KR20140040086A - 유전성 절연 매질 - Google Patents

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토마스 알프레트 파울
하비에르 만틸라
올리버 코살터
유디트 케슬러
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Abstract

본 발명은
a) 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 과
b) 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤인 적어도 하나의 추가 성분과의 혼합물을 포함하는 유전성 절연 매질에 관한 것이다.

Description

유전성 절연 매질 {DIELECTRIC INSULATION MEDIUM}
본 발명은 독립 청구항들에 따른 전기 에너지의 발전, 배전 및/또는 송전 및/또는 사용을 위한 유전성 절연 매질, 그의 용도, 및 또한 장치에 관한 것이다.
종래에, 액체 또는 가스 상태의 유전성 절연 매질이 스위치기어 또는 변압기와 같은 폭넓게 다양한 전기 장치들에서 전기 활성 부분의 절연을 위해 적용된다.
중 또는 고 전압 금속 캡슐화 스위치 기어에서, 예를 들면, 전기 활성 부분은 기밀 하우징 (gas-tight housing) 에 배열되고, 이 기밀 하우징은 절연 공간을 정의하고, 상기 절연 공간은 보통 몇몇 bar에 이르기까지의 압력으로 절연 가스를 포함하고 하우징을 전기 활성 부분으로부터 분리시켜서, 하우징과 활성 부분들 사이의 전류의 흐름을 방지한다. 금속 캡슐화된 스위치기어들은, 실외에 장착되고 외기 (ambient air) 에 의해 절연되는 스위치기어들보다 훨씬 더 공간 절약적인 구성을 허용한다. 고전압 스위치기어에서 전류를 인터럽트하기 위하여 또는 폴트 아크 (fault arc) 를 소멸시키기 위하여, 절연 가스는 또한 아크 소멸 가스 (arc extinction gas) 로서 기능한다.
황 육플루오르화물 (SF6) 은, 절연 목적으로 사용될 때, 탁월한 유전 강도 (dielectric strength) 를 갖고, 예를 들면, 스위칭 아크의 소멸을 위해 회로 차단기에서 또는 예를 들면, 폴트 아크를 소멸시키기 위하여 가스 절연 서브스테이션 (GIS) 에서 사용될 때, 탁월한 아크 소멸 강도를 갖는 널리 사용되는 유전성 절연 가스이다. 테트라플루오로 메탄은, 양호한 아크 인터럽팅 특성 및 1 bar에서 -128℃의 매우 낮은 끓는점 때문에 스위칭 응용에 특히 유용하다. 유전 강도 또는 감압의 브레이크다운 필드 강도 (pressure-reduced breakdown field strength) 는 SF6에 대해 약 84 kV/(cm * bar) 이고 CF4에 대해서는 약 31 kV/(cm * bar) 이다.
예를 들면, WO 2008/073790 는 유전성 가스상 화합물을 개시하는데, 그 화합물은, 다른 특징들 중에서도, -20℃ 내지 -273℃ 사이 범위의 낮은 끓는점을 갖고, 바람직하게는 비오존 파괴성 (non-ozone depleting) 이며, 100 년 시간 스케일 상에서 약 22,200 미만의 GWP를 갖는다. 구체적으로, WO 2008/073790 는, 일반 화학 정의 내에 속하지 않는 많은 다른 화합물들을 개시한다.
또한, US-A-4175048 는 퍼플루오로시클로헥센 및 헥사플루오로아조메탄의 군으로부터 선택된 화합물을 포함하는 가스상 절연체에 관한 것이고, EP-A-0670294 는 유전성 가스로서 퍼플루오로프로판의 용도를 개시한다.
EP-A-1933432는 트리플루오로요오드메탄 (CF3I) 및 가스 절연 스위치기어에서의 절연 가스로서 그의 용도를 언급한다.
SF6 또는 공기와 같은 종래 절연 가스들의 적합한 대체물을 모색하는 중에, 4 내지 12개 탄소 원자들을 갖는 플루오로케톤을 사용함으로써, 높은 절연 능력, 특히 높은 유전 강도 및 동시에 극히 낮은 지구 온난화 지수를 갖는 절연 매질이 획득될 수 있다는 것을 알아냈다. 이 발명은 국제 특허 출원 제 PCT/EP2009/057294 호로서 앞서 출원되었다.
독일 실용신안 DE 10 2009 009 305 및 독일 특허 DE 20 2009 025 204 B3 는 또한, 플루오로케톤을 포함하거나 또는 이것으로 이루어지는 충전 매질로 충전된 캡슐화부 (encapsulation) 를 갖는 스위칭 디바이스에 관한 것이다.
국제 특허 출원 제 PCT/EP2009/057294 호에 따른 플루오로케톤의 양호한 유전 강도에도 불구하고, 플루오로케톤을 포함하는 각각의 절연 매질의 절연 성능은 종종, 플루오로케톤의 상대적으로 높은 끓는점에 기인하여 제한된다.
이것은 특히 저온 환경에서의 응용들에 그러하다. 이 경우에, 오직 상대적으로 낮은 포화 증기 압력의 플루오로케톤만이, 플루오로케톤이 액화되지 않고서 유지될 수 있다. 이것은 가스 상에서 달성가능한 플루오로케톤 몰비를 제한하고 종래 절연 가스들에 대해 증가된 충전 압력을 필요하게 만든다.
예를 들면, 고 또는 중 전압 가스 절연 스위치기어 (HV-GIS 또는 MV-GIS) 의 최소 허용 동작 온도는 통상적으로 -5℃일 수 있다. 이 온도에서, 종래 고 성능 절연 매질에 비교가능한 유전 성능을 획득하기 위하여, 예를 들면, 6개의 탄소 원자들을 갖는 플루오로케톤, 예를 들면, C2F5C(O)CF(CF3)2 또는 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-온을 포함하는 절연 매질의 필요한 충전 압력은 여전히 상대적으로 높을 수도 있고, HV GIS 응용들에 대해 통상적으로 약 7 bar 인, 보통 하우징 구성들에 의해 견뎌질 수 있는 충전 압력을 초과할 수 있다.
충전 압력을 증가시키는 것의 대안으로 또는 추가적으로, (본 발명자들의 PCT/EP2009/057294에 나타낸 바처럼) 시스템이 가열될 수 있다. 예를 들면, 6개의 탄소 원자들을 갖는 순수한 플루오로케톤, 예를 들면, C2F5C(O)CF(CF3)2 또는 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-온을, 절연 매질로서 사용하면, 50℃ 를 넘는 가열이, 플루오로케톤의 충분한 포화 증기 압력을 달성하기 위하여 그리고 더 요구되는 고 전압 응용들을 위한 원하는 절연 성능을 획득하기 위하여 필요하다. 그러한 가열은, 경제적 및 생태적 이유들 양자 모두로, 항상 실현가능하거나 또는 권장되는 것은 아니다.
Yamamoto 등에 의한 논문, "Applying a Gas Mixture Containing c-C4F8 as an Insulation Medium" (IEEE Transactions on Dielectrics and electrical Insulation, Vol.8 No.6, December 2001) 에서, c-C4F8 와 함께 질소, 공기 또는 이산화탄소의 혼합물은, 성분들의 유전 강도의 농도 가중 산술 합계 (concentration-weighted arithmetic sum) 보다 높은 유전 강도의 비선형적 증가를 보인다는 것이 개시되어 있다.
따라서, 본 발명에 의해 달성될 목적은, 시스템을 적극적으로 가열할 필요 없이, 저온 응용들에서도 매우 낮은 유전 강도를 갖는 절연 매질을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항들의 요지에 의해, 즉, 독립 청구항들에 따른 절연 매질, 그의 용도 및 전기 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직하거나 또는 예시적인 실시형태들은 상세한 설명 및 종속 청구항들 그리고 이들의 임의의 조합으로 주어진다. 특히, 절연 매질은, 상이한 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 혼합물을 포함할 수도 있다. 다른 말로, 종속 청구항들 또는 종속관계는, 절연 매질에 존재하는 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 몇몇 상이한 종들을 정의할 수도 있다.
따라서, 청구항 1에 따르면, 본 발명은,
a) 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 과
b) 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤인 적어도 하나의 추가 성분과의 혼합물을 포함하는 유전성 절연 매질에 관한 것이다.
본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤"은, 부분적으로 수소화되고 부분적으로 플루오르화되거나, 또는 완전히 플루오르화된 화합물로서 이해된다.
실시형태들에 따르면, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 -20℃ 보다 높은, 바람직하게는 -15℃ 보다 높은, 더 바람직하게는 -10℃ 보다 높은, 더욱 더 바람직하게는 -5℃ 보다 높은, 가장 바람직하게는 0℃ 보다 높은 끓는점을 갖는다. 본 발명의 맥락에서 사용된 용어 "끓는점"은, 대기압, 즉, 약 1 bar에서의 끓는점으로서 이해된다.
실시형태들에 따르면, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 50℃ 보다 낮은, 바람직하게는 40℃ 보다 낮은, 더 바람직하게는 30℃ 보다 낮은, 더욱 더 바람직하게는 20℃ 보다 낮은, 가장 바람직하게는 15℃ 보다 낮은 끓는점을 갖는다.
