包含有机氟化合物的电绝缘体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及用于电装置的电绝缘体(2,2’)，所述电绝缘体(2,2’)包括包含电绝缘固体材料(6)的主体(4,4’)和分散于主体(4,4’)内的非固体内含物(8)。根据本发明专利技术，至少一部分内含物(8)包含至少一种具有比SF6低的全球变暖潜势的有机氟化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含有机氟化合物的电绝缘体及其制造方法
本专利技术涉及绝缘体和制备电绝缘体的方法。本专利技术还涉及用于产生、分布和/或使用电能的装置，所述装置包括电绝缘体；还涉及电绝缘体用作高压绝缘体的用途，以及用于绝缘隔离物、柱型隔离物、隔板绝缘体或基座绝缘体、支承绝缘体、悬浮绝缘体、套管、高压绝缘体、中压绝缘体、低压绝缘体、绝缘铸筒、绝缘套、绝缘棒、绝缘轴、绝缘接头、绝缘端头、电缆绝缘和/或绝缘涂层的用途。另外，本专利技术涉及有机氟化合物作为覆盖气体用于处理预聚或聚合物质的用途，特别是提供用于电绝缘体的电绝缘固体材料。
技术介绍
电绝缘体在本领域熟知。它们用于在电设备中支承和隔离电导体，而不使电流通过绝缘体本身。具体地讲，在用于高压应用时，电绝缘体可能经历局部放电现象。局部放电为在高电压应力下电绝缘系统的小部分的局部介电击穿。在固体电绝缘体中，局部放电通常在绝缘体的主体内形成的空隙或裂纹内开始。由于空隙中包含的气体的介电常数一般显著小于周围固体材料的介电常数，因此，空隙中的电场显著高于固体材料。如果跨空隙的电压应力增加到其中包含的气体的电晕起始电压以上，就会发生局部放电。在工业生产中，铸塑过程在大气中进行，并且空隙用空气填充，这导致与周围固体绝缘材料的介电强度相比更差的介电强度。延长的局部放电可能腐蚀固体绝缘，并最终导致绝缘击穿。为了防止这样，已试图消除绝缘材料内空隙的形成，并因此抑制引发局部放电。例如，关于基于环氧树脂的绝缘材料，以消除其中的空隙或任何其它缺陷为目的，已提出所谓的“真空铸塑”。相应方法例如在以下网站上涉及：http://www.toshiba.co.jp/sis/en/tands/insulator/index.htm。然而，消除聚合材料(例如，环氧树脂)内空隙的方法相对复杂，并且需要复杂设备。大规模生产的情况特别如此，因为由此需要抽空相对较大的反应器空间。
技术实现思路
由于此缺陷，本专利技术的目的是提供一种电绝缘体，所述电绝缘体容易制造，同时显示很低的局部放电倾向。具体地讲，本专利技术涉及用于电装置(例如，变换器或开关装置)的电绝缘体，所述绝缘体包括包含电绝缘固体材料的主体和分散于主体内的非固体内含物。本专利技术的电绝缘体的特征在于，至少一部分内含物包含至少一种具有比SF6低的全球变暖潜势的有机氟化合物。因此，电绝缘体的主体包含多种气体和/或液体内含物。各内含物限定由电绝缘固体材料围绕的分隔的内含物空间，即空腔或空隙。如所提到，内含物可由气体或液体或二者形成，因此，内含物空间可相互独立地包含气体、液体或二者。由于至少部分内含物包含有机氟化合物，本专利技术允许在内含物空间内提供很高的介电强度。因此，与包含空气内含物的常规电绝缘体比较，显著减小电绝缘体局部放电的倾向。最后，与提供有包含空气内含物的常规绝缘体的装置比较，这带来安全得多的电装置操作。因此，本专利技术的方法完全不同于以上提到的教导消除空隙的当今技术水平提出的方法。相反，本专利技术允许这些空隙存在，但通过用具有高介电强度的有机氟化合物填充它们使它们有较小害处。在实施方案中，内含物具有高于空气的介电强度，和/或有机氟化合物具有高于空气的介电强度。在实施方案中，内含物包含至少一种选自以下的组分：空气、空气组分、二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、氮气(N2)、稀有气体、一氧化氮、二氧化氮及它们的混合物。根据本专利技术，有机氟化合物具有比SF6低的全球变暧潜势(GWP)。在实施方案中，电绝缘体中的内含物具有经100年小于22'800的全球变暧潜势GWP，优选小于15'000，更优选小于10'000，甚至更优选小于5'000，甚至更优选小于3'000，甚至更优选小于2’000。GWP是大气中温室气体俘获多少热量的相对量度。它比较一定质量的所关注的气体俘获的热量与类似质量的二氧化碳俘获的热量。GWP相对于特定时间间隔计算，一般为20、100或500年。它表示为二氧化碳(CO2)的因子，二氧化碳的GWP标准化为1。另外，根据本专利技术使用的有机氟化合物一般无毒，或者有很低的毒性水平，如下讨论。