Фторированные кетоны как высоковольтная изолирующая среда

Изобретение относится к электроизоляционной среде, содержащей или состоящей из по меньшей мере одно(го) из следующих соединений: (a) фторированный кетон из группы фторированных кетонов С4, С7 и С8 с общей формулой R-C(O)-R′, в которой R и R′ представляют собой частично фторированные или перфторированные заместители, или (b) фторированный кетон из группы фторированных кетонов С5, С9, С10, С11, С13, С14, С15. Также изобретение относится к коммутационным и распределительным устройствам, использующим указанную среду. Предложенная среда позволяет хорошо изолировать находящиеся под напряжением конструктивные элементы, надежно гасить любые дуги и обладает хорошей совместимостью с окружающей средой. 7 н. и 25 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к коммутационному устройству для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства заключен в оболочку, и эта оболочка заполнена, или может быть заполнена, наполнителем (наполняющей средой).

Все конструктивные элементы, которые находятся под напряжением в по меньшей мере одном рабочем состоянии коммутационного устройства, следует рассматривать как находящиеся под напряжением конструктивные элементы. Однако они не обязательно должны фактически находиться под напряжением в каждом рабочем состоянии коммутационного устройства. Например, выключатель, в зависимости от его настройки, не всегда находится под напряжением, хотя посредством процесса переключения он может быть переведен в рабочее состояние, при котором он будет находиться под напряжением.

В зависимости от используемых определений, разграничения диапазонов среднего, высокого или очень высокого напряжения могут изменяться. Согласно одному преобладающему определению диапазон среднего напряжения простирается от 1 кВ до 52 кВ, а диапазон высокого напряжения - от 52 кВ до 110 кВ. Согласно другому определению диапазон высокого напряжения ранее начинался с 50 кВ. Напряжения более 110 кВ обозначены как очень высокие напряжения. Следовательно, коммутационное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения можно понимать как коммутационное устройство для напряжений от 1 кВ и выше.

Распределительное и коммутационное оборудование для среднего, высокого или очень высокого напряжения также входит в число этих коммутационных устройств. Из уровня техники известно множество разнообразных коммутационных устройств этого типа.

Примерным образцом коммутационного оборудования для среднего, высокого или очень высокого напряжения является выключатель для таких напряжений, которые также используются, например, в распределительном устройстве для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Распределительное устройство этого типа обеспечивает, посредством подходящего переключения, образование соединений между различными проводниками, и, следовательно, например, подачу энергии различным потребителям, или реакцию на неисправности конкретных токопроводящих путей, при которых они шунтируются за счет выбора альтернативных путей энергоснабжения.

Коммутационные устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения часто должны удовлетворять высоким требованиям в отношении их надежности и безопасности для человека. Они включают в себя, например, в выключателях для среднего, высокого или очень высокого напряжения, таких как выключатели электропитания, силовые выключатели, прерыватели электроснабжения, выключатели нагрузки, размыкатели цепи, отсоединители нагрузки и т.д., требование того, чтобы электрические дуги, возникающие между контактами в ходе процессов переключения, могли быть быстро погашены или чтобы их возникновение могло быть предотвращено. Для удовлетворения этих требований в прошлом были предложены различные решения. Таким образом, выключатели для среднего, высокого или очень высокого напряжений могут быть специально оснащены дугогасительными катушками, назначение которых состоит в гашении дуг при переключении. Аналогично, находящиеся под напряжением конструктивные элементы коммутационных устройств для среднего, высокого или очень высокого напряжения могут быть заключены в оболочку, которая заполнена наполнителем. В качестве примера здесь следует отметить, что контакты выключателей для среднего, высокого или очень высокого напряжения часто заключены в свою оболочку, которая заполнена наполнителем. Наполнитель может обладать свойством быстрого гашения любых возникающих дуг, т.е. он может действовать как дугогасительная среда.

Находящиеся под напряжением конструктивные элементы распределительного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, например шины, могут быть заключены в оболочку, которая может быть выполнена, например, как отдельная камера или отсек с переборками в корпусе распределительного устройства. Подходящий наполнитель, которым заполнена эта оболочка, может действовать как электроизоляционная среда и может изолировать находящиеся под напряжением конструктивные элементы от других конструктивных элементов распределительного устройства. В равной мере он может действовать как дугогасительная среда для любых дуг короткого замыкания (КЗ), которые могут возникнуть внутри распределительного устройства. Личную безопасность операторов распределительного устройства можно повысить как посредством электроизоляционного действия наполнителя, так и посредством дугогасительного действия наполнителя на дуги КЗ. Если дуги КЗ гасятся сразу после их появления, времена простоя и потребности в техническом обслуживании могут быть снижены. Вместо заполнения наполнителем в оболочке коммутационных устройств для среднего, высокого или очень высокого напряжения часто создают вакуум.

В качестве наполнителей, среди прочих, могут быть названы воздух, масло и «твердый газ», т.е. материал, который преобразуется в газообразное состояние лишь при развитии дуги. В DE 598450 A раскрыт прерыватель цепи. Прерывающие контакты этого прерывателя цепи помещены в контейнеры, заполненные маслом. Из DE 641963 A известно закрытое металлическим кожухом электрическое распределительное устройство, в котором конструктивные элементы, такие как силовой выключатель и трансформатор, помещены в сосуд, заполненный маслом в качестве изоляционной жидкости.