실시형태들에 따른 유전성 절연 매질은, SF6 이외에 그리고 또한 플루오로케톤 외에, 바람직하게는 공기, 및/또는 특히 이산화탄소 (CO2), 산소 (O2) 및 질소 (N2) 로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공기 성분을 버퍼 또는 캐리어 가스로서 포함하는 가스 혼합물일 수 있다.
적합한 혼합 가스를 사용하는 것에 의해, 절연 매질의 유전 강도의 추가 증가가 달성될 수 있다.
바람직한 실시형태에 따르면, 적합한 혼합물 가스들은 4 내지 12개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤, 더 바람직하게는 정확하게 5개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤 및/또는 정확하게 6개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 도데카플루오로-2-메틸펜탄-3-온 및/또는 데카플루오로-2-메틸부탄-3-온이 혼합 가스로서 사용되는데, 그것은 매우 높은 절연 특성 및 극도로 낮은 GWP 를 갖는다는 것을 알아냈기 때문이다. 그러한 플루오로케톤들을 포함하는 유전성 절연 매질은 이전에 출원된 국제 특허 출원 PCT/EP2009/057294에 개시되었으며, 그의 개시는 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명의 일 양태에서, 질소, 공기, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 유전성 가스 성분과의, 플루오로케톤, 특히 정확히 5개 및/또는 정확히 6개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤의 유전성 절연 매질의 혼합물들, 특히 가스 혼합물들은 성분들의 유전 강도의 산술 부분 압력 가중 합계보다 높은 유전 강도의 비선형적 증가를 갖는다는 것이 나타나 있다. 유전 강도의 측정으로서, 감압 브레이크다운 필드 강도 Ecrit 가 사용될 수도 있다.
하지만, 위의 가스상태 실시형태들 외에도, 또한 절연 매질 또는 그의 성분들 중 적어도 하나가 특정 동작 조건들하에서 또는 심지어 영구적으로 액체 형태일 수 있다. 여기서, "액체 형태" 는, 예를 들면, 액체 상, 에어로졸 상, 과포화 증기상 또는 이들의 조합인, 임의의 형태에서 적어도 부분적으로 액체를 포함하는 물질 또는 혼합물의 임의의 상태를 포함하는 것으로 넓게 이해된다. 절연 매질 또는 절연 매질의 성분들의 적어도 하나의 그러한 액체 형태는 예를 들면, 저온 환경에서의 응용들에서 존재할 수도 있다. 특히, 절연 매질은 액체 상태 및 가스 상태 양자 모두의 플루오로케톤을 포함하는 2상 시스템일 수 있다. 보다 특히, 절연 매질은, 가스 상태의 플루오로케톤을 포함하는 가스 상에 분산된 플루오로케톤의 액적 (droplet) 들을 포함하는 에어로졸일 수 있다.
절연 가스의 절연 특성, 그리고 특히 그의 브레이크다운 필드 강도는 시스템의 온도, 압력 및/또는 조성에 의해 제어될 수 있다. 액체상 및 가스상 양자 모두의 플루오로케톤을 포함하는 2상 시스템이 사용되면, 온도의 증가는 절대 압력의 증가를 초래할 뿐만 아니라, 더 높은 증기 압력에 기인하여 절연 가스에서의 플루오로케톤 농도의 증가를 초래한다.
중 또는 고 전압 범위에서의 응용들과 같은 절연 가스의 많은 응용들을 위하여, 충분한 몰비, 즉 플루오로케톤 대 그 매질의 남아있는 성분들 (일반적으로, SF6를 포함하는 캐리어 가스 또는 버퍼 가스) 의 몰비, 그리고 따라서 또한 충분한 브레이크다운 필드 강도가, 심지어 매우 낮은 동작 온도, 예를 들면 아래로 약 -30℃ 또는 심지어 -40℃에 이르기까지, 외부 가열 또는 증기화와 같은 추가 조치 (measure) 없이도 달성될 수 있다.
언급된 바처럼, 그러한 실시형태들의 절연 매질은 특히 전기 응용들에 유용하다. 따라서, 본 발명은 또한, 전기 에너지의 발전, 송전, 배전 및/또는 사용을 위한 장치용 유전성 절연 매질에서의 전술된 플루오로케톤의 용도에 관한 것이다.
본원에서 사용된 용어 "플루오로케톤" 은 넓게 해석되야 하고 퍼플루오로케톤 및 하이드로플루오로케톤 양자 모두를 포함하고, 또한, 포화 화합물 및 불포화 화합물, 즉 이중 및/또는 삼중 결합을 포함하는 화합물 양자 모두를 포함한다. 플루오로케톤의 적어도 부분적으로 플루오르화된 알킬 사슬은 선형 또는 분지형일 수 있다. 예시적인 실시형태들에서, 플루오로케톤은 퍼플루오로케톤이거나 및/또는 플루오로케톤은 분지형 알킬 사슬, 특히 적어도 부분적으로 플루오르화된 알킬 사슬을 갖거나 및/또는 플루오로케톤은 완전히 포화된 화합물을 함유한다. 표현 "플루오로케톤은 완전히 포화된 화합물을 함유한다" 는, 단일 완전히 포화된 플루오로케톤, 즉 임의의 이중 결합 또는 삼중 결합을 갖지 않는 플루오로케톤, 또는 2개 이상의 완전히 포화된 플루오로케톤의 화합물 양자 모두가 포함될 수도 있다는 것을 의미한다.
5개 보다 많은 탄소 원자들을 갖는 더 큰 사슬 길이를 갖는 플루오로케톤과 비교하여, 5개 탄소 원자들을 갖는 플루오로케톤은 상대적으로 낮은 끓는점의 이점을 가지며, 절연 매질에서 그러한 5개 탄소 플루오로케톤의 상대적으로 높은 몰분율을 갖는 것을 허용하며 저온에서도 액화의 문제를 회피한다.
바람직한 실시형태에 따르면, 플루오로케톤은, 하기 구조식들에 의해 정의되는 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물이다 (식중에서, 적어도 하나의 수소 원자는 플루오르 원자로 치환된다):
Figure pct00001
여기에서 플루오로케톤 a) 로 약칭되는, 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.
본 발명의 실시형태들에서, 분지형 알킬 사슬을 갖는, 플루오로케톤, 특히, 플루오로케톤 a) 가 바람직한데, 왜냐하면 그들의 끓는점이 직선형 알킬 사슬을 갖는 대응하는 화합물 (즉, 같은 분자 식을 갖는 화합물) 의 끓는점보다 더 낮기 때문이다.
실시형태들에 따르면, 플루오로케톤 a) 은 퍼플루오로케톤이다, 특히 분자식 C5F10O 를 갖는다, 즉, 이중 또는 삼중 결합 없이 완전히 포화된다. 더 바람직하게는 플루오로케톤 a) 은 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 및 1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-데카플루오로펜탄-3-온, 1,1,1,4,4,5,5,5,-옥타플루오로-3-비스(트리플루오로메틸)-펜탄-2-온으로 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 pct00002
분자식 CF3C(O)CF(CF3)2 또는 C5F10O 를 갖는, 여기에서 “C5-케톤”으로 약칭되는, 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 가스 성분 b) 와의 혼합물에서, 높은 유전성 절연 성능의 이점을 갖고, 매우 낮은 GWP를 갖고 낮은 끓는점을 갖기 때문이다. 그것은 0의 오존 파괴 지수를 갖고 실제적으로 비독성이다.
실시형태들에 따르면, 절연 매질에서 C5-케톤의 몰분율은, 종래 고 전압 GIS 압력 충전 값들이 사용될 때, 약 5% 내지 약 15%, 바람직하게는 약 6% 내지 약 10% 범위이고, 종래 중 전압 GIS 압력 충전 값들이 사용될 때, 약 10% 내지 40% 범위이다. 그러한 몰비 범위들은, 절연 매질이 저온 환경, 예를 들면, 아래로 0℃ 보다 낮은 온도까지, 특히 아래로 -5℃ 까지의 저온 환경에서 사용될지라도, 플루오로케톤의 액화는 일어나지 않는다는 이점을 갖는다. 예시적인 실시형태들에서, 플루오로케톤 몰분율은 또한 1%보다 크고, 바람직하게는 2%보다 크고, 더 바람직하게는 3%보다 크고, 특히 3.5% 보다 클 수도 있다.
실시형태들에 따르면, 훨씬 더 높은 절연 능력이, 상이한 플루오로케톤 성분들의 혼합물을 결합하는 것에 의하여 달성될 수 있다. 실시형태들에서, 전술되고 여기에서 플루오로케톤 a) 로 약칭되는, 정확히 5개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤, 및 전술되고 여기에서 플루오로케톤 c) 로 약칭되는, 정확히 6개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤은 유리하게 동시에 유전성 절연의 부분일 수 있다.
따라서, 각각 홀로 유전성 절연 매질의 유전 강도에 기여하는, 하나보다 많은 플루오로케톤을 갖는 절연 매질이 달성될 수 있다. 이 실시형태에서, 특히 바람직하게는 혼합물에 포함된 각 플루오로케톤은, 각각, 유전성 절연 매질 또는 그 유전성 절연 매질을 포함하는 장치의 최소 동작 온도에서 적어도 그의 포화 증기 압력에 적어도 대략 대응하는 부분 압력을 갖는다; 따라서 플루오로케톤들의 높은 전체 몰비가 획득될 수 있고 가스 상에서 유지될 수 있는데, 이는 유전성 절연 매질의 매우 높은 유전 강도를 획득하는 것을 허용한다.