假定有机氟化合物具有低于SF6的GWP的事实，则本专利技术的电绝缘体，更具体地讲，其制造方法，对环境没有显著影响。因此，不需要在利用SF6时所需的复杂安全措施。在本专利技术的一个具体实施方案中，有机氟化合物具有经100年小于1000的全球变暧潜势GWP，优选小于700，更优选小于300，更优选小于100，更优选小于50，更优选小于20，最优选小于10。关于环境方面，本专利技术的有机氟化合物一般具有0的臭氧损耗潜势(ODP)。在本专利技术的背景中，术语“内含物”应宽泛解释，并且包括由电绝缘固体材料围绕的任何非固体材料。同样，术语“内含物空间”应宽泛解释，并且包括在电绝缘固体材料内或在两种不同材料之间的界面或边界形成的任何分隔的空间。具体地讲，它包括空隙，以下也称为泡。更具体地讲，术语“内含物空间”包括在处理期间在预聚或聚合物质内自发形成的泡。更具体地讲，该术语包括亚毫米级的泡，即，具有小于1毫米的平均直径，更具体为显微级的泡，即，小于容易由肉眼看到的那些并且需要透镜或显微镜才能清楚地看到它们的泡。具体地讲，术语“内含物空间”或“内含物”或“泡”也包括用于减小电绝缘固体材料(特别是电绝缘固体材料的聚合材料)的密度的中空主体(例如微球体)的内部。虽然内含物可包含气态组分和/或液体组分二者，具体地讲，可以为双相系统，但本专利技术总体上或在实施方案中的内含物为气体内含物，这是指内含物的每种组分在电装置的操作条件均处于气态形式。另外，内含物，特别是气体内含物，可相互独立地包含一种单一组分或组分的混合物，因此，内含物空间可相互独立地包含一种单一组分或组分的混合物。具体地讲，内含物可包含空气和/或至少一种空气组分，具体选自二氧化碳(CO2)、氧气(O2)和氮气(N2)和/或稀有气体和/或一氧化氮和/或二氧化氮。根据一个特别优选的实施方案，包含至少一种有机氟化合物的内含物还包含O2，因为这允许有效避免生成有害的分解产物。如上提到，本专利技术的电绝缘体的内含物一般为气体内含物。因此，特别优选至少一种有机氟化合物在电装置的操作条件下处于气态。具体地讲，至少一种有机氟化合物可在电绝缘体通常暴露的整个温度范围内处于气态，因此，其具有高于暴露的最低温度的沸点。更优选内含物的每种组分在电装置的操作条件下均处于气态。由于没有有机氟化合物相变发生，特别是没有蒸发，因此，绝缘体不经受内含物空间中有显著增压时可能发生并且可最终导致形成裂纹的任何应力。因此，在电装置的操作条件下处于气态的有机氟化合物还有助于绝缘体的高稳定性和抗击穿性。如本文提到，本专利技术既包括其中至少一部分内含物(更具体地讲，气体内含物)还包含除有机氟化合物外的其它组分的实施方案，也包括其中至少一部分内含物(更具体地讲，气体内含物)基本由有机氟化合物组成的实施方案。该方法的实施方案涉及在包含至少一种有机氟化合物的覆盖气体存在下进行处理。在实施方案中，处理预聚或聚合物质包括以下方法要素：(i)在预聚或聚合物质中形成包含有机氟化合物的空隙；和(ii)使空隙稳定化，使得一定量有机氟化合物包含在空隙中，并形成电绝缘体的内含物。一般来说，电绝缘固体材料为聚合材料。根据一个更具体的实施方案，聚合材料选自聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电装置的电绝缘体(2, 2’)，所述绝缘体(2, 2’)包括包含电绝缘固体材料(6)的主体(4, 4’)和分散于主体(4, 4’)内的非固体内含物(8)，其特征在于至少一部分所述内含物(8)包含至少一种具有比SF6低的全球变暖潜势的有机氟化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.01 EP PCT/EP2012/0693811.制备电绝缘体(2,2’)的方法，所述方法包括在固化成电绝缘固体材料(6)之前处理预聚或聚合物质(20)的步骤且所述预聚或聚合物质(20)的处理在至少一种具有比SF6低的全球变暖潜势的有机氟化合物存在下进行，其特征在于所述预聚或聚合物质(20)的处理包含将其铸塑成所需形状，其特征在于通过在所述有机氟化合物存在下进行所述处理，所述预聚或聚合物质(20)的处理伴随自发泡形成，从而用有机氟化合物填充泡，所述自发泡形成允许制备电绝缘体(2,2’)，其特征在于主体(4,4’)具有高于150kg/m3的密度，且其特征在于泡(8)中的内含物具有经100年小于3'000的全球变暖潜势，其中所述处理在包含或为至少一种有机氟化合物的覆盖气体存在下进行。2.权利要求1的方法，其中处理所述预聚或聚合物质涉及处理热固性预聚物质和/或涉及以熔融形式处理热塑性聚合材料。3.