包含有機(jī)氟化合物的電絕緣體及其制造方法
【專利說明】包含有機(jī)氟化合物的電絕緣體及其制造方法
[0001] 本發(fā)明涉及獨(dú)立權(quán)利要求1和21的前序的電絕緣體和制備電絕緣體的方法。本 發(fā)明還涉及用于產(chǎn)生、分布和/或使用電能的裝置，所述裝置包括電絕緣體；還涉及電絕緣 體用作高壓絕緣體的用途，以及用于絕緣隔離物、柱型隔離物、隔板絕緣體或基座絕緣體、 支承絕緣體、懸浮絕緣體、套管、高壓絕緣體、中壓絕緣體、低壓絕緣體、絕緣鑄筒、絕緣套、 絕緣棒、絕緣軸、絕緣接頭、絕緣端頭、電纜絕緣和/或絕緣涂層的用途。另外，本發(fā)明涉及 有機(jī)氟化合物作為覆蓋氣體用于處理預(yù)聚或聚合物質(zhì)的用途，特別是提供用于電絕緣體的 電絕緣固體材料。
[0002] 電絕緣體在本領(lǐng)域熟知。它們用于在電設(shè)備中支承和隔離電導(dǎo)體，而不使電流通 過絕緣體本身。具體地講，在用于高壓應(yīng)用時(shí)，電絕緣體可能經(jīng)歷局部放電現(xiàn)象。局部放電 為在尚電壓應(yīng)力下電絕緣系統(tǒng)的小部分的局部介電擊穿。
[0003] 在固體電絕緣體中，局部放電通常在絕緣體的主體內(nèi)形成的空隙或裂紋內(nèi)開始。 由于空隙中包含的氣體的介電常數(shù)一般顯著小于周圍固體材料的介電常數(shù)，因此，空隙中 的電場顯著高于固體材料。如果跨空隙的電壓應(yīng)力增加到其中包含的氣體的電暈起始電壓 以上，就會(huì)發(fā)生局部放電。在工業(yè)生產(chǎn)中，鑄塑過程在大氣中進(jìn)行，并且空隙用空氣填充，這 導(dǎo)致與周圍固體絕緣材料的介電強(qiáng)度相比更差的介電強(qiáng)度。
[0004] 延長的局部放電可能腐蝕固體絕緣，并最終導(dǎo)致絕緣擊穿。為了防止這樣，已試圖 消除絕緣材料內(nèi)空隙的形成，并因此抑制引發(fā)局部放電。
[0005] 例如，關(guān)于基于環(huán)氧樹脂的絕緣材料，以消除其中的空隙或任何其它缺陷為目的， 已提出所謂的"真空鑄塑"。相應(yīng)方法例如在以下網(wǎng)站上涉及：http://www.toshiba.co.jp/ sis/en/tands/insulator/index.htm〇
[0006] 然而，消除聚合材料（例如，環(huán)氧樹脂）內(nèi)空隙的方法相對(duì)復(fù)雜，并且需要復(fù)雜設(shè) 備。大規(guī)模生產(chǎn)的情況特別如此，因?yàn)橛纱诵枰榭障鄬?duì)較大的反應(yīng)器空間。
[0007] 由于此缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種電絕緣體，所述電絕緣體容易制造，同時(shí)顯 示很低的局部放電傾向。
[0008] 本發(fā)明的目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決。優(yōu)選的實(shí)施方案限定于從屬權(quán)利要 求中。
[0009] 具體地講，本發(fā)明涉及用于電裝置（例如，變換器或開關(guān)裝置）的電絕緣體，所述 絕緣體包括包含電絕緣固體材料的主體和分散于主體內(nèi)的非固體內(nèi)含物。本發(fā)明的電絕緣 體的特征在于，至少一部分內(nèi)含物包含至少一種具有比SFdK的全球變暖潛勢的有機(jī)氟化 合物。
[0010] 因此，電絕緣體的主體包含多種氣體和/或液體內(nèi)含物。各內(nèi)含物限定由電絕緣 固體材料圍繞的分隔的內(nèi)含物空間，即空腔或空隙。如所提到，內(nèi)含物可由氣體或液體或二 者形成，因此，內(nèi)含物空間可相互獨(dú)立地包含氣體、液體或二者。
[0011]由于至少部分內(nèi)含物包含有機(jī)氟化合物，本發(fā)明允許在內(nèi)含物空間內(nèi)提供很高的 介電強(qiáng)度。因此，與包含空氣內(nèi)含物的常規(guī)電絕緣體比較，顯著減小電絕緣體局部放電的傾 向。最后，與提供有包含空氣內(nèi)含物的常規(guī)絕緣體的裝置比較，這帶來安全得多的電裝置操 作。
[0012] 因此，本發(fā)明的方法完全不同于以上提到的教導(dǎo)消除空隙的當(dāng)今技術(shù)水平提出的 方法。相反，本發(fā)明允許這些空隙存在，但通過用具有高介電強(qiáng)度的有機(jī)氟化合物填充它們 使它們有較小害處。在實(shí)施方案中，內(nèi)含物具有高于空氣的介電強(qiáng)度，和/或有機(jī)氟化合物 具有高于空氣的介電強(qiáng)度。