그러한 추가 플루오로케톤들은 바람직하게는 정확히 4개 탄소 원자들, 및/또는 정확히 5개 탄소 원자들, 및/또는 정확히 6개 탄소 원자들, 및/또는 정확히 7개 탄소 원자들, 및/또는 정확히 8개 탄소 원자들을 함유한다.
실시형태들에서, 추가 플루오로케톤 c) 은, 하기 구조식들에 의해 정의되는 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물이다 (식중에서, 적어도 하나의 수소 원자는 플루오르 원자로 치환된다):
Figure pct00003
Figure pct00004
및/또는 하기 구조식들에 의해 정의되는 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물이다 (식중에서, 적어도 하나의 수소 원자는 플루오르 원자로 치환된다):
Figure pct00005
Figure pct00006
.
본 발명은, 구조식 Ia 내지 Id, IIa 내지 IIg, IIIa 내지 IIIn 을 갖는 화합물들로 이루어지는 군으로부터 선택된 화합물들 중 어느 것의 각각과 모든 조합을 포함한다.
더 바람직하게는, 플루오로케톤은 정확히 6개 탄소 원자들을 함유하고; 그러한 플루오로케톤은 비독성이고, 인간 안전을 위한 뛰어난 이득을 갖는다.
실시형태들에서, 플루오로케톤 c) 은, 플루오로케톤 a) 와 달리, 퍼플루오로케톤이거나, 및/또는 분지형 알킬 사슬, 특히 적어도 부분적으로 플루오르화된 알킬 사슬을 갖거나, 및/또는 플루오로케톤 c) 은 완전히 포화된 화합물을 함유한다. 특히, 플루오로케톤 c) 은 분자식 C6F12O 를 갖는다, 즉, 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 및 도데카플루오로헥산-3-온으로 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 pct00007
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. 그것은 0의 오존 파괴 지수를 갖고 비독성이다 (약 100,000 ppm의 LC50 (4 시간)). 따라서, 환경적인 영향이 종래 절연 가스를 이용한 것보다 훨씬 더 낮고, 동시에 인간 안전에 대한 탁월한 이득이 달성된다.
바람직하게는, 절연 매질에서 플루오로케톤 c) 의 몰분율은, 낮은 온도, 예를 들면, 아래로 0℃ 보다 낮은, 예를 들면, 아래로 -5℃ 까지의 온도에서 플루오로케톤의 액화를 회피하기 위하여, 약 1% 내지 약 15%, 바람직하게는 약 1% 내지 약 10%, 더 바람직하게는 약 1% 내지 약 4%, 가장 바람직하게는 1% 내지 3% 범위이다. 실시형태들에서, 몰분율은 또한 0.1%보다 크고, 바람직하게는 0.5%보다 크고, 더 바람직하게는 1%보다 크고, 특히 2% 보다 클 수도 있다.
위에서 언급된 바처럼, 본 발명에 따른 절연 매질은 특히 전기 응용들에서 유용하다. 따라서, 본 발명은 또한, 전기 에너지의 발전 및/또는 송전 및/또는 배전 및/또는 사용을 위한 장치에서 유전성 절연 매질로서 전술된 조합의 성분들의 용도에 관한 것이다.
마찬가지로, 본 발명은 또한 전기 에너지의 발전 및/또는 송전 및/또는 배전 및/또는 사용을 위한 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 절연 공간을 정의하는 하우징 및 절연 공간에 배열된 전기 활성 부분을 포함한다. 이 절연 공간은 본원 전체에 결쳐 설명된 절연 매질을 포함한다.
본원에서 용어 "전기 활성 부분" (electrical active part) 은 도체, 도체 배열 (conductor arrangement), 스위치, 전도성 컴포넌트, 서지 피뢰기 (surge arrester) 등의 임의의 타입을 포함하는 것으로 넓게 해석되야 하고, 또한, 임의의 부분으로서, 전기적으로 활성화될 수 있는, 즉 적어도 하나의 동작 상태에서, 전압을 받을 수 있는, 즉 그 부분의 다른 일시적으로 비활성 동작 상태 또는 국부적으로 비활성 동작 상태가 여전히 일어날 수도 있는, 그러한 임의의 부분으로서 이해되야 한다.
특히, 본 발명의 장치는 스위치기어, 특히 공기 절연 또는 가스 절연 금속 (또는 다르게) 캡슐화된 스위치기어, 또는 이들의 부분 및/또는 컴포넌트, 특히 버스 바, 부싱, 케이블, 가스 절연 케이블, 케이블 조인트, 변류기, 변압기 및/또는 서지 피뢰기를 포함한다.
스위치기어, 특히 가스 절연 스위치기어 (GIS) 는, 당업자에게 잘 알려져 있는 그러한 것이다. 본 발명이 특히 아주 적합한 스위치기어의 예는, 예를 들면, EP-A-1933432, 문단 [0011] 내지 [0015] 에 나타나 있고, 이의 개시는 참조에 의해 여기에 원용된다.
또한 바람직하게는, 장치는 스위치, 특히 접지 스위치 (예를 들면, 고속 작동 접지 스위치), 단로기 (disconnector), 결합형 단로기 및 접지 스위치, 부하 차단 스위치 (load-break switch) 또는 회로 차단기, 특히 중 전압 회로 차단기, 발전기 회로 차단기 및/또는 고 전압 회로 차단기이다. 특히, 고전압 회로 차단기는 압력 형성 챔버, 예를 들면, 압축 챔버 및/또는 가열 챔버를 셀프 블라스팅 효과 (self-blasting effect) 를 제공하기 위해 가질 수도 있고, 여기에서 스위칭 동작에서 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들은, 바람직하게는 압력 형성 챔버 및/또는 아킹 영역에서, 아크 소멸 단계 동안, 더 적은 수의 탄소 원자들을 갖는 플루오로탄소 화합물들로 분해된다. 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤 혼합물 또는 혼합물들의 그러한 분자 분해는 분자들의 수, 그리고 따라서 아크 소멸에 이용가능한 압력을 더 증가시키는 것을 허용한다. 또한, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤(들) 의 분자 분해는 또한 아킹 영역에서 일어나고, 이는 또한 아크 소멸 블라스팅 압력을 증가시킨다. 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤 혼합물 또는 혼합물들은 또한, 회로 차단기의 배기 영역 (exhaust region) 에서 도움이 되는데, 왜냐하면 해리되지 않은 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 훨씬 낮은 해리 온도는 배기 가스에서 온도 배리어로서 기능하기 때문이다. 다른 말로, 배기 가스에서 열 에너지는 배기에서 비해리된 플루오로케톤의 해리에 의해 흡수될 수 있고, 이는 플루오로케톤의 해리 온도 보다 높은 배기 영역에서의 추가 온도 증가를 방지한다. 따라서, 본원의 유전성 절연은 양호한 아크 소멸 능력을 갖는다. 이론에 의해 구속되고자 하는 의도 없이, 이 아크 소멸 능력은 적어도 부분적으로, 예를 들면 아킹 영역 내부의 플루오로케톤의 해리 생성물들의 재결합, 예를 들면, 주로 매우 강력한 아크 소멸 매질인 것으로 잘 알려져 있는 테트라플루오로메탄 (CF4) 덕분일 수 있다고 가정된다.
다른 실시형태에 따르면, 장치는 변압기 (transformer), 특히 배전 변압기 (distribution transformer) 또는 전력 변압기 (power transformer) 일 수 있다.
또 다른 실시형태들에 따르면, 장치는 또한, 예를 들면, 전기 회전 기계, 발전기, 모터, 드라이브, 반도체 디바이스, 전력 전자 디바이스, 및/또는 이들의 컴포넌트일 수 있다.
본 발명은 특히 중 또는 고 전압 장치에 관한 것이다. 여기에서 사용된 용어 "중 전압" 은 1 kV 내지 72 kV 범위의 전압을 지칭하는 반면, 용어 "고 전압" 은 72 kV보다 높은 전압을 지칭한다. 1 kV보다 낮은 저 전압 범위에서의 응용들 역시 실현 가능하다.
장치의 원하는 유전 정격, 이를테면 필요한 유전 내력 (dielectric withstand capability) 및 동작 온도 범위를 달성하기 위하여, 장치는 절연 매질의 조성- 특히 화학 조성 또는 물리 상 조성, 이를테면 가스/액체 2상 시스템- 및/또는 온도, 및/또는 절연 매질 또는 그의 성분들의 적어도 하나의 절대 충전 압력, 가스 밀도, 부분 압력 및/또는 부분 가스 밀도를 각각 개별적으로 또는 조합하여 제어하기 위한 제어 유닛 ("액체 관리 시스템" 으로도 지칭됨) 을 포함할 수 있다. 특히, 제어 유닛은 본 발명에 따른 절연 매질 성분들의 증기 압력을 제어하기 위하여 가열기 및/또는 증발기를 포함할 수 있고, 이는, 아래로 약 -20℃까지 저온 환경에서의 응용들에 특히 적절하다. 증발기는, 예를 들면, 초음파 증발기일 수 있거나, 또는 절연 매질을 장치내로 분무하기 위한 분무 노즐들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 특히 저온 환경에서의 고전압 응용들을 위해, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤(들) 의 부분 압력은, 플루오로케톤의 부분 압력이 원하는 압력 레벨로 유지되도록 가열 및/또는 증기화에 의해 절연 매질에 제공될 수 있다.