Однако в качестве наполнителя также часто используют гексафторид серы (SF₆), который пригоден как в качестве дугогасительной среды, так и в качестве электроизоляционной среды. По сравнению с воздухом, SF₆ дает преимущество более высокого сопротивления пробою приблизительно в 2,5 раза при стандартном давлении. Это делает возможными маленькие изоляционные расстояния размыкания, а значит, позволяет сконструировать более компактные коммутационные устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Из DE 19519301 A1 известен прерыватель для заключенного в металлическую оболочку распределительного устройства высокого напряжения с элегазовой изоляцией. Здесь в корпусе, который заполнен SF₆ в качестве изолирующего газа, установлен контактный штырь и противоположный контакт. В DE 3215234 C2 описано закрытое распределительное устройство среднего напряжения, в котором коммутационные пластины расположены в корпусе, наполненном изолирующим газом; пластины могут быть переведены в три положения переключения.

Однако с точки зрения защиты окружающей среды и, в частности, охраны климата, SF₆ влечет много недостатков. Его потенциал глобального потепления (ПГП), также известный как его CO₂-эквивалент, равен 22800. Таким образом, 1 кг SF₆ за период времени в 100 лет считается приносящим такой же ущерб, как и 22800 кг CO₂. Более того, срок его жизни в атмосфере крайне высок, составляя 3200 лет. Поэтому в Европе, например, обращение и применение SF₆ подлежит строгому регулированию. Должны контролироваться, например, хранилища SF₆ и его потребление.

Поэтому задачей изобретения является обеспечение коммутационных устройств для среднего, высокого или очень высокого напряжения, которые отличаются хорошей изоляцией находящихся под напряжением конструктивных элементов, надежным гашением любых дуг, которые могут возникнуть, и хорошей совместимостью с окружающей средой.

Эта задача решается посредством коммутационного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства заключен в оболочку, и эта оболочка заполнена наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него. Кроме того, эта задача решается применением по меньшей мере одного соединения из группы фторированных кетонов в качестве компонента наполнителя или в качестве наполнителя, для заполнения оболочки, в которой заключен по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, а также способом заполнения оболочки, в которой заключен по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него.

При этом не является обязательным условием изобретения, чтобы заполнение оболочки наполнителем было полным. На самом деле, изобретение также включает и такие варианты, в которых объем наполнителя меньше, чем ограниченный оболочкой объем.

В качестве фторированных кетонов могут быть использованы, например, частично фторированные или перфторированные кетоны с общей формулой R-C(O)-R', в которой R и R' представляют собой частично фторированные или перфторированные заместители, которые могут быть одинаковыми или могут отличаться и представляют собой, например, фторированные алкильные группы. Однако R может также обозначать линейную или разветвленную алкильную группу. Фторированные алкильные группы, аналогично, могут быть линейными или разветвленными. R может, например, обозначать перфторизопропильную группу, а R'- трифторметильную группу или пентафторэтильную группу.

В качестве одного лишь примера частично фторированного кетона можно привести соединение с вышеуказанной общей формулой, в которой R обозначает линейную или разветвленную алкильную группу, например, метильную группу, а R' имеет указанное выше смысловое значение.

Конкретными соединениями из группы фторированных кетонов являются, если привести лишь несколько примеров, CF₃C(O)CF(CF₃)₂, CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂, CH₃C(O)CF₂CF₂H и CH₃C(O)CF₂CFHCF₃.

Изготовление этих фторированных кетонов описано в EP 1261398.

Фторированные кетоны можно изготавливать с использованием способов известного уровня техники. Например, их можно изготавливать диссоциацией перфторированных сложных эфиров карбоновых кислот с использованием конверсии перфторированного сложного эфира источником фторид-ионов при условиях реакции, описанных в патентном документе США 5466877 (Moore и др.), и объединением сложного эфира с по меньшей мере одним инициатором, который выбран из группы, состоящей из: газообразных, негидроксилированных нуклеофилов; жидких, негидроксилированных нуклеофилов; и смесей по меньшей мере одного негидроксилированного нуклеофила (газообразного, жидкого или твердого) и по меньшей мере одного растворителя, который является инертным по отношению к ацилирующим агентам. Предшественники фторированных сложных эфиров карбоновых кислот могут быть получены из соответствующих бесфторовых или частично фторированных углеводородных сложных эфиров посредством непосредственного фторирования газообразным фтором, как описано в описании патента США 5399718 (Costello и др.).

Фторированные кетоны, которые являются альфа-ответвленными к карбонильной группе, можно изготавливать так, например, как было описано в патенте США 3185734 (Fawcett и др.) и в журнале Американского химического общества (J. Am. Chem. Soc.), т.84, стр.4285-88, 1962. Эти разветвленные фторированные кетоны наиболее выгодно изготавливают путем присоединения гексафторпропилена к ацилгалогенидам в безводной среде в присутствии фторид-ионов при повышенной температуре, как правило, приблизительно 50-80°C. Смесь диглим/фторид-ионов может быть рециркулирована для последующих приготовлений фторированных кетонов, например, для минимизации воздействия влаги. Если используется эта схема реакции, то в продукте - разветвленном перфторированном кетоне - может присутствовать небольшое количество димера и/или тримера гексафторпропилена в качестве побочного продукта. Количество димера и/или тримера можно минимизировать путем пошагового добавления гексафторпропилена к ацилгалогениду в течение длительного периода времени, например нескольких часов. Эти загрязнения димером и/или тримером могут быть обычно удалены из перфторированного кетона дистилляцией. В случаях, когда точки кипения находятся слишком близко друг к другу для фракционной дистилляции, загрязнение димером и/или тримером можно выгодно удалять окислительным образом обработкой продукта реакции смесью перманганата щелочного металла в подходящем органическом растворителе, таком как ацетон, уксусная кислота или их смесь, при окружающей температуре или повышенной температуре предпочтительно в герметизированном сосуде.

