 기상 증착에 의해, 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착에 의해 관능화되는, 구성요소.
  39. 제 29 항에 있어서,
    상기 구성요소는 코팅 화합물, 페인트, 수지, 시일링 화합물, 접착제, 절연 화합물, 윤활 화합물, 그리스, 및 습도 감지 재료, 그리고 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 구성요소.
  40. 제 1 항 내지 제 2 항, 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 기재된 장치의 제조 또는 제 29 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 기재된 구성요소의 제조 방법으로서,
    상기 구성요소는 금속 옥사이드 및/또는 금속 하이드록사이드에 기초한 충전제를 함유하는 폴리머 재료로 만들어지거나 포함하고, 상기 폴리머 재료의 배합 전에 상기 금속 옥사이드 또는 금속 하이드록사이드가 각각, 상기 금속 옥사이드의 상기 옥사이드 기 및/또는 상기 금속 하이드록사이드 기의 상기 하이드록사이드 기가 화학적으로 비활성이되도록 관능화되는, 제조 방법.
  41. 제 1 항 내지 제 2 항, 제 4 항 및 제 6 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 기재된 장치의 제조 또는 제 29 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 기재된 구성요소의 제조 방법으로서,
    상기 구성요소는 폴리머 재료, 금속, 금속 합금, 세라믹 및/또는 이들의 복합물로 만들어지거나 포함하고, 상기 구성요소의 표면의 노출된 친핵성 기 중의 적어도 일부 또는 전부가 관능화되는, 제조 방법.
  42. 제 40 항에 있어서,
    관능화는 화학 처리에 의해, 할로겐화에 의해, 불소화에 의해, 알킬기 또는 플루오로알킬 기와의 알킬화에 의해, 플라즈마 처리에 의해, 화학 기상 증착에 의해, 또는 플라즈마 강화 화학 기상 처리에 의해 수행되는, 제조 방법.
  43. 삭제
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