예시적인 실시형태들에서, 장치는, 유전성 절연 능력 또는 유전 강도의 필요에 따라 절연 매질에서, 특히 임의의 종속 청구항들에 따른, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤(들) 의 농도를 설정하기 위한 모니터링 디바이스 및/또는 도우징 유닛을 포함한다.
본원에서 용어 "유전 절연 능력" 또는 "유전 강도" 는 넓게 이해되야 하고 특정 측정 조건들하에서 결정될 수도 있는 전기 브레이크다운 필드 강도에 의한 더 구체적인 특성화를 포함할 수도 있다. 이것은 예시적으로, 중 또는 고 전압 가스 절연 스위치기어에 대해 아래에서 더 상세히 나타내어질 것이다. 또한, 제어 유닛은, 온도, 밀도, 압력 및/또는 조성- 특히 액체 상 레벨-과 같은 제어 파라미터들을 측정하기 위한 측정 유닛, 및/또는 그러한 파라미터들을 모니터링하기위한 모니터링 유닛을 포함할 수도 있다.
하지만, 바람직하게는 유전성 절연 매질은, 도우징 유닛도, 온도 제어 유닛도, 활성 온도 제어도, 증기화 유닛도 존재하지 않도록 하는 조성을 갖는다. 다른 말로, 유전성 절연 매질은 가스 상태로 남고, 모든 동작 조건하에서 그리고, 특히 모든 동작 온도에서 그의 유전 강도를 유지한다.
또 다른 말로, 본 발명의 유전성 절연 매질의 응축은, 전기 장치의 동작 조건들하에서, 특히 심지어 낮은 동작 온도에서 회피된다. 이것은 SF6 및/또는 CF4 를 플루오로케톤과 혼합물로 사용하는 것에 의해 달성된다. 거기에서 SF6 및/또는 CF4 는, 매우 낮은 끓는점 및 양호한 유전 강도 또는 아크 소멸 능력을 갖는 가스지만, 증가된 GWP 에 대해 타협한다. 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들은 탁월한 유전 강도 및 1에 가까운 탁월한 GWP를 제공하고, 모든 동작 온도에서 충분한 부분 압력을 갖는 가스 상으로 존재할 수 있도록 (1 bar에서) 여전히 충분히 낮은 끓는점을 갖는다.
본 발명의 다른 양태, 질소 및 공기로 이루어지는 군으로부터 선택된 추가 유전 가스 성분 및 플루오로케톤과 혼합물의 황 육플루오르화물 SF6 에서, 유전 강도는 한편으로 질소 또는 공기와 플루오로케톤의 유전 강도의 제 1 비선형 증가에 의해, 그리고 다른 한편으로 질소 또는 공기와 황 육플루오르화물 SF6 의 유전 강도의 제 2 비선형 증가에 의해, 2배 증가된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 질소, 공기, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 추가 유전 가스 성분 및 플루오로케톤과 혼합물의 c-C4F8를 포함하는 유전성 절연 매질 및 전기 장치는, 적어도 2배 또는 다수 배, 즉, 한편으로는 질소 및/또는 공기 및/또는 이산화탄소와 플루오로케톤의 유전 강도의 적어도 하나의 제 1 비선형 증가에 의해, 그리고 다른 한편으로 질소 및/또는 공기 및/또는 이산화탄소와 c-C4F8의 유전 강도의 적어도 하나의 제 3 비선형 증가에 의해, 증가되는 유전 강도를 나타낸다. 3개 이상의 화합물들을 포함하는 조합들에서, 유전 강도의 결합된 비선형 증가는 유전 강도의 쌍 방식 비선형 증가와는 규모 (magnitude) 가 다를 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 황 육플루오르화물 SF6, 퍼플루오로탄소, 테트라플루오로 메탄 CF4, C2F6, C3F8, c-C4F8, 트리플루오로요오드메탄 CF3I, 이산화질소 NO2, 일산화질소 NO, 아산화질소 N2O, 및 이들의 혼합물, 특히 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4), 및/또는 트리플루오로요오드메탄 (CF3I) 으로 이루어지는 제 1 군으로부터 선택되는 제 1 유전성 절연 가스 성분 L) 과, 전기 에너지의 발전 및/또는 송전 및/또는 배전 및/또는 사용을 위한 장치용, 특히 위에서 개시된, 유전성 절연 매질에서 적어도 하나의 가스 상태의 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 혼합물을 포함하는, 유전성 절연 매질, 전기 장치 및 유전성 절연 매질로서의 용도가 개시된다.
또한, 유전성 절연 가스 성분들 L) 의 제 1 군은 또한, 메탄 CH4, 일산화탄소 CO, 수소 H2, 영족 가스, 특히 He, Ar, Kr; 및 이들이 혼합물을 포함할 수도 있다.
따라서, 플루오로케톤과 함께 트리플루오로요오드메탄 CF3I 을 함유하는 혼합물, 특히 가스 혼합물을 포함하는 유전성 절연 매질, 유전성 절연 매질로서의 용도 및 전기 장치가 여기에 또한 개시된다. 그러므로, 본 발명의 일 양태에서, 유전성 절연 매질은, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤인 적어도 하나의 추가 성분과 트리플루오로요오드메탄 (CF3I) 의 혼합물을 포함할 수도 있다. 트리플루오로요오드메탄 (CF3I) 은 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 의 대안으로 또는 추가로 존재할 수도 있다. CF3I는 낮은 끓는점 및 높은 유전 강도와 같은 이점들을 갖고, 따라서 유리하게는 플루오로케톤과 조합될 수도 있다.
또한, 플루오로케톤과 함께 질소 산화물, NO2, NO, N2O, 특히 NO2 를 함유하는 혼합물, 특히 가스 혼합물을 포함하는 유전성 절연 매질, 유전성 절연 매질로서의 용도 및 전기 장치가 여기에 또한 개시된다. 이들 질소 산화물들은, 플루오로케톤, 특히 C5-플루오로케톤 및/또는 C6-플루오로케톤과 함께, 유전 강도의 비선형 증가를 지원하고, 결과적으로 질소 N2처럼 그들의 유사한 전자 부착 교차부 (electron attachment cross-section) 를 지원한다고 가정된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 다음을 포함하는 신규한 가스 혼합물을 포함하는 유전성 절연 매질, 유전성 절연 매질로서의 용도 및 전기 장치가 개시된다
- 황 육플루오르화물 SF6, 퍼플루오로탄소, 테트라플루오로 메탄 CF4, C2F6, C3F8, c-C4F8, CF3I, 및 이들의 혼합물, 특히 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 으로 이루어지는 제 1 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제 1 가스 성분 L1) 과 함께
- 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤, 정확히 5개 탄소 원자들을 포함하는 플루오로케톤, 정확히 6개의 탄소 원자들을 포함하는 플루오로케톤, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 제 2 군 L2) 로부터 선택된 적어도 하나의 제 2 가스 성분 L2) 과 함께
- 질소, 공기, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 이루어지는 제 3 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제 3 가스 성분 L3).
선택적으로, 제 3 군은 또한 이산화질소 NO2, 일산화질소 NO, 및/또는 아산화질소 N2O 를 포함할 수도 있다.
그러한 신규한 가스 혼합물들은 높은 유전 브레이크다운 필드 강도 및/또는 양호한 아크 소멸 특성을 제공하고, 상대적으로 낮은 끓는점 또는 낮은 응축 온도를 갖고, 여전히 혼합물의 허용가능한 레벨의 GWP를 제공할 수 있다.
또한, 그러한 유전성 절연 매질, 유전성 절연 매질로서의 용도 및 전기 장치에서, 적어도 하나의 제 1 가스 성분 L1) 과 플루오로케톤 및 플루오로케톤들 그리고 추가적으로 질소 및/공기 및/또는 이산화탄소의 혼합물들은 유전 강도의 적어도 하나의 비선형 증가를 나타낸다. 유전 강도의 그러한 적어도 하나의 비선형 증가는 가스 성분들 L1), L2), L3) 의 다양한 조합들, 예를 들면 L2)/L3), L1)/L3), L1)/L2)/L3) 에 의해 만들어질 수도 있다. 특히, 바람직한 제 3 가스 성분들 L3) 은 그러한 유전 절연을 위해서는 공기 및 질소이고 아크 소멸을 위해서는 이산화탄소이다.
본 발명한 전술한 양태들 중 어느 것의 실시형태들에서, 유전성 절연 매질, 유전성 절연 매질로서의 용도 및 전기 장치는, 다음으로 이루어지는 제 4 군으로부터 선택되는 유전성 절연 가스 성분 M) 을 더 포함할 수도 있다: CHF3, (C2F5)2O, (CF3)2O; 또한 퍼플루오로탄소 및 특히 C2F4, C3F6, C4F10, C4F6, C4F8, C6F10, C6F12, C6F14, C6F6; C2F5COF, C5F8O2, c-C4F7I, CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I, CF3CF2CF2CF2I, CF3CF2CF2I, CF3CF2I, CF3CHFCF2I, CF3SF5, CH2F2, CH3-c-C4F6I, CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I, CH3CF2CF2I, CH3CHFCF(CF2CF3)CF2I, CO; N2, 퍼플루오로디에틸 티오에테르, 퍼플루오로메틸 에틸 티오에테르, 퍼할로겐화 (perhalogenated) 유기 화합물, 테트라데실플루오로헥산, XeF2, XeF4; 및 이들의 혼합물.