Уксусная кислота является предпочтительным растворителем для этой цели; было обнаружено, что уксусная кислота не склонна разлагать кетон, тогда как в некоторых случаях при использовании ацетона был обнаружен определенный уровень разложения. Реакцию окисления предпочтительно проводят при повышенной температуре, т.е. выше комнатной температуры, предпочтительно приблизительно при 40°C или выше, для ускорения реакции. Реакция может быть проведена под давлением, в частности, если кетон имеет низкую точку кипения.

Реакцию предпочтительно проводят при взбалтывании с тем, чтобы содействовать полному перемешиванию двух фаз, которые, возможно, могут и не быть полностью смешиваемыми.

Если в реакции присоединения гексафторпропилена используются относительно летучие ацилгалогениды с короткой цепью (например, ацилгалогениды, содержащие от двух и примерно до пяти атомов углерода), то в реакторе при повышенных температурах реакции (например, при температурах в диапазоне от примерно 50°C до примерно 80°C) может возникнуть значительный избыток давления. Было установлено, что этот избыток давления можно минимизировать, если исходно в реактор добавлять только некоторую долю ацилгалогенидного сырья (например, около 5-30 процентов), а оставшийся ацилгалогенидный компонент подавать вместе с гексафторпропиленом непрерывно или небольшими порциями (предпочтительно в эквимолярном соотношении) предпочтительно температурах реакции по меньшей мере с одной техники в течение длительного периода времени (например, от 1 до 24 часов, отчасти в зависимости от размера реактора). Исходное ацилгалогенидное сырье и последующая подача этих двух компонентов вместе в реактор также служат минимизации получения побочных продуктов в виде димера и/или тримера гексафторпропилена. Ацилгалогенид предпочтительно представляет собой ацилфторид и может быть перфторированным (например, CF₃COF, C₂F₆COF, C₃F₇COF), частично перфторированным (например, HCF₂CF₂COF) или нефторированным (например, C₂H₅COF), причем образовавшийся продукт - кетон - является перфторированным или частично перфторированным. Перфторкетоны также могут включать в себя компоненты, которые содержат один или более не образующих цепи гетероатомов, прерывающих основную углеродную цепь в перфторированной части молекулы, таких как, например, атом азота, кислорода или серы.

Перфторированные кетоны, которые могут быть линейными, можно изготавливать согласно сведениям из описания патента США 4136121 (Martini и др.) путем конверсии соли щелочного металла и перфторированной карбоновой кислоты перфторированным ацилфторидом. Кетоны этого типа также можно изготавливать согласно сведениям из описания патента США 5998671 (Van Der Puy) путем конверсии соли перфторированной карбоновой кислоты ангидридом перфторированной кислоты в апротонном растворителе при повышенных температурах.

Наполнитель может либо содержать по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов, либо он может состоять из по меньшей мере одного соединения из группы фторированных кетонов. В первом случае, в дополнение к упомянутому по меньшей мере одному соединению из группы фторированных кетонов, компонентом наполнителя являются другие компоненты, которые не принадлежат к группе фторированных кетонов. Поэтому упомянутое по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов само по себе также является лишь одним компонентом наполнителя. Во втором случае наполнитель содержит исключительно одно или множество соединений из группы фторированных кетонов, поэтому в наполнителе нет никаких компонентов, которые не принадлежат к группе фторированных кетонов.

Примерные варианты воплощения настоящего изобретения предусматривают, что соединение из группы фторированных кетонов представляет собой соединение из группы C3-C15 фторированных кетонов, в частности группы C4-C8 фторированных кетонов, предпочтительно группы C5-C7.

В соответствии с вариантами воплощения этого типа, а также другими вариантами воплощения, можно предусмотреть, что соединение из группы фторированных кетонов представляет собой соединение из группы перфторированных кетонов.

При этом пример воплощения изобретения предусматривает, что соединение из группы перфторированных кетонов представляет собой CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂, т.е. додекафтор-2-метилпентан-3-он. Это может быть преимуществом, среди прочего, по той причине, что это соединение можно найти в продаже под торговым наименованием Novec 1230. Поэтому его не нужно специально производить для применения по изобретению, поскольку оно уже доступно. Вплоть до настоящего времени CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ уже использовался в качестве средства тушения пожара согласно уровню техники.

В дальнейшем свойства соединений из группы фторированных кетонов и возможные преимущества, которые могут сопровождать применение по изобретению соединения из группы фторированных кетонов в качестве компонента наполнителя или в качестве наполнителя для заполнения оболочки, в которой заключен по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, пояснены и описаны в конкретных терминах применительно к наполнителю, в котором соединение из группы фторированных кетонов представляет собой CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂.

Соединения из группы фторированных кетонов могут отличаться сравнительно хорошей совместимостью с окружающей средой, в частности, с точки зрения охраны климата. У CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂, например, потенциал глобального потепления (ПГП) составляет 1,1 кг, таким образом, за период времени в 100 лет CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ рассматривается приносящим такой же ущерб, как и лишь 1 кг CO₂. Срок его жизни в атмосфере составляет всего лишь 5 дней (0,014 года), а значит, во много раз меньше, чем, например, у SF₆. Его потенциал озонового истощения (ПОИ) равен 0 (нулю).

