一种二元混合气体绝缘介质和应用及含有该气体绝缘介质的电力设备的制作方法

1.本发明涉及电力领域，尤其涉及一种二元混合气体绝缘介质和应用及含有 该气体绝缘介质的电力设备。


背景技术：

2.目前应用于气体绝缘电力设备中起绝缘、灭弧或隔离输电导体和腔体外壳 作用的介质主要为六氟化硫(sf6)，其优异的灭弧和绝缘性能使得其成为目前 应用于绝缘封闭式组合开关、气体绝缘断路器、气体绝缘输电管道等压缩气体 类电力设备中应用最为广泛的气体电介质。然而其主要缺点为对于环境的危害 较大，具体体现为其全球变暖潜势值(gwp)为co2的23900倍(以100年为 时间尺度)，和在大气中的留存时间较长，为3200年。因此，寻求sf6的替代绝 缘介质成为国内外电力设备制造厂家及电力领域科研工作者的共同诉求。
3.第一代替代气体选择将较高气压的氮气，压缩空气或二氧化碳等填充至设 备当中，但是由于这些气体的绝缘性能往往低于sf6。因此，在实际应用中往往 充入很高气压的气体，从而不得不通过增大设备的体积以满足高气压下设备外 壳强度的要求。如此也增加了设备的成本，与近年来小型化、小尺寸、经济性 等要求不符，也因此不被建议使用。
4.近年来不断涌现出诸如cf3i、c3f7cn、c2f5cn、cf3cn、c4f7n、 hfo-1234ze(e)、hfo-1234yf等新型潜在替代气体。在随后的研究中发现cf3i 在放电、击穿等缺陷下往往析出碘单质而严重影响绝缘性能，同时，其被列为 第三类毒性物质，不能用于电力行业。c3f7cn、c2f5cn、cf3cn等全氟腈类气 体绝缘性能优良，而其部分放电或过热分解产物具有较高的毒性，因此应谨慎 使用。此外，这类气体的gwp往往较高。以c4f7n为例，其gwp为2100左 右，环保效益仍有待提升。hfo-1234ze(e)、hfo-1234yf等新型制冷剂环境特性 优良，往往具有较低的gwp值，但其液化温度较高且绝缘性能与sf6相当或低 于sf6，因此使用范围较为有限。急需研制出一种环保无毒且绝缘性能优越的气 体绝缘介质。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种二元混合气体绝缘介质和应用及含有该气体绝缘介质的 电力设备，以提高气体绝缘介质的绝缘性能和环保性能。
6.为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种二元混合气体绝缘介 质，包括含氟烯烃气体和饱和含氟烷烃气体，所述含氟烯烃气体为 hfo-1336mzz(e)。
7.hfo-1336mzz(e)作为一种绝缘介质，其具有无毒、不可燃的优点。但由于 纯hfo-1336mzz(e)与背景气体配合填充到电力设备时，在特定的运行温度限制 下填充量有限，导致绝缘性能不高。本技术通过辅助添加一定量的饱和含氟烷 烃气体到hfo-1336mzz(e)中，二元混合介质的协同效应使得绝缘强度大幅提升。 该二元混合介质的gwp值较低，具有良好的环保效应，同时饱和含氟烷烃气体 的价格低廉，节约了经济成本，扩大了应用范围。
时的饱和蒸汽压检测结果；
25.图4-本发明制备例1-8和对比制备例1-2中不同气体在-5℃环境温度下的蒸 汽分压检测结果；
26.图5-本发明制备例1-8和对比制备例1-2中不同气体在-15℃环境温度下的 蒸汽分压检测结果；
27.图6-本发明制备例1-8和对比制备例1-2中不同气体在-25℃环境温度下的 蒸汽分压检测结果；
28.图7-本发明实施例1-8和对比制备例1-2中气体绝缘介质的临界击穿电场强 度；
29.图8-本发明实施例1-8和对比制备例1-3中气体绝缘介质的gwp值检测结 果。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.hfo-1336mzz(e)作为一种新型气体绝缘电介质受到了电力领域的关注，其 绝缘性能不低于sf6气体的1.5倍，gwp为18，且具有无毒、不可燃、odp为 0等优点，与常规背景气体例如干燥空气(air)、氮气(n2)、二氧化碳(co2) 等混合后可以应用于电力设备当中。但由于其沸点(约7.5℃)较高，低温下的 饱和蒸汽压较低，限制了其可应用的范围。
32.本技术以hfo-1336mzz(e)作为主绝缘介质，同时以r-134(四氟乙烷)作 为缓冲介质，混合后制得二元混合气体绝缘介质。可以降低hfo-1336mzz(e)的 液化温度，从而提高该气体绝缘介质在不同环境温度时hfo-1336mzz(e)的蒸汽 分压，同时，两者的协同效应使气体绝缘介质的绝缘强度得到大幅的提升。该 混合气体绝缘介质与背景气体例如干燥空气(air)、氮气(n2)、二氧化碳(co2) 等混合后可以应用于电力设备当中，该气体绝缘介质可以在电力设备的常规运 行温度为-25℃～40℃的条件下适用，应用范围广。
33.制备例1
34.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为10％的hfo-1336mzz(e) 和90％的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
35.制备例2
36.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为20％的hfo-1336mzz(e) 和80％的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
37.制备例3
38.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为30％的hfo-1336mzz(e) 和70％的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
39.制备例4
40.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为40％的hfo-1336mzz(e) 和60％的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
41.制备例5
42.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为50％的hfo-1336mzz(e) 和50％
的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
43.制备例6
44.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为60％的hfo-1336mzz(e) 和40％的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
45.制备例7
46.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为70％的hfo-1336mzz(e) 和30％的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
47.制备例8
48.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为80％的hfo-1336mzz(e) 和20％的r-134，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示，r-134的分子结构如 图2所示。