본원 전체에 걸쳐, 유전 강도의 비선형 증가는, 혼합물, 특히 가스 혼합물이, 그의 성분들의 유전 강도의 농도 가중 또는 압력 가중 산술 합계보다 더 큰 유전 강도를 갖는다는 것을 의미한다.
하지만, 예시적인 실시형태들에서, 유전성 절연 매질은 하이드로플루오로 모노에테르를 포함하지 않거나; 및/또는 유전성 절연 매질은 하이드로플루오로 디에테르를 포함하지 않거나; 및/또는 유전성 절연 매질은 하이드로플루오로 폴리에테르를 포함하지 않는다.
하지만, 다른 예시적인 실시형태들에서, 유전성 절연 매질은 정확히 5개의 탄소 원자들을 포함하는 플루오로케톤을 포함하지 않거나; 및/또는 유전성 절연 매질은 정확히 6개의 탄소 원자들을 포함하는 플루오로케톤을 포함하지 않는다.
하지만, 또 다른 예시적 실시형태들에서, 전기 장치는 변압기가 아니고, 특히 배전 변압기가 아니고 또는 전력 변압기가 아니다.
하지만, 다른 예시적인 실시형태들에서, 유전성 절연 매질은 가열 파이프용 작업 매질이 아니고, 특히 변압기에서 가열 파이프용 작업 매질이 아니다.
예시적 실시형태들에서, 전술한 권리불요구 (disclaimer) 는 또한 유전 매질의 용도에 적용되고 그러한 절연 매질을 포함하는 장치에 적용된다.
본 발명은 이하의 예시적인 도면들에 의해 더 예시되고, 여기에서:
도 1은 일 실시형태에 따른 고 전압 가스 절연 스위치기어의 순수 개략도를 나타낸다; 그리고
도 2는 유체 핸들링 유닛을 포함하는 일 실시형태에 따른 고 전압 가스 절연 스위치기어의 순수 개략도를 나타낸다;
도 3은 예시적인 플루오로케톤-공기 혼합물을 포함하는 다양한 유전 절연 매질에 대한 전체 압력의 함수로서 시너지 인자 s 의 그래프 도를 나타낸다; 그리고
도 4는 예시적인 플루오로케톤-이산화탄소 혼합물을 포함하는 유전성 절연 매질의 측정되고 계산된 브레이크다운 전압 U50의 그래프 도를 나타낸다.
이하에서, 본 발명의 예시적인 실시형태들이 논의된다:
도 1의 예시적 실시형태에서, 유전성 절연 매질은 SF6 및/또는 CF4, 및/또는 플루오로케톤 및 SF6 및 CF4과는 상이한 여기에 언급된 가스 타입들의 임의의 가스 또는 가스 혼합물을, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤, 특히 정확히 5개의 탄소 원자들 함유하거나 및/또는 정확히 6개의 탄소 원자들을 함유하는 퍼플루오로케톤인 적어도 하나의 성분과 함께, 포함한다.
바람직하게는, 유전성 매질의 유전 강도는 순수한 SF6의 그것보다 더 높다. 또한 바람직하게는, 절연성 매질은 절연 매질의 증기화 및/또는 가열의 어떠한 필요 없이도 가스 상태에 있다. 다른 말로, 가스 혼합물 또는 적어도 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들은 바람직하게는, 모든 동작 조건하에서, 특히 모든 동작 온도에서 가스 상태로 존재한다. 특히, 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들의 응축은, 전기 장치의 모든 동작 조건들하에서, 회피되야 한다. 이것은 모든 동작 온도들에서 가스 상태의 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들의 특정 최소 농도 또는 부분 압력을 유지하는 것을 허용한다. 또 다른 실시형태들에서, 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들의 심지어 약간의 응축은, 모든 동작 온도들에서 가스 상태의 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들의 특정 최소 농도 또는 부분 압력이 유지되는 한, 받아들여질 수도 있다.
실시형태들에서, 유전성 절연 매질은 이원자성 분자들을 더 포함할 수도 있고, 이원자성 분자들은 바람직하게는 주위 조건들하에서, 그리고 특히 가스 절연 전기 장비의 정상 동작 조건하에서, 이를테면 -40℃ 내지 +105℃의 온도 범위에서 그리고 수 내지 몇몇 바 가스 압력하에서 화학적으로 안정하다. 예를 들면, 그러한 가스 혼합물은 공기 또는 공기 성분 및 예를 들면, 질소, 산소 이산화탄소, 질소 산화물, 또는 영족 가스; 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
특정 유전성 절연 매질외에, 본 발명은 또한, 전술된 전기 장치에 관한 것이다. 가능하게는, 장치는 절연 매질의 압력, 조성 및/또는 온도를 조정하기 위하여 제어 유닛 (또는 "유체 관리 시스템") 을 포함한다.
도 1에서, 스위치기어 (2) 는 절연 공간 (6) 을 정의하는 하우징 (4) 및 절연 공간 (6) 내부에 배열된 전기 활성 부분 (8) 을 포함한다. 스위치기어 (2) 는, 스위치기어 (2) 의 하우징 (4), 또는 하우징 (4) 의 적어도 일부, 및 따라서 절연 공간 (6) 에 포함된 절연 매질을 원하는 온도로 설정하기 위한 온도 제어 유닛 (10a) 을 더 포함한다. 물론, 절연 매질과 접촉하는 임의의 다른 부분은, 절연 매질을 원하는 온도로 만들기 위하여 가열될 수 있다. 따라서, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 증기 압력-및 결과적으로 절연 가스에서 그의 몰비- 그리고 절연 가스의 절대 압력은 적절히 조정될 수 있다. 도 2에도 도시된 바처럼, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 이 실시형태에서 절연 공간 (6) 에 주어진 온도 기울기에 기인하여 절연 공간 전체에 걸쳐 균질하게 분포되지 않는다. 따라서 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 농도는 하우징 (4) 의 벽들 (4') 가까이에서 더 높다.
대안의 제어 유닛 또는 유체 관리 시스템은 도 2에 개략적으로 나타나 있고 여기에서 유체 핸들링 유닛 (10b) 은 제어 유닛으로서 가스 절연 스위치기어에 속한다. 이 제어 유닛 (10b) 에 따르면, 절연 매질의 조성, 및 특히 그의 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤 a) 및/또는 플루오로케톤 c) 의 농도는, 유체 핸들링 유닛 (10b) 에 포함된 도우징 유닛에서 조정되고, 결과적인 절연 매질이 절연 공간 (6) 속으로 주입 또는 도입, 특히 분무된다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 절연 매질은, 액체 플루오로케톤의 소액적들이 각각의 캐리어 가스에 분산된 에어로졸 (14) 형태로 절연 공간 속으로 분무된다. 에어로졸 (14) 은 노즐들 (16) 에 의해 절연 공간 (6) 속으로 분무되고 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 손쉽게 증발되며, 따라서 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 불균질한 농도, 특히 노즐들 (16) 을 포함하는 하우징 벽 (4') 가까이에서 상대적으로 높은 농도를 갖는 절연 공간 (6) 을 초래한다. 다르게는, 절연 매질, 특히 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤 a) 및/또는 플루오로케톤 c) 의 농도, 압력 및/또는 온도는, 절연 공간속으로 주입되기 전에 유체 핸들링 유닛 (10b) 에서 제어될 수 있다. 가스의 순환을 보장하기 위하여, 추가 개구들 (18) 이 하우징 (4) 의 상부 벽에 제공되고, 상기 개구들은 하우징 (4) 에 있는 채널 (20) 로 이어지고 절연 매질이 절연 공간 (6) 으로부터 제거되는 것을 허용한다. 도 2에 도시된 바처럼, 유체 핸들링 유닛 (10b) 을 갖는 스위치기어 (2) 는 도 1와 관련하여 설명된 온도 제어 유닛 (10a) 과 조합될 수 있다. 온도 제어 유닛이 제공되지 않으면, 일부 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 응축이 일어날 수 있다. 응축된 성분은 수집되고 절연 매질의 순환으로 재도입될 수 있다. 또한, 장치 (2) 는 예비량의 액체 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤, 액체 플루오로케톤 a) (또는 C5-케톤) 및/또는 플루오로케톤 c) (또는 C6-케톤), 및/또는 절대 충전 압력이 장치 (2) 의 주어진 압력 한계보다 아래로 유지되도록 원하는 절연 매질의 최대 허용 동작 온도를 제한하기 위한 수단을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적인 유전성 절연 매질에 의해 달성되는 비선형 또는 시너지 인자 s 를 나타낸다. 시너지 인자 s는 제 1 혼합물 C5-플루오로케톤 + 공기 (다이아몬드형), 제 2 혼합물 C6-플루오로케톤 + 공기 (정사각형), 및 제 3 혼합물 C5-플루오로케톤 + C6-플루오로케톤 + 공기 (삼각형) 에 대해, 플루오로케톤의 부분 압력 pa이 일정하게 유지되면서 전체 압력 pabs의 함수로서 나타나 있다.