Кроме того, соединения из группы фторированных кетонов могут давать преимущество высокой электроизоляционной способности. Исходя из этого, множество преимуществ может вытекать из применения соединения из группы фторированных кетонов в качестве компонента наполнителя или в качестве наполнителя для заполнения оболочки, в которой заключен по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения.

Таким образом, существует, например, возможность конструирования особо компактных коммутационных устройств для среднего, высокого или очень высокого напряжения, которые не зависят от применения SF₆. В качестве примеров могут быть приведены выключатели и распределительные устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Отказ от SF₆, как уже было пояснено, может привнести с собой преимущество значительно улучшенной совместимости коммутационных устройств этого типа с окружающей средой. С другой стороны, необязательно имеет место случай, когда оболочка, в которой заключен упомянутый по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, должна быть специально сконструирована для заполнения наполнителем по изобретению, а вместо этого она также может быть, например, оболочкой, которая была сконструирована для заполнения SF₆ в качестве наполнителя, но которую заполняют наполнителем по изобретению. Таким образом может быть облегчен переход к применению наполнителя по изобретению.

Более того, соединения из группы фторированных кетонов могут быть пригодны для гашения дуг при переключении, или же дуг КЗ, в коммутационных устройствах для среднего, высокого или очень высокого напряжения сразу после их возникновения. Посредством этого надежность таких коммутационных устройств может быть повышена. Более того, использование дополнительных гасящих устройств, например, таких как дугогасительные катушки, может быть необязательным. Это, в свою очередь, может привести к сниженным производственным затратам и в то же время может снизить пространственные требования по размещению коммутационных устройств для среднего, высокого и очень высокого напряжения. Также, при применении соединения из группы фторированных кетонов в качестве компонента наполнителя или в качестве наполнителя для заполнения оболочки, в которой заключен по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент выключателя для среднего, высокого или очень высокого напряжения, требования к соответствующему приводу выключателя могут быть снижены. Таким образом, дугогасительные свойства наполнителя могут, например, сделать излишним особо быстрое разъединение контактов, которое ранее было необходимым при размыкании выключателя для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Посредством этого может быть обеспечена возможность использования более экономически эффективных и компактных приводов выключателей.

Таким образом, наполнитель можно использовать служащим в качестве электроизоляционной среды и/или дугогасительной среды.

Указывая еще одно дополнительное возможное преимущество, коммутационные устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, в которых по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства заключен в оболочку, и эта оболочка заполнена наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, могут быть особо пригодными для функционирования в экстремальных климатических условиях. Их также можно использовать за пределами зданий с контролируемым климатом. Более того, наполнители этого типа могут при нормальных условиях существовать в виде жидкости. Это может облегчить хранение и транспортировку. Например, точка замерзания CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ составляет -108°C. С другой стороны, критическая температура CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ составляет +168,7°C. Поэтому при нормальных условиях CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ существует в виде жидкости.

Наполнитель, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, может к тому же обладать тем преимуществом, что оно почти совершенно неопасно для здоровья. Это повышает уровни безопасности при работе с наполнителем, например, в ходе производства, установки или технического обслуживания коммутационного устройства по изобретению или в ходе его эксплуатации. Например, для CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ свойство неопасности для здоровья в очень значительной мере выполняется. Это справедливо также после любого распыления в воздухе.

Кроме того, наполнитель, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, может не иметь запаха, что делает его приятным для работы с ним.

Более того, наполнитель, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, может обладать низкой вязкостью, что облегчает заполнение оболочки наполнителем, в частности, посредством автоматических насосов. Например, CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ обладает вязкостью 3,9×10-8 м²/с при 25°C.

Наполнитель, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, может к тому же быть бесцветным и может рассеиваться (развеиваться) с объектов, с которыми он приходит в контакт, не оставляя никаких следов.

Примеры воплощения настоящего изобретения предусматривают, что коммутационное устройство выполнено в виде коммутационного устройства для среднего напряжения. Применение соединения из группы фторированных кетонов в качестве компонента наполнителя или в качестве наполнителя для заполнения оболочки, в которой заключен по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства среднего напряжения, может привнести с собой то преимущество, что, по сравнению с диапазонами более высокого напряжения, в диапазоне среднего напряжения, т.е. в диапазоне напряжений от 1 кВ до 52 кВ, наполнитель по изобретению может гасить дугу с особенно высокой вероятностью, а электроизоляционное действие может быть гарантировано наполнителем особенно надежным образом.

В соответствии с примерной формой воплощения изобретения коммутационное устройство по изобретению выполнено в виде выключателя с по меньшей мере двумя заключенными в оболочку контактными средствами. Эти контактные средства могут иметь различные конструкции. Следовательно, конструктивное исполнение контактных средств в виде трубок-разрядников, которые могут быть электрически соединены через переключающий контакт, так же осуществимо, как и реализация в виде пары контактных деталей, которые могут быть непосредственно соединены друг с другом электрически. В примерных формах воплощения здесь разъяснено, что может быть выгодным, если контактные средства непосредственно окружены наполнителем за счет размещения этих двух контактных средств в оболочке. Тогда наполнитель может изолировать контактные средства в направлении наружу, иными словами, он может действовать как электроизоляционная среда. Кроме того, он может немедленно гасить дуги, которые возникают в ходе электрического разъединения или соединения контактных средств, и, следовательно, может поддерживать надежную эксплуатацию выключателя, а значит, и всего электрического устройства, в котором он установлен. Более того, быстрое тушение дуг может способствовать сниженному износу конструктивных элементов выключателя и, таким образом, может повысить срок их службы.