49.制备例9
50.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为80％的hfo-1336mzz(e) 和20％的r-134a(四氟乙烷)，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示。
51.制备例10
52.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为70％的hfo-1336mzz(e) 和30％的r-125a(五氟乙烷)，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示。
53.制备例11
54.一种二元混合气体绝缘介质，包括有摩尔分数为60％的hfo-1336mzz(e) 和40％的hfc-32(二氟甲烷)，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示。
55.实施例1
56.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例1的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时，气体绝缘介质的饱和蒸汽 压为1.712bar，则n2的蒸汽压为2.288bar，n2添加的摩尔分数为57.2％。
57.实施例2
58.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例1的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为1.131bar，则co2的蒸汽压为5.869bar，co2的添加的摩尔分数为83.8％。
59.实施例3
60.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例2的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为1.571bar，则n2的蒸汽压为2.429bar，n2的添加的摩尔分数为60.7％。
61.实施例4
62.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例2的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为1.032bar，则co2的蒸汽压为5.968bar，co2添加的摩尔分数为85.3％。
63.实施例5
64.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例2的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.652bar，则n2的蒸汽压为6.348bar，n2添加的摩尔分数为90.7％。
65.实施例6
66.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例3的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为1.424bar，则n2的蒸汽压为2.576bar，n2添加的摩尔分数为64.4％。
67.实施例7
68.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例3的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.929bar，则co2的蒸汽压为6.071bar，co2添加的摩尔分数为86.7％。
69.实施例8
70.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例3的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.582bar，则n2的蒸汽压为6.418bar，n2添加的摩尔分数为91.7％。
71.实施例9
72.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例4的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为1.276bar，则n2的蒸汽压为2.724bar，n2添加的摩尔分数为68.1％。
73.实施例10
74.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例4的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.826bar，则co2的蒸汽压为6.174bar，co2添加的摩尔分数为88.2％。
75.实施例11
76.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例4的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.513bar，则n2的蒸汽压为6.487bar，n2添加的摩尔分数为92.7％。
77.实施例12
78.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例5的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为1.133bar，则n2的蒸汽压为
2.867bar，n2添加的摩尔分数为71.7％。
79.实施例13
80.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例5的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.728bar，则co2的蒸汽压为6.272bar，co2添加的摩尔分数为89.6％。
81.实施例14
82.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例5的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.448bar，则n2的蒸汽压为6.552bar，n2添加的摩尔分数为93.6％。
83.实施例15
84.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例6的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为1.001bar，则n2的蒸汽压为2.999bar，n2添加的摩尔分数为75.0％。
85.实施例16
86.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例6的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.639bar，则co2的蒸汽压为6.361bar，co2添加的摩尔分数为90.1％。