C5-플루오로케톤을 함유하는 혼합물 (제 1 및 제 3 혼합물) 들에 대해, 시너지 인자 s는 대략 2 bar 전체 압력에 이르기까지 전체 압력이 증가함에 따라 증가한 다음, 적어도 3 bar 전체 압력에 이르기까지, 대략 s=1.23에서 꽤 일정하게 남는다. 대조적으로, 제 2 혼합물은 넓은 범위의 전체 압력에 대해 약 1.3의 상대적으로 더 높은 시너지 인자들을 갖는다. 대체로, 시너지 인자 s 는, 플루오로케톤 대 공기의 비가 높을 때 상대적으로 낮고, 플루오로케톤(들) 대 유전성 가스 성분 b), 여기에서는 공기의 몰분율 ma 또는 부분 압력 pa 의 비가 감소함에 따라 증가한다.
도 4는 이산화탄소 CO2 와 C6-플루오로케톤의 유전성 절연 가스 혼합물에서 달성되는 시너지 또는 비선형 효과의 존재를 나타낸다. 도 4는, 전체 압력 pabs이 1 bar로 일정하게 유지되면서, C6-플루오로케톤의 부분 압력 pC6의 함수로서, 상이한 측정 장치에서 뇌 충격 (lightning impulse) 으로 측정된 브레이크다운 전압 U50을 kV 단위로 나타낸다. 또한, 단일 성분들 C6 및 CO2 의 유전 강도의 선형으로 계산된 합계 (정사각형) 보다 높은 혼합물의 측정된 유전 강도의 강한 비선형 증가 (다이아몬드형) 가 입증된다. 대략 s=1.35의 강한 시너지 인자가 C6-플루오로케톤의 넓은 범위의 부분 압력 pa, 또는 동등하게 몰분율 ma 에 대해 구해진다.
또한, 다른 측정들에서 시너지 또는 비선형 효과는 또한, C6-플루오로케톤, C5-플루오로케톤 및 이산화탄소를 포함하는 유전성 절연 가스 혼합물에 나타나 있다.
이들 측정들은 다음을 포함하는 혼합물, 특히 가스 혼합물에서 유전 강도의 적어도 하나의 시너지 또는 비선형 증가를 입증하는 예들로서만 인용되었다
- 황 육플루오르화물 SF6, 퍼플루오로탄소, 테트라플루오로 메탄 CF4, C2F6, C3F8, c-C4F8, CF3I, 이산화질소 NO2, 일산화질소 NO, 아산화질소 N2O, 특히 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 제 1 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제 1 유전성 가스 성분 L1) 과 함께
- 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤, 정확히 5개 탄소 원자들을 포함하는 플루오로케톤, 정확히 6개의 탄소 원자들을 포함하는 플루오로케톤, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 제 2 군 L2) 로부터 선택된 적어도 하나의 제 2 유전성 가스 성분 L2) 과 함께
- 질소, 공기, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 이루어지는 제 3 군으로부터 선택된 적어도 하나의 제 3 유전성 가스 성분 L3).
더 상세하게는, 본 발명의 일 양태의 예시적 실시형태에서, 유전성 절연 매질은 항상 플루오로케톤 FK, 특히 C5-FK 또는 C6-FK를 포함하고, 브레이크다운 필드 강도 Ebd는 시스템에서 확립되며, 상기 Ebd는 다음 등식에 의해 정의된다:
2개의 가스 성분들이 비선형 시너지 효과를 이룬다면:
Ebd = s(pa, pb)·(pa·Ecrit,a + pb·Ecrit,b) + pc·Ecrit,c
식중에서, pa, pb는 쌍방식으로 비선형으로 상호작용하는 유전성 가스 성분들 a 및 b, 예를 들면, C5-FK/N2, C6-FK/N2, C5-FK/공기, C6-FK/공기, C5-FK/CO2, C6-FK/CO2 의 부분 압력이다;
pc는 제로이거나 또는 비선형 시너지 효과가 없는 다른 성분 c 의 부분 압력이다;
Ecrit,a, Ecrit,b, Ecrit,c 는 각각 유전성 가스 성분들 a, b, c 감압 전기 브레이크다운 필드 강도이고
s(pa, pb) 는 유전 가스 성분들 a, b 의 쌍방식 시너지 인자이고, Ebdmeasured 는 유전 가스 성분들 a, b, c를 포함하는 유전성 절연 매질의 측정된 또는 실제 브레이크다운 필드 강도이고 Ebdlin.calc=(pa·Ecrit,a + pb·Ecrit,b + pc·Ecrit,c) 이다;
여기에서, 혼합물은, 시너지 인자 s 가 1보다 크도록 선택된다.
또는 3개의 가스 성분들이 비선형 시너지 효과를 이룬다면:
Ebd = s(p1, p2, p3)·(p1·Ecrit,1 + p2·Ecrit,2 + p3·Ecrit,3)
식중에서, p1, p2, p3 는 삼중방식 (triplet-wise) 비선형 상호작용 유전 가스 성분들 1, 2 및 3, 예를 들면, SF6/C5-FK/N2, SF6/C6-FK/N2; c-C4F8/C5-FK/N2, c-C4F8/C6-FK/N2; SF6/C5-FK/공기, SF6/C6-FK/공기; c-C4F8/C5-FK/공기, c-C4F8/C6-FK/공기; SF6/C5-FK/CO2, SF6/C6-FK/CO2; c-C4F8/C5-FK/CO2, c-C4F8/C6-FK/CO2; C5-FK/C6-FK/N2, C5-FK/C6-FK/공기, C5-FK/C6-FK/CO2의 부분 압력이다;
Ecrit,1, Ecrit,2, Ecrit,3 는 각각 가스 성분들 1, 2, 3 감압 전기 브레이크다운 필드 강도이고
s(p1, p2, p3) 는 삼중 방식 시너지 인자 Ebdmeasured/Ebdlin.calc.이고, Ebdmeasured 는 3개 유전 가스 성분들 1, 2, 3를 포함하는 유전성 절연 매질의 측정된 또는 실제 브레이크다운 필드 강도이고 Ebdlin.calc = (p1·Ecrit,1 + p2·Ecrit,2 + p3·Ecrit,3) 이다;
여기에서, 혼합물은, 시너지 인자 s 가 1보다 크도록 선택된다.
사중방식 (quadruplet-wise) 등, 예를 들면, c-C4F8/C5-FK/공기/CO2 등 시너지 역시 가능하고 비슷하게 설명될 수 있다.
다른 말로, 혼합물은, 제 3 유전성 가스 성분 L3), 특히 캐리어 가스 및 제 1 가스 성분 L1) 과 함께, 혼합물에 존재하는 가스 성분들의 유전 강도의 산술 합계보다 높은 유전 강도의 비선형 증가를 제공하는 적어도 하나의 특정 제 2 유전성 가스 성분 L2), 특히 C5-플루오로케톤을 함유한다. 이 결과 위의 등식에서 시너지 인자 s 가 1보다 커진다.
도 1 및 도 2에 도시된 스위치기어들의 맥락에서, 용어 "적어도 부분적으로 플루오르화된 케톤" 은 임의의 종속 청구항 또는 청구항 조합에 따른 임의의 변형을 포함한다. 공칭 전류 부하는 일반적으로, 전류 운반 도체의 옴 가열에 의해, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤, 특히 플루오로케톤 a) (또는 C5-케톤) 및/또는 플루오로케톤 c) (또는 C6-케톤) 의 증기화를 용이하게 한다는 점에 유의한다.
위에서 주어진 실시형태들에 따르면, 용어 본원에서 "유전성 절연 매질" 은 유전성 절연 매질의 가스 상태를 포함하고 가능하게는 액체 상태를 포함하는 것으로 넓게 이해되야 한다. 하지만, 바람직하게는 유전성 절연 매질, 즉 유전성 절연 매질의 모든 성분들은, 전기 장치의 동작 조건들하에서, 특히 모든 동작 온도들에서 완전히 그리고 오로지 가스 상태로 존재한다. 또한, 이 용어는, 예를 들면, 가스 절연 스위치기어 (GIS) 또는 가스 절연 송전 라인 (GITL) 에서 탁월한 유전 절연 능력 또는 유전 강도를 갖거나, 및/또는 전기 아크들, 예를 들면, GIS 또는 GITL 에서 아크 폴트 또는 임의의 종류의 스위치, 단로기, 회로 차단기 등에서 스위칭 아크들을 소멸하기 위한 높은 성능을 갖는 매질을 포함한다.