Выключатель также может иметь более двух контактных средств; он может, например, быть выполненным в виде трехпозиционного переключателя с тремя заключенными в оболочку контактными средствами.

Дополнительные примеры воплощения изобретения предусматривают, что коммутационное устройство выполнено в виде распределительного устройства. В распределительном устройстве часто присутствует большое число находящихся под напряжением конструктивных элементов; они должны быть изолированы относительно других частей. Примеры таких конструктивных элементов включают в себя шины, кабельные соединители (разъемы) или выключатели. Аналогично, в распределительном устройстве могут возникать дуги при переключении или дуги КЗ, которые необходимо гасить как можно скорее после их появления. Наполнитель может выполнять эти задачи. При этом возможно, чтобы распределительное устройство включало в себя множество отдельных оболочек, которые в каждом случае заполнены наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него. Все оболочки могут быть заполнены одним и тем же наполнителем, или же наполнители могут различаться. В соответствии с другими вариантами весь корпус распределительного устройства может быть заполнен наполнителем, так что корпус образует оболочку в соответствии с изобретением.

В соответствии с типичными примерами воплощения изобретения коммутационное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения выполнено в виде распределительного устройства, которое включает в себя по меньшей мере один размещенный в оболочке выключатель для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Таким образом, размещенные в оболочке выключатели могут быть электрически изолированы относительно других частей распределительного устройства посредством наполнителя, содержащегося в оболочке. В соответствии с этим примером воплощения изобретения в оболочке может быть размещено как множество выключателей для среднего, высокого или очень высокого напряжения распределительного устройства, так и лишь единственный выключатель. Аналогично, в состав распределительного устройства могут входить различные оболочки, в каждой из которых размещен по меньшей мере один выключатель для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Наполнитель по изобретению может благодаря хорошему электроизоляционному действию повысить эксплуатационную надежность распределительного устройства и, в то же время, открыть возможность особо компактных форм конструкции. Поскольку наполнитель по изобретению может быть выполнен обладающим сильным дугогасительным действием, в соответствии с примером воплощения любые дуги КЗ, возникающие внутри заполненной наполнителем оболочки, могут быть быстро погашены. Это может быть выгодным с точки зрения эксплуатационной надежности распределительного устройства, а также может повысить срок его службы и снизить требования к техническому обслуживанию.

Примерные формы воплощения изобретения предусматривают, что коммутационное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения выполнено в виде распределительного устройства, которое включает в себя по меньшей мере один размещенный в оболочке выключатель для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем этот выключатель, в свою очередь, сам является коммутационным устройством для среднего, высокого или очень высокого напряжения. По меньшей мере два контактных средства выключателя заключены в оболочку выключателя, причем эта оболочка заполнена наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него. В примерах воплощения изобретения распределительное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения может соответственно иметь оболочку, которая выполнена, например, в виде коммутационной камеры и заполнена наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него. Внутри этой оболочки размещен по меньшей мере один выключатель для среднего, высокого или очень высокого напряжения, по меньшей мере два контактных средства которого заключены в другую оболочку, которая аналогично заполнена наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него. При этом наполнители оболочки распределительного устройства, такого как, например, коммутационная камера, и наполнители оболочки контактных средств выключателя не обязательно обладают одинаковым составом.

Одно преимущество этих примеров воплощения можно усмотреть в том, что особенно хорошее электроизоляционное действие и особенно хорошее дугогасительное действие наполнителя или наполнителей могут ощущаться как в оболочке распределительного устройства, так и в оболочке контактных средств. Тогда преимущества наполнителя, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, могут быть использованы в двух отношениях и могут, таким образом, проявляться в особенно значительной степени.

Другие примерные формы воплощения изобретения включают тот признак, что коммутационное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения выполнено в виде распределительного устройства, которое включает в себя по меньшей мере один размещенный в оболочке выключатель для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем размещенный в оболочке выключатель включает в себя по меньшей мере два контактных средства, которые окружены наполнителем оболочки распределительного устройства. Следовательно, распределительное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения может иметь оболочку, которая выполнена, например, в виде коммутационной камеры и заполнена наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него. Внутри этой оболочки размещен по меньшей мере один выключатель для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Однако, в отличие от примера воплощения, поясненного непосредственно выше, его по меньшей мере два контактных средства не заключены второй раз внутри зоны, ограниченной оболочкой распределительного устройства, то есть, например, внутри коммутационной камеры. Таким образом, наполнитель оболочки распределительного устройства также может окружать контакты выключателя, размещенного внутри этой оболочки. Поскольку наполнитель, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, может быть в равной мере пригодным для гашения дуг при переключении выключателя для среднего, высокого или очень высокого напряжения очень скоро после их появления, а также для эффективного противодействия дугам КЗ, и в то же время может обеспечить превосходную электрическую изоляцию, можно обойтись без какой-либо отдельной оболочки контактных средств. Посредством этого производственные ресурсы и пространственные требования по размещению распределительного устройства могут быть дополнительно снижены.