87.实施例17
88.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例6的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.391bar，则n2的蒸汽压为6.609bar，n2添加的摩尔分数为94.4％。
89.实施例18
90.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例7的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.819bar，则n2的蒸汽压为3.109bar，n2添加的摩尔分数为77.7％。
91.实施例19
92.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例7的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.560bar，则co2的蒸汽压为6.440bar，co2添加的摩尔分数为92.0％。
93.实施例20
94.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例7的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压
达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.354bar，则n2的蒸汽压为6.646bar，n2添加的摩尔分数为94.9％。
95.实施例21
96.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例8的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.775bar，则n2的蒸汽压为3.225bar，n2添加的摩尔分数为80.5％。
97.实施例22
98.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例8的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.490bar，则co2的蒸汽压为6.510bar，co2添加的摩尔分数为93.0％。
99.实施例23
100.一种含有二元混合气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有制备例8的 气体绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合，使得总气压达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压 为0.299bar，则n2的蒸汽压为6.701bar，n2添加的摩尔分数为95.7％。
101.对比制备例1
102.一种气体绝缘介质，包括饱和含氟烯烃气体，含氟烯烃气体具体为 hfo-1336mzz(e)，hfo-1336mzz(e)的分子结构如图1所示。
103.对比制备例2
104.一种气体绝缘介质，包括饱和含氟烷烃气体，饱和含氟烷烃气体具体为 r-134，r-134的分子结构如图2所示。
105.对比例1
106.一种含有气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有对比制备例1的气体 绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-5℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合， 使得总气压达到0.4mpa，如图4所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压为 0.599bar，则n2的蒸汽压为3.401bar，n2添加的摩尔分数为85.0％。
107.对比例2
108.一种含有气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有对比制备例1的气体 绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-15℃～40℃，将气体绝缘介质与co2混 合，使得总气压达到0.7mpa，如图5所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压为 0.376bar，则co2的蒸汽压为6.624bar，co2添加的摩尔分数为94.6％。
109.对比例3
110.一种含有气体绝缘介质的电力设备，电力设备中含有对比制备例1的气体 绝缘介质，电力设备的运行环境温度为-25℃～40℃，将气体绝缘介质与n2混合， 使得总气压达到0.7mpa，如图6所示。此时气体绝缘介质的饱和蒸汽压为 0.226bar，则n2的蒸汽压为6.774bar，n2添加的摩尔分数为96.8％。
111.性能检测试验
112.1、分别检测制备例1-8和对比制备例1-2的气体绝缘介质在环境温度为-5℃、
ꢀ‑
15℃和-25℃条件下的总饱和蒸汽压、hfo-1336mzz(e)的分压和r-134的分压， 检测结果如图3-6所示；
113.2、分别检测制备例1-11和对比制备例1-2的气体绝缘介质在环境温度为
ꢀ‑
5℃、-15℃、-25℃条件下的绝缘强度，并统计和计算各制备例或对比制备例相 对于sf6绝缘强度的倍数，同时统计和计算各制备例或对比制备例相对于纯 hfo-1336mzz(e)绝缘强度的倍数，检测结果如下表1-3所示；
114.3、检测制备例1-8和对比制备例1-2的气体绝缘介质的临界击穿电场强度， 检测结果如图7所示；
115.4、检测制备例1-8和对比制备例1-2的气体绝缘介质的gwp值，检测结果 如图8所示。
116.表1-对比例1-11和对比制备例1-2在-5℃温度条件下的绝缘强度
[0117][0118][0119]
表2-对比例1-11和对比制备例1-2在-15℃温度条件下的绝缘强度
[0120][0121]
表3-对比例1-11和对比制备例1-2在-25℃温度条件下的绝缘强度
[0122]
1336mzz(e)蒸汽分压得到提高，在r-134的添 加量摩尔分数为30％时达到最高，此时hfo-1336mzz(e)蒸汽分压约提高了 11％-14％；由于hfo-1336mzz(e)的沸点较高限制了应用，通过控制r-134的添 加量摩尔分数为20％～40％，可以有效提高该气体绝缘介质中hfo-1336mzz(e) 的饱和分压，降低沸点，同时协同效应使得该混合介质具备优越的绝缘强度和 极低的gwp值，使气体绝缘介质的综合性能得到提高，扩大应用领域。
[0131]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进 一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用 于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明 的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。