SF6의 존재 또는 플루오로케톤 및 SF6 와는 상이한 여기에서 언급된 가스 타입들로부터 선택된 화합물들의 임의의 화합물 또는 조합의 존재는 SF6 와 조합되거나 또는 SF6 와 조합되지 않을 수도 있지만, 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들과 조합될 때는 항상, 다량 또는 소량일 수 있다. 제 1 실시형태들에서, 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 및/또는 CF3I 및/또는 질소 산화물 (NO2, NO, N2O) 은, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤보다 더 많은 양으로 존재하는 벌크 가스 또는 버퍼 가스 또는 캐리어 가스일 수 있다. 특히, 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 및/또는 CF3I 및/또는 질소 산화물 (NO2, NO, N2O) 은 절연 매질의 60%보다 더 많은, 바람직하게는 70%보다 더 많은, 더 바람직하게는 80%보다 더 많은, 더욱 더 바람직하게는 90%보다 더 많은, 특히 바람직하게는 95%보다 더 많은, 더욱 더 특히 바람직하게는 97% 보다 더 많은, 그리고 가장 바람직하게는 99% 보다 더 많은 양으로 존재한다.
제 2 실시형태들에서, 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 및/또는 CF3I 는, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤보다 더 작은 양으로 존재하는 가스이다. 바람직하게는, 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 및/또는 CF3I 는 절연 매질의 40%보다 더 적은, 바람직하게는 30%보다 더 적은, 더 바람직하게는 20%보다 더 적은, 더욱 더 바람직하게는 10%보다 더 적은, 특히 바람직하게는 5%보다 더 적은, 더욱 더 특히 바람직하게는 3% 보다 더 적은, 그리고 가장 바람직하게는 1% 보다 더 적은 양으로 존재한다.
실시형태들에서, 유전성 절연 매질은 절연 매질의 가스 성분들의 유전 강도의 합계보다 높은 유전 강도의 비선형 증가를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 유전성 절연 매질은 지구 온난화 지수 (GWP) 가 100년간 20000 내지 15000 의 범위, 또는 15000 내지 10000 의 범위, 또는 10000 내지 5000 의 범위, 또는 5000 내지 3000 의 범위, 또는 3000 내지 2000 의 범위, 또는 2000 내지 1000 의 범위, 또는 1000 내지 500 의 범위, 또는 500 보다 낮다.
실시형태들에서, 유전성 절연 매질은, -20℃ 보다 높은, 바람직하게는 -15℃ 보다 높은, 더 바람직하게는 -10℃ 보다 높은, 더욱 더 바람직하게는 -5℃ 보다 높은, 가장 바람직하게는 0℃ 보다 높은 끓는점을 갖는, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤을 포함한다. 다른 실시형태들에서, 유전성 절연 매질은, 50℃ 보다 낮은, 바람직하게는 40℃ 보다 낮은, 더 바람직하게는 30℃ 보다 낮은, 더욱 더 바람직하게는 20℃ 보다 낮은, 가장 바람직하게는 15℃ 보다 낮은 끓는점을 갖는, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤을 포함한다.
추가 실시형태들은 종속 청구항들에서 또는 종속 청구항들의 임의의 조합에서 주어지고 여기에서 본 설명에서 전부 문언적으로 인용된다.
유전성 절연 매질의 구성 성분들, 이를테면 다양한 종류의 SF6 및/또는 CF4 및/또는 CF3I, 플루오로케톤 및 캐리어 가스, 이를테면 질소 및/또는 공기 및/또는 이산화탄소 및/또는 질소 산화물 (NO2, NO, N2O) 은, 쌍방식 조합, 삼중방식 조합, 사중방식 조합 등일 수도 있지만, 항상 플루오로케톤 또는 플루오로케톤들과 조합되는 임의의 조합으로 존재하거나 또는 가능한 것으로 명시적으로 여기에 개시된다. 그러므로, 모든 그러한 조합들의 임의의 열거는 여기에서 본 개시의 부분이 된다.
따라서, 일반적인 용어들에서, 본 발명은 황 육플루오르화물 SF6, 퍼플루오로탄소, 테트라플루오로 메탄 CF4, C2F6, C3F8, c-C4F8, 트리플루오로요오드메탄 CF3I, 이산화질소 NO2, 일산화질소 NO, 아산화질소 N2O, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 성분과 혼합물로 적어도 하나의 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤을 포함하는, 유전성 절연 매질, 유전성 절연 매질로서 용도, 및 전기 장치를 포함한다. 특히, 적어도 하나의 플루오로케톤은 플루오로모노케톤이다. 또한 특히, 적어도 하나의 플루오로케톤은 적어도 5개의 탄소 원자들을 함유하는, 바람직하게는 정확히 5개의 탄소 원자들 또는 정확히 6개의 탄소 원자들을 함유하는 플루오로모노케톤 또는 이들의 혼합물이다.
용어 "바람직한", "바람직하게는", " 더 바람직한", "특히" 는 단지 "예시적인" 것을 의미하고 따라서 실시형태들 또는 예들만을 나타내는 것으로, 즉 선택적인 것으로 이해되야 한다.
또한, 본원 전체에 걸쳐, 본 발명 및 임의의 실시형태들에 따른 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤을 포함하는 유전성 절연 매질에 관한 임의의 개시 및 청구항은 또한, 유전성 절연 매질에서 또는 유전성 절연 매질로서 그러한 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 용도의 개시이고, 이 용도는 명시적으로 여기에 개시되고, 특히, 용어 "적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤을 포함하는 유전성 절연 매질" 을 "유전성 절연 매질에서 또는 유전성 절연 매질로서 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 용도" 로 바꿈으로써, 용도 청구항으로서 청구될 수도 있다. 반대로, 용도 청구항은 또한 유전 절연에 사용될 성분들을 포함하는 유전성 절연 매질 또는 장치에 관한 청구항으로 개시되고 그 청구항으로서 만들어질 수도 있다.
2 스위치기어
4 하우징
4' 하우징 벽
6 절연 공간
8 전기 활성 부분
10a 온도 제어 유닛
10b 유체 핸들링 유닛
14 에어로졸
16 노즐
18 개구
20 채널

Claims (38)

  1. a) 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 과
    b) 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤인 적어도 하나의 추가 성분과의 혼합물을 포함하는, 유전성 절연 매질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 -20℃ 보다 높은, 바람직하게는 -15℃ 보다 높은, 더 바람직하게는 -10℃ 보다 높은, 더욱 더 바람직하게는 -5℃ 보다 높은, 가장 바람직하게는 0℃ 보다 높은 끓는점을 갖는, 유전성 절연 매질.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 50℃ 보다 낮은, 바람직하게는 40℃ 보다 낮은, 더 바람직하게는 30℃ 보다 낮은, 더욱 더 바람직하게는 20℃ 보다 낮은, 가장 바람직하게는 15℃ 보다 낮은 끓는점을 갖는, 유전성 절연 매질.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플루오로케톤은 퍼플루오로케톤이거나 및/또는 분지형 알킬 사슬을 갖는 플루오로케톤이거나 및/또는 완전히 포화된 화합물을 갖는 플루오로케톤인, 유전성 절연 매질.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 하기 일반 구조식을 갖고,
    R1-CO-R2
    식중에서 R1 및 R2 는 적어도 부분적으로 플루오르화된 사슬들이고, 상기 사슬들은 독립적으로 서로 선형 또는 분지형이고 1 내지 10개 탄소 원자들을 갖는, 유전성 절연 매질.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 4 내지 12개 탄소 원자들을 갖는, 유전성 절연 매질.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 정확히 4개 또는 정확히 5개 또는 정확히 6개 탄소 원자들을 함유하는, 유전성 절연 매질.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플루오로케톤은 분자식 C5F10O 를 갖고, 특히, 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온, 1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-데카플루오로펜탄-2-온 및 1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-데카플루오로펜탄-3-온, 및 1,1,1,4,4,5,5,5,-옥타플루오로-3-비스(트리플루오로메틸)-펜탄-2-온으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수도 있고; 바람직하게는 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로-3-(트리플루오로메틸)부탄-2-온인, 유전성 절연 매질.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 상기 절연 매질에서 몰분율이 5% 내지 40%, 바람직하게는 6% 내지 10 의 범위이거나; 또는 1% 보다 더 크고, 바람직하게는 2% 보다 더 크고, 더 바람직하게는 3% 보다 더 크고, 특히 3.5% 보다 더 큰, 유전성 절연 매질.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플루오로케톤은 분자식 C6F12O 를 갖고, 특히, 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), 1,1,1,3,4,4,4-헵타플루오로,3-비스-(트리플루오로메틸)부탄-2-온 (도데카플루오로-3,3-(디메틸)부탄-2-온으로도 칭해짐), 도데카플루오로헥산-2-온 및 도데카플루오로헥산-3-온 및 데카플루오로-시클로헥사논으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고; 특히 1,1,1,2,4,4,5,5,5-노나플루오로-2-(트리플루오로메틸)펜탄-3-온인, 유전성 절연 매질.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 상기 절연 매질에서 몰분율이 1% 내지 15%, 바람직하게는 1% 내지 10%, 더 바람직하게는 1% 내지 5%, 가장 바람직하게는 1% 내지 3%의 범위이거나; 또는 0.1% 보다 더 크고, 바람직하게는 0.5% 보다 더 크고, 더 바람직하게는 1% 보다 더 크고, 특히 2% 보다 더 큰, 유전성 절연 매질.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 부분 압력 또는 각 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 부분 압력은 적어도 상기 유전성 절연 매질의 최소 동작 온도에서 각각의 포화 증기 압력에 대략적으로 대응하는, 유전성 절연 매질.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 은 상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤보다 더 많이 존재하는 벌크 가스 또는 버퍼 가스 또는 캐리어 가스이고, 특히 상기 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 은 상기 절연 매질의 60%보다 더 큰, 바람직하게는 70%보다 더 큰, 더 바람직하게는 80%보다 더 큰, 더욱 더 바람직하게는 90%보다 더 큰, 특히 바람직하게는 95%보다 더 큰, 더욱 더 특히 바람직하게는 97% 보다 더 큰 양으로 존재하는, 유전성 절연 매질.