В соответствии с некоторыми формами воплощения изобретения распределительное устройство может быть выполнено в виде коммутатора выключения, который содержит более одного выключателя. В частности, если контактные средства выключателей заключены в общую оболочку с наполнителем, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него; если, например, контактные средства также окружены наполнителем оболочки распределительного устройства, может оказаться возможной особо компактная конструкция коммутатора выключения.

Примеры воплощения изобретения предусматривают, что оболочка распределительного устройства снабжена закрывающим элементом, который может открываться и снова закрываться. Закрывающий элемент может, например, быть выполнен в виде откидного клапана, который прикреплен к оболочке, и имеет признаки запирающего средства, а также герметизирующего средства. Если коммутационное устройство существует, например, как распределительное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения, благодаря закрывающему элементу существует возможность получения доступа к заключенным в оболочку частям распределительного устройства в целях технического обслуживания. Наполнитель, который содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него, может при нормальных условиях существовать в виде жидкости. Посредством этого наполнитель можно выпускать из оболочки в ходе технического обслуживания и просто собирать в контейнер, а после завершения технического обслуживания - повторно завивать его в оболочку распределительного устройства. Таким образом, становится возможными снижение потребления наполнителя, а значит, и экономия затрат.

В дальнейшем изобретение будет пояснено более подробно с помощью чертежей.

При этом:

На Фиг. 1 показано схематическое представление выключателя для среднего, высокого или очень высокого напряжения в соответствии с первым примером воплощения изобретения;

На Фиг. 2 схематически показано представление средневольтного распределительного устройства в соответствии со вторым примером воплощения изобретения, которое включает в себя выключатель в соответствии с первым примером воплощения изобретения;

На Фиг. 3 показана блок-схема, которая иллюстрирует последовательность операций способа по изобретению.

На Фиг. 1 показано схематическое представление выключателя 100 для среднего, высокого или очень высокого напряжения, который, иными словами, представляет собой коммутационное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения, в соответствии с первым примером воплощения изобретения. Выключатель 100 включает в себя два контактных средства, выполненных в виде контактных деталей 101 и 102. Они заключены в оболочку 105. Контакт с ними может быть установлен через соединительные детали 103 и 104. Соединительные детали 103 и 104 выведены наружу сквозь керамические изоляторы 106 и 107. Указывая еще одну возможность, также можно использовать изоляторы из литьевой смолы. Контактная деталь 101 и соединительная деталь 103 выполнены так, что они могут перемещаться с тем, чтобы контактные детали 101 и 102 можно было электрически соединять или разъединять друг с другом. С этой целью соединительная деталь 103 окружена гофрированной трубкой 108, которая выведена сквозь керамический изолятор 106. Соединительная деталь 103 может быть соединена с приводом выключателя. В оболочке 105 выключателя 100 находящиеся под напряжением конструктивные элементы выключателя 100 заключены вместе с контактными деталями 101 и 102, как и соответствующие секции соединительных деталей 103 и 104. Оболочка 105 заполнена наполнителем 109, который состоит из соединения из группы фторированных кетонов. В данном примере в качестве наполнителя 109 взят CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂; он является перфторированным кетоном C6.

Наполнитель 109 отличается тем свойством, что он электрически изолирует находящиеся под напряжением конструктивные элементы 101-104 выключателя 100 от оболочки 105 и от окружающей среды. При этом его электроизоляционное действие выражено довольно сильно, вследствие чего работа может быть предпринята с меньшим объемом наполнителя. Это обеспечивает компактную конструкцию выключателя 100. Кроме того, наполнитель 109 обладает свойством быстрого гашения дуг, которые могут возникать в ходе процессов переключения между контактными деталями 101 и 102, что является выгодным с точки зрения эксплуатационной надежности и срока службы выключателя 100. В отличие от широко используемой среды SF₆, он является климатически благоприятным. Более того, он является неядовитым, и поэтому с ним можно обращаться без вреда для здоровья.

Аналогичным образом может быть сконструирован трехпозиционный переключатель с тремя контактными средствами, заключенными в оболочку 105.

На Фиг. 2 показано схематическое представление средневольтного распределительного устройства 200 в соответствии со вторым примером воплощения изобретения, которое включает в себя выключатель 100 в соответствии с первым примером воплощения изобретения.

Средневольтное распределительное устройство 200 разделено на различные зоны посредством перегородок 201 и корпуса 206. В целях ясности только некоторые из этих перегородок снабжены ссылочными обозначениями. Распределительное устройство 200 включает в себя низковольтную зону NVR, шинную зону SSR, зону TSR прерывателя цепи, зону LSR силового выключателя и зону KAR кабельного соединения. Перегородки 201 образуют оболочки низковольтной зоны NVR, шинной зоны SSR, зоны TSR прерывателя цепи, зоны LSR силового выключателя и зоны KAR кабельного соединения. Каждая из оболочек зон SSR, TSR и LSR средневольтного распределительного устройства 200 снабжена закрывающим элементом 205, который можно открывать и снова закрывать. Зона LSR силового выключателя содержит находящийся под напряжением конструктивный элемент в виде силового выключателя 100. Аналогично, находящиеся под напряжением конструктивные элементы размещены в зоне KAR кабельного соединения в виде соединительных деталей 202. Шина 203 шинной зоны SSR аналогично является находящимся под напряжением конструктивным элементом. Зона TSR аналогично содержит находящийся под напряжением конструктивный элемент в виде размыкающего и заземляющего переключателя 400, который выполнен в виде трехпозиционного переключателя. Таким образом, находящиеся под напряжением конструктивные элементы заключены в оболочки зон LSR, KAR, SSR и TSR, образованные перегородками 201 и корпусом 206. В частности, средневольтное распределительное устройство 200 включает в себя, в виде силового выключателя 100 и размыкателя 400 цепи, рассчитанные на среднее напряжение выключатели, каждый в своей оболочке. Оболочки, которые ограничивают зоны LSR, TSR и SSR, в каждом случае заполнены наполнителем 204, который состоит из соединения из группы фторированных кетонов. В данном примере наполнитель 204 выбран тем же самым CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ во всех зонах LSR, TSR и SSR. Таким образом, при производстве в запасе должен поддерживаться только один наполнитель. Оболочки выполнены посредством подходящей конструкции перегородок 201 и корпуса 206 таким образом, чтобы наполнитель не мог вытечь из них. Однако, также можно изолировать шинную зону SSR иным образом, чем ее заполнением наполнителем по изобретению. Таким образом, например, можно использовать твердое вещество, также как и воздух.