[0013] 在實(shí)施方案中，內(nèi)含物包含至少一種選自以下的組分：空氣、空氣組分、二氧化碳 (C02)、氧氣（02)、氮?dú)猓∟2)、稀有氣體、一氧化氮、二氧化氮及它們的混合物。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，有機(jī)氟化合物具有比SF6低的全球變噯潛勢（GWP)。在實(shí)施方案中， 電絕緣體中的內(nèi)含物具有經(jīng)100年小于22' 800的全球變噯潛勢GWP，優(yōu)選小于15' 000,更 優(yōu)選小于10' 〇〇〇,甚至更優(yōu)選小于5' 000,甚至更優(yōu)選小于3' 000,甚至更優(yōu)選小于2' 000。
[0015]GWP是大氣中溫室氣體俘獲多少熱量的相對(duì)量度。它比較一定質(zhì)量的所關(guān)注的氣 體俘獲的熱量與類似質(zhì)量的二氧化碳俘獲的熱量。GWP相對(duì)于特定時(shí)間間隔計(jì)算，一般為 20、100或500年。它表示為二氧化碳（C02)的因子，二氧化碳的GWP標(biāo)準(zhǔn)化為1。另外，根 據(jù)本發(fā)明使用的有機(jī)氟化合物一般無毒，或者有很低的毒性水平，如下討論。
[0016] 假定有機(jī)氟化合物具有低于GWP的事實(shí)，則本發(fā)明的電絕緣體，更具體地 講，其制造方法，對(duì)環(huán)境沒有顯著影響。因此，不需要在利用SF6時(shí)所需的復(fù)雜安全措施。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，有機(jī)氟化合物具有經(jīng)100年小于1000的全球 變噯潛勢GWP，優(yōu)選小于700,更優(yōu)選小于300,更優(yōu)選小于100,更優(yōu)選小于50,更優(yōu)選小于 20,最優(yōu)選小于10。
[0018] 關(guān)于環(huán)境方面，本發(fā)明的有機(jī)氟化合物一般具有0的臭氧損耗潛勢（ODP)。
[0019] 在本發(fā)明的背景中，術(shù)語"內(nèi)含物"應(yīng)寬泛解釋，并且包括由電絕緣固體材料圍繞 的任何非固體材料。同樣，術(shù)語"內(nèi)含物空間"應(yīng)寬泛解釋，并且包括在電絕緣固體材料內(nèi) 或在兩種不同材料之間的界面或邊界形成的任何分隔的空間。具體地講，它包括空隙，以下 也稱為泡。更具體地講，術(shù)語"內(nèi)含物空間"包括在處理期間在預(yù)聚或聚合物質(zhì)內(nèi)自發(fā)形成 的泡以及泡沫材料的泡。更具體地講，該術(shù)語包括亞毫米級(jí)的泡，即，具有小于1毫米的平 均直徑，更具體為顯微級(jí)的泡，即，小于容易由肉眼看到的那些并且需要透鏡或顯微鏡才能 清楚地看到它們的泡。
[0020] 具體地講，術(shù)語"內(nèi)含物空間"或"內(nèi)含物"或"泡"也包括用于減小電絕緣固體材 料（特別是電絕緣固體材料的聚合材料）的密度的中空主體（例如微球體）的內(nèi)部。
[0021] 雖然內(nèi)含物可包含氣態(tài)組分和/或液體組分二者，具體地講，可以為雙相系統(tǒng)，但 本發(fā)明總體上或在實(shí)施方案中的內(nèi)含物為氣體內(nèi)含物，這是指內(nèi)含物的每種組分在電裝置 的操作條件均處于氣態(tài)形式。
[0022] 另外，內(nèi)含物，特別是氣體內(nèi)含物，可相互獨(dú)立地包含一種單一組分或組分的混合 物，因此，內(nèi)含物空間可相互獨(dú)立地包含一種單一組分或組分的混合物。
[0023] 具體地講，內(nèi)含物可包含空氣和/或至少一種空氣組分，具體選自二氧化碳（C02)、 氧氣（〇2)和氮?dú)猓╪2)和/或稀有氣體和/或一氧化氮和/或二氧化氮。根據(jù)一個(gè)特別優(yōu) 選的實(shí)施方案，包含至少一種有機(jī)氟化合物的內(nèi)含物還包含〇 2，因?yàn)檫@允許有效避免生成 有害的分解產(chǎn)物。
[0024] 如上提到，本發(fā)明的電絕緣體的內(nèi)含物一般為氣體內(nèi)含物。因此，特別優(yōu)選至少一 種有機(jī)氟化合物在電裝置的操作條件下處于氣態(tài)。具體地講，至少一種有機(jī)氟化合物可在 電絕緣體通常暴露的整個(gè)溫度范圍內(nèi)處于氣態(tài)，因此，其具有高于暴露的最低溫度的沸點(diǎn)。 更優(yōu)選內(nèi)含物的每種組分在電裝置的操作條件下均處于氣態(tài)。由于沒有有機(jī)氟化合物相變 發(fā)生，特別是沒有蒸發(fā)，因此，絕緣體不經(jīng)受內(nèi)含物空間中有顯著增壓時(shí)可能發(fā)生并且可最 終導(dǎo)致形成裂紋的任何應(yīng)力。因此，在電裝置的操作條件下處于氣態(tài)的有機(jī)氟化合物還有 助于絕緣體的高穩(wěn)定性和抗擊穿性。
[0025] 如本文提到，本發(fā)明既包括其中至少一部分內(nèi)含物（更具體地講，氣體內(nèi)含物）還 包含除有機(jī)氟化合物外的其它組分的實(shí)施方案，也包括其中至少一部分內(nèi)含物（