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 은, 상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤보다 더 적은 양으로 존재하는 가스이고, 특히 상기 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 은 상기 절연 매질의 40%보다 더 작은, 바람직하게는 30%보다 더 작은, 더 바람직하게는 20%보다 더 작은, 더욱 더 바람직하게는 10%보다 더 작은, 특히 바람직하게는 5%보다 더 작은, 더욱 더 특히 바람직하게는 3% 보다 더 작은, 그리고 가장 바람직하게는 1%보다 더 작은 양으로 존재하는, 유전성 절연 매질.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전성 절연 매질은 적어도 하나의 추가 성분을 포함하고, 특히 상기 추가 성분은 이원자성 분자들을 포함하거나 또는 공기이거나 또는 공기 성분이며, 특히 상기 추가 성분은 질소, 산소, 이산화탄소 및 영족 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 유전성 절연 매질.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전성 절연 매질은 상기 절연 매질의 가스 성분들의 유전 강도의 합계보다 높은 유전 강도의 비선형 증가를 갖는, 유전성 절연 매질.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전성 절연 매질은 황 육플루오르화물 SF6과; 공기, 질소, 이산화탄소 중 적어도 하나와의 혼합물; 그리고 플루오로케톤, 특히 정확히 4개 또는 정확히 5개 또는 정확히 6개의 탄소 원자들을 포함하는 플루오로케톤과의 혼합물을 포함하는, 유전성 절연 매질.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 배타적으로, 상기 혼합물에서 가스 형태로 존재하는, 유전성 절연 매질.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전성 절연 매질은 지구 온난화 지수 (GWP) 가 100년간 20000 내지 15000 의 범위, 또는 15000 내지 10000 의 범위, 또는 10000 내지 5000 의 범위, 또는 5000 내지 3000 의 범위, 또는 3000 내지 2000 의 범위, 또는 2000 내지 1000 의 범위, 또는 1000 내지 500 의 범위, 또는 500 보다 낮은, 유전성 절연 매질.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물은 퍼플루오로탄소 및 특히 C2F6, C3F8 및 c-C4F8; 트리플루오로요오드메탄 CF3I; 메탄 CH4, 일산화탄소 CO, 수소 H2, 영족 가스, 특히 He, Ar, Kr; 및 이들의 혼합물들로 이루어지는 제 1 군으로부터 선택되는 유전성 절연 가스 성분 L) 을 더 포함하는, 유전성 절연 매질.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합물은, CHF3, (C2F5)2O, (CF3)2O; 추가 퍼플루오로탄소 및 특히 C2F4, C3F6, C4F10, C4F6, C4F8, C6F10, C6F12, C6F14, C6F6; C2F5COF, C5F8O2, c-C4F7I, CF3CF(CF3)CF(CF3)CF2I, CF3CF2CF2CF2I, CF3CF2CF2I, CF3CF2I, CF3CHFCF2I, CF3SF5, CH2F2, CH3-c-C4F6I, CH3CF(CF3)CF(CF3)CF2I, CH3CF2CF2I, CH3CHFCF(CF2CF3)CF2I, CO; N2, 퍼플루오로디에틸 티오에테르, 퍼플루오로메틸 에틸 티오에테르, 퍼할로겐화 (perhalogenated) 유기 화합물, 테트라데실플루오로헥산, XeF2, XeF4; 및 이들의 혼합물로 이루어지는 추가 군으로부터 선택되는 유전성 절연 가스 성분 M) 을 더 포함하는, 유전성 절연 매질.
  22. 전기 에너지의 발전 및/또는 송전 및/또는 배전 및/또는 사용을 위한 장치용 특히 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 유전성 절연 매질에서의,
    황 육플루오르화물 SF6, 퍼플루오로탄소, 테트라플루오로 메탄 CF4, C2F6, C3F8, c-C4F8, 트리플루오로요오드메탄 CF3I, 이산화질소 NO2, 일산화질소 NO, 아산화질소 N2O, 및 이들의 혼합물들, 특히 황 육플루오르화물 (SF6) 및/또는 테트라플루오로 메탄 (CF4) 으로 이루어지는 제 1 군으로부터 선택되는 제 1 유전성 절연 가스 성분 L1) 과,
    b) 적어도 하나의 가스 상태의 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤과의 혼합물의 용도.
  23. 제 22 항에 있어서,
    질소 또는 공기가 상기 유전성 절연 매질에서 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    이산화탄소가 아크 소멸을 위해 상기 유전성 절연 매질에서 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 유전성 절연 매질이 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  26. 전기 에너지의 발전 및/또는 배전 및/또는 사용을 위한 장치 (2), 특히 중 또는 고 전압 장치 (2) 로서, 상기 장치 (2) 는 절연 공간 (6) 을 정의하는 하우징 (4) 및 상기 절연 공간 (6) 에 배열된 전기 활성 부분 (8) 을 포함하고, 상기 절연 공간 (6) 은 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 유전성 절연 매질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 장치 (2) 는 상기 절연 매질의 가스 성분들의 유전 강도의 합계보다 높은 유전 강도의 비선형 증가를 위해, 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 유전성 절연 매질과, 질소, 공기, 이산화탄소 및 이들의 혼합물들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 성분과의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 장치 (2) 는 스위치기어 (2), 특히 공기 절연 또는 가스 절연 금속 캡슐화된 스위치기어 (2) 또는 하이브리드 스위치기어 (2) 또는 중 전압 블록 스위치기어 (medium voltage block switchgear) 또는 다회로 차단기 (ring-main-unit), 또는 충전 탱크 차단기 (dead tank breaker) 또는 PASS 모듈 (플러그 앤 스위치 모듈), 또는 이들의 부분 및/또는 컴포넌트, 특히 버스 바, 부싱, 케이블, 가스 절연 케이블, 케이블 조인트, 변류기, 변압기 및/또는 서지 피뢰기인 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치 (2) 는 스위치, 특히 접지 스위치, 단로기 (disconnector), 결합형 단로기 및 접지 스위치, 부하 차단 스위치 (load-break switch) 및/또는 회로 차단기인 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 장치는 가압된 아크 소멸 가스를 제공하기 위한 압력 형성 챔버 (pressure-build-up chamber) 를 갖는 고 전압 회로 차단기이며, 스위칭 동작에 있어서 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤이 아크 소멸 단계 동안 더 적은 수의 탄소 원자들을 갖는 플루오로탄소 화합물들로 분해되는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서,
    상기 장치 (2) 는, 특히 전극들 상의 탄소 성막을 감소시키거나 및/또는 독성 아크 부산물의 양을 감소시키기 위하여, 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항의 유전성 절연 매질과, 이산화탄소, 공기 및 산소로 이루어지는 군으로부터 선택된 성분과의 혼합물을 아크 소멸 가스로서 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 변압기, 특히 배전 변압기 또는 전력 변압기인 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 26 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 전기 회전 기계, 발전기, 모터, 드라이브, 반도체 디바이스, 전력 전자 디바이스, 및/또는 이들의 컴포넌트인 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 26 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전성 절연 매질에서, 상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤은, 상기 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤의 응축 온도가 상기 장치 (2) 의 최소 동작 온도보다 아래, 특히 +5℃ 보다 아래, 바람직하게는 -5℃ 보다 아래, 더 바람직하게는 -20℃ 보다 아래, 더욱 더 바람직하게는 -30℃ 보다 아래, 가장 바람직하게는 -40℃ 보다 아래가 되도록 하는 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 26 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전성 절연 매질은 가스 성분들을, 상기 가스 성분들의 혼합물의 응축 온도가 상기 장치 (2) 의 최소 동작 온도 보다 아래, 특히 +5℃ 보다 아래, 바람직하게는 -5℃ 보다 아래, 더 바람직하게는 -20℃ 보다 아래, 더욱 더 바람직하게는 -30℃ 보다 아래, 가장 바람직하게는 -40℃ 보다 아래가 되도록 하는 부피 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제 26 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치 (2) 는 예비량의 액체 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤, 특히 4 내지 12개 탄소 원자들을 함유하는 플루오로케톤, 및/또는 절대 충전 압력이 상기 장치 (2) 의 주어진 압력 한계보다 아래로 유지되도록 상기 절연 매질의 최대 허용 동작 온도를 제한하기 위한 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 특히 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 유전성 절연 매질로서,
    트리플루오로요오드메탄 (CF3I) 과 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤인 적어도 하나의 추가 성분과의 혼합물을 포함하는, 유전성 절연 매질.
  38. 특히 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 유전성 절연 매질로서,
    질소 산화물 (NO2, NO, N2O), 특히 이산화질소 (NO2) 와, 적어도 부분적으로 플루오르화된 플루오로케톤인 적어도 하나의 추가 성분과의 혼합물을 포함하는, 유전성 절연 매질.
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