Применение CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ в качестве наполнителя 204 обеспечивает хорошую изоляцию находящихся под напряжением конструктивных элементов 100, 400 и 203. В то же время, наполнитель пригоден для быстрого гашения дуг КЗ, которые могут возникнуть внутри зон LSR, TSR и SSR; это может повысить эксплуатационную надежность, а также срок службы средневольтного распределительного устройства 200. Оболочки зон LSR, TSR и SSR также гарантируют то, что дуга, возникающая в одной из этих зон, не сможет попасть в другие зоны. По сравнению с SF₆, наполнитель 204 является менее опасным для климата.

Силовой выключатель 100 сконструирован в соответствии с примером воплощения, соответствующим показанному на Фиг. 1 примеру воплощения. Поэтому силовой выключатель 100 представляет собой коммутационное устройство по изобретению, которое характеризуется наличием своей собственной оболочки. В то же время, силовой выключатель 100 заключен в оболочку, образованную перегородками 201, зоны LSR силового выключателя средневольтного распределительного устройства 200, которое само по себе как таковое аналогично представляет собой коммутационное устройство по изобретению. Здесь, например, наполнители 204 оболочек средневольтного распределительного устройства 200 и наполнитель 109 оболочки 105 с контактными средствами 101 и 102 (показанными только на Фиг. 1) силового выключателя 100 не обязательно должны иметь одинаковый состав.

Использование силового выключателя 100, который сам по себе является коммутационным устройством по изобретению, в качестве компонента средневольтного распределительного устройства 200, которое аналогично представляет собой коммутационное устройство по изобретению, дает то преимущество, что особенно хорошее электроизоляционное действие и особенно хорошее дугогасительное действие наполнителя CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ сами по себе могут быть ощутимыми как в оболочке зоны LSR силового выключателя средневольтного распределительного устройства 200, так и в оболочке 105 контактных средств 101, 102. Тогда преимущества наполнителя CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ могут быть использованы в двух отношениях, а значит, могут проявлять себя в особенно значительной степени.

Вместо силового выключателя 100, используемого в этом примере воплощения, можно также использовать другие силовые выключатели, такие как, например, вакуумные выключатели. В качестве альтернативы, также можно не заключать в оболочку отдельно контактные средства силового выключателя, как было спроектировано, так что контактные средства силового выключателя также окружены наполнителем 204 оболочки, образованной перегородками 201, которая ограничивает зону LSR силового выключателя средневольтного распределительного устройства 200. Поскольку наполнитель 204 может быть пригодным для гашения дуг при переключении силового выключателя очень скоро после их возникновения, также как и для эффективного противодействия дугам КЗ, а также для обеспечения превосходной электрической изоляции, можно обойтись без отдельной оболочки контактных средств. Посредством этого производственные ресурсы и пространственные требования (необходимая площадь) для размещения средневольтного распределительного устройства 200 могут, возможно, быть дополнительно снижены.

Закрывающий элемент 205, который можно открывать и снова закрывать, например, оболочки зоны LSR силового выключателя средневольтного распределительного устройства 200, выполнен в виде откидного клапана (заслонки) и характеризуется запирающим средством (не показано), а также герметизирующим средством (не показано). Закрывающий элемент 205 позволяет осуществлять доступ к силовому выключателю 100 в целях технического обслуживания. Наполнитель при нормальных условиях существует в виде жидкости. Посредством этого наполнитель 204 может согласно примеру воплощения быть выпущен в ходе технического обслуживания из оболочки, которая ограничивает зону LSR силового выключателя, собран в контейнере простым образом, а после завершения технического обслуживания может быть повторно залит в оболочку. Таким образом, возможны снижение потребления наполнителя 204, а значит, и экономия затрат.

На Фиг. 3 показана блок-схема, которая примерно иллюстрирует последовательность операций способа по изобретению.

Этап 301 - это отправная точка. Этап 302 содержит заполнение наполнителем оболочки, в которой заключен каждый по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент коммутационного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения. Наполнитель содержит по меньшей мере одно соединение из группы фторированных кетонов или состоит из него. Способ завершается на этапе 303.

1. Электроизоляционная среда, содержащая или состоящая из по меньшей мере одно(го) из следующих соединений:
(a) фторированный кетон из группы фторированных кетонов С4, С7 и С8 с общей формулой R-C(O)-R′, в которой R и R′ представляют собой частично фторированные или перфторированные заместители, или
(b) фторированный кетон из группы фторированных кетонов С5, С9, С10, С11, С13, С14, С15.

2. Электроизоляционная среда по п.1, при этом соединение из группы фторированных кетонов представляет собой фторированный кетон С5 или С7.

3. Электроизоляционная среда по п.1, при этом соединение из группы фторированных кетонов выбрано из группы, состоящей из CF₃C(О)CF(CF₃)₂, СН₃С(О)CF₂CF₂H и СН₃С(О)CF₂CFHCF₃.

4. Электроизоляционная среда по п.1, при этом фторированный кетон является альфа-ответвленным к карбонильной группе.

5. Электроизоляционная среда по п.1, при этом соединение из группы фторированных кетонов содержит по меньшей мере один компонент, который содержит один или более не образующих цепи гетероатомов, прерывающих основную углеродную цепь в перфторированной части молекулы.

6. Электроизоляционная среда по п.5, при этом гетероатом представляет собой атом азота, кислорода или серы.

7. Электроизоляционная среда по п.5 или 6, при этом соединение представляет собой перфторкетон.

8. Наполнитель для коммутационного устройства и/или распределительного устройства для среднего, высокого или очень высокого напряжения, содержащий электроизоляционную среду по любому из предыдущих пунктов.

9. Наполнитель по п.8, дополнительно содержащий по меньшей мере один дополнительный компонент, не принадлежащий к группе фторированных кетонов.

10. Наполнитель по п.8, при этом наполнитель состоит из электроизоляционной среды по любому из пп.1-7.

11. Коммутационное устройство (100, 200) для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент (101, 102, 103, 104, 100, 202, 203, 400) коммутационного устройства заключен в оболочку (105, 201, 206), и эта оболочка (105, 201, 206) заполнена наполнителем (109, 204) по любому из пп.8-10.

12. Распределительное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент (101, 102, 103, 104, 100, 202, 203, 400) распределительного устройства заключен в оболочку (105, 201, 206), и эта оболочка (105, 201, 206) заполнена наполнителем (109, 204) по любому из пп.8-10.

13. Распределительное устройство по п.12, при этом конструктивный элемент содержит шину, кабельный соединитель и/или выключатель.

14. Распределительное устройство для среднего, высокого или очень высокого напряжения, в котором по меньшей мере один выключатель заключен в коммутационную камеру, причем по меньшей мере два контактных средства упомянутого выключателя заключены в оболочку, при этом коммутационная камера и оболочка заполнены наполнителем (109, 204) по любому из пп.8-10.

15. Распределительное устройство по п.14, при этом наполнители коммутационной камеры и оболочки обладают одинаковым составом.

16. Распределительное устройство по п.14, при этом наполнители коммутационной камеры и оболочки обладают различным составом.

17. Коммутационное устройство (100, 200) для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем по меньшей мере один находящийся под напряжением конструктивный элемент (101, 102, 103, 104, 100, 202, 203, 400) коммутационного устройства заключен в оболочку (105, 201, 206), и эта оболочка (105, 201, 206) заполнена наполнителем (109, 204) по любому из пп.8-10, причем оболочка содержит закрывающий элемент, который может открываться и снова закрываться.

18. Коммутационное устройство по п.17, при этом закрывающий элемент представляет собой откидной клапан.

19. Коммутационное устройство по п.17, при этом откидной клапан имеет запирающее средство и герметизирующее средство.

20. Коммутационное устройство по любому из пп.17-19, при этом закрывающий элемент обеспечивает доступ к тем частям коммутационного устройства, которые заключены в оболочку.

21. Коммутационное устройство по любому из пп.17-20, при этом закрывающий элемент позволяет заполнять наполнителем оболочку и удалять наполнитель из оболочки.

22. Коммутационное устройство (100, 200) для среднего, высокого или очень высокого напряжения, причем по меньшей мере два контактных средства коммутационного устройства заключены в оболочку (105, 201, 206), и эта оболочка (105, 201, 206) заполнена наполнителем (109, 204) по любому из п.8-10.

23. Коммутационное устройство по п.22, при этом упомянутые по меньшей мере два контактных средства имеют различные конструкции.

24. Коммутационное устройство по п.22, при этом упомянутые по меньшей мере два контактных средства представляют собой трубки-разрядники, которые могут быть электрически соединены через переключающий контакт.

25. Коммутационное устройство по п.22, при этом упомянутые по меньшей мере два контактных средства представляют собой две контактные детали, которые могут быть непосредственно соединены друг с другом электрически.

26. Коммутационное устройство по п.22, при этом коммутационное устройство представляет собой трехпозиционный переключатель с тремя заключенными в оболочку контактными средствами.

27. Коммутационное устройство по любому из пп.22-26, при этом коммутационное устройство представляет собой распределительное устройство, содержащее по меньшей мере два находящихся под напряжением конструктивных элемента, которые электрически изолированы относительно друг друга.

28. Коммутационное устройство по п.27, при этом находящиеся под напряжением конструктивные элементы включают в себя шину, кабельный соединитель или выключатель.

29. Коммутационное устройство по п.27 или 28, при этом распределительное устройство включает в себя множество отдельных оболочек, каждая из которых заполнена наполнителем (109, 204) по любому из пп.8-10.

30. Коммутационное устройство по п.29, при этом наполнитель является одинаковым для всех оболочек.

31. Коммутационное устройство по п.29, при этом наполнитель различается между оболочками.

32. Коммутационное устройство по любому из пп.27-31, при этом распределительное устройство представляет собой коммутатор выключения, содержащий более одного выключателя.