权利要求1的方法，其特征在于通过注射模塑铸塑所述预聚物质(20)包括以下步骤：a)单独提供所述预聚物质的组分，b)预热塑模(12,12')；c)用包含所述至少一种有机氟化合物的覆盖气体填充所述塑模(12,12')；d)通过混合其组分制备所述预聚物质(20)；e)将所述预聚物质(20)注入塑模(12,12')，同时至少部分去除所述覆盖气体；和f)使所述预聚物质(20)固化，以制造固体电绝缘聚合材料(6)。4.权利要求3的方法，其特征为在步骤b)之后且在步骤c)之前，实施抽空所述塑模(12,12')的步骤。5.权利要求4的方法，其特征为，抽空所述塑模(12,12')到低至小于30mbar的压力。6.权利要求5的方法，其特征为，抽空所述塑模(12,12')到低至0.1mbar至3mbar的压力。7.权利要求3的方法，其特征为在步骤f)后，实施所述聚合材料后固化的步骤。8.权利要求7的方法，其特征为在选自120℃至160℃范围内的温度下后固化所述聚合材料。9.权利要求3的方法，其特征在于通过注射模塑铸塑所述预聚物质(20)包括以下方法要素：(i)在任何步骤d)至f)期间在所述预聚物质(20)中形成包含所述有机氟化合物的泡(8)；和(ii)在固化期间，特别在步骤f)中固化期间，使所述泡(8)稳定化，使得一定量的所述有机氟化合物包含在所述泡中，并形成所述电绝缘体(2,2’)的内含物。10.权利要求1的方法，其特征在于所述至少一种有机氟化合物选自：氟代醚、氟代酮、和氟代烯烃，及它们的混合物。11.权利要求1的方法，其特征在于所述至少一种有机氟化合物为包含至少3个碳原子的氢氟单醚；和/或为包含4至12个碳原子的氟代酮。12.权利要求1-11中任一项的方法，其特征在于所述电绝缘体(2,2’)中的内含物具有小于2’000的全球变暖潜势。13.权利要求12的方法，其特征在于所述电绝缘体(2,2’)中的内含物具有小于1’000的全球变暖潜势。14.权利要求12的方法，其特征在于所述电绝缘体(2,2’)中的内含物具有小于300的全球变暖潜势。15.权利要求12的方法，其特征在于所述电绝缘体(2,2’)中的内含物具有小于50的全球变暖潜势。16.权利要求12的方法，其特征在于所述电绝缘体(2,2’)中的内含物具有小于10的全球变暖潜势。17.权利要求1的方法，其特征在于所述铸塑通过注射模塑进行。18.权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于处理预聚或聚合物质(20)包括以下方法要素：(i)在所述预聚或聚合物质(20)中形成包含所述有机氟化合物的泡(8)；和(ii)使所述泡(8)稳定化，使得一定量有机氟化合物包含在所述泡(8)中，并形成所述电绝缘体(2,2’)的内含物。19.权利要求1-9中任一项的方法，其特征在于所述至少一种有机氟化合物选自：氟代醚、氟代酮、和氟代烯烃，及它们的混合物。20.权利要求1-10中任一项的方法，其特征在于所述至少一种有机氟化合物为包含至少3个碳原子的氢氟单醚；和/或为包含4至12个碳原子的氟代酮。21.用于电装置的电绝缘体(2,2’)，所述绝缘体(2,2’)包括包含电绝缘固体聚合材料(6)的主体(4,4’)和分散于主体(4,4’)内的非固体内含物，其中至少一部分所述内含物包含至少一种具有比SF6低的全球变暖潜势的有机氟化合物，其特征在于所述电绝缘体(2,2’)通过前述权利要求中任一项的方法制备，其特征在于所述内含物处于在处理所述聚合材料所基于的聚合或预聚物质期间自发形成的泡中，且通过在所述有机氟化合物存在下进行所述处理，从而用有机氟化合物填充泡，所述自发泡形成允许制备电绝缘体(2,2’)，其特征在于所述主体(4,4’)具有高于150kg/m3的密度，且其特征在于所述内含物具有经100年小于3'000的全球变暖潜势，其中所述处理在包含或为至少一种有机氟化合物的覆盖气体存在下进行。22.权利要求21的电绝缘体(2,2’)，其特征在于所述至少一种有机氟化合物选自：氟代醚、氟代酮、和氟代烯烃，及它们的混合物。23.权利要求21的电绝缘体(2,2’)，其特征在于至少一部分所述内含物包括含至少3个碳原子的氢氟单醚；和/或包括含4至12个碳原子的氟代酮。24.权利要求21的电绝缘体(2,2’)，其特征在于所述至少一种有机氟化合物在所述电装置的操作条件下处于气态；或所述内含物的每种组分在所述电装置的操作条件下均处于气态。25.权利要求22的电绝缘体(2,2’)，其特征在于所述至少一种有机氟化合物在所述电装置的操作条件下处于气态；或所述内含物的每种组分在所述电装置的操作条件下均处于气态。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：N马迪扎德，P斯托勒，D特拉，A迪吉安尼，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH