CN112510565A - 含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法 - Google Patents

含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法，混合气体绝缘介质配方包括七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体、二氧化碳气体，其制备方法包括抽真空步骤、混合步骤。其有益效果是：能够很好的满足目前气体绝缘变压器、气体绝缘组合电器、气体绝缘输电管道等高压电力设备的使用要求，具有绝缘性能优异，环保性能好的特点。

Description

含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种绝缘介质，尤其是涉及一种含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法。
背景技术
采用气体绝缘的中低压电气设备，通常都采用SF6作为绝缘介质。但SF6是一种很强的温室气体，其全球变暖潜势(global warming potential，GWP)是CO2的23900倍，并且由于SF6的化学性质极为稳定，在大气中的存在时间可长达3200年之久，一旦泄漏到大气中基本不会自然分解，因此对全球变暖的影响具有累积效应。在1997年签署的《京都议定书》中，明确了CO2，CH4，N2O，PFC，HFC和SF6等属于温室气体的范围，并要求发达国家首先将温室气体的排放量冻结在20世纪90年代的水平，到2020年基本限用或禁用SF6气体。
因此亟须寻找到合适的环保型绝缘介质以替代SF6，既保证与SF6具有相近的绝缘性能，又满足无毒害、不易燃等工业使用要求，同时不会对环境产生负面影响。
鉴于此，有学者建议采用SF6与缓冲气体混合的方法来缓解SF6气体对环境的不利影响。但是由于混合后气体绝缘能力降低，反而需要增大压强以保证绝缘效果，这无疑将会增加制造工艺难度和成本，对设备的防泄漏水平和安全性指标提出更加苛刻的要求。要解决SF6气体温室效应严重，对环境不友好的问题，寻找到合适的SF6替代绝缘气体是最为彻底和有效的解决办法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法。具体设计方案为：
一种含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法，混合气体绝缘介质配方包括七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体、二氧化碳气体，其制备方法包括抽真空步骤、混合步骤，
所述抽真空步骤中，取封闭容器，在其底部安装有一个高真空阀门和底部充气阀门，其顶部安装有顶部充气阀门，通过高真空阀门将封闭容器抽真空，
所述混合步骤中，将七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体从顶部充气阀门充入，二氧化碳气体从底部充气阀门充入，各气体组分按设定含量充入后混合均匀。
所述混合气体绝缘介质配方中各成分之间的体积百分比含量分别为为七氟异丁腈气体20-25％、八氟环丁烷气体5-10％，七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体、二氧化碳气体整体的体积百分比为100％。
所述七氟异丁腈气体的纯度大于99.99％，C4F7N在电气性能方面亦表现优异，相同气压下，绝缘强度可达到六氟化硫的1.2倍以上，绝缘能力根据开断电流的大小略有不同，该组分气体C4F7N在电流开断情况下的分解产物主要有单质碘，C2F6,C2F4,C2F5I，C3F8,CHF3，C3F6，CH3I，都属于低毒或无毒物质；
所述八氟环丁烷气体的纯度大于99.99％，八氟环丁烷是一种无色，无味，不可燃的气体；GWP值约是SF6的37％，为8900。与SF6相比对环境的影响较小。该气体完全无毒,无臭氧影响，纯净的c-C4F8气体在均匀电场下的绝缘强度大约是SF6气体的1.3倍；
所述二氧化碳气体的纯度大于99.99％，CO2为缓冲气体，主要用于降低混合气体的液化温度并增强整体的绝缘性能。本发明最后形成的混合气体的液化温度可以降低至-40℃左右，可以满足我国绝大多数地区的使用要求。
所述抽真空步骤中，封闭容器内的真空度满足内部气压小于10Pa。
充气步骤中，先从顶部充气阀门充入七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体，再从底部充气阀门充入二氧化碳气体。
通过本发明的上述技术方案得到的含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法，其有益效果是：
能够很好的满足目前气体绝缘变压器、气体绝缘组合电器、气体绝缘输电管道等高压电力设备的使用要求，具有绝缘性能优异，环保性能好的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述七氟异丁腈气体的绝缘性能图,球板电极，极距20mm；
图2是本发明所述C4F7N/70％CO2气体中加入八氟环丁烷气体的绝缘性能图，球板电极，极距20mm；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述。
一种含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质及其制备方法，混合气体绝缘介质配方包括七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体、二氧化碳气体，其制备方法包括抽真空步骤、混合步骤，
所述抽真空步骤中，取封闭容器，在其底部安装有一个高真空阀门和底部充气阀门，其顶部安装有顶部充气阀门，通过高真空阀门将封闭容器抽真空，
所述混合步骤中，将七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体从顶部充气阀门充入，二氧化碳气体从底部充气阀门充入，各气体组分按设定含量充入后混合均匀。
所述混合气体绝缘介质配方中各成分之间的体积百分比含量分别为为七氟异丁腈气体20-25％、八氟环丁烷气体5-10％，七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体、二氧化碳气体整体的体积百分比为100％。
所述七氟异丁腈气体的纯度大于99.99％，C4F7N在电气性能方面亦表现优异，相同气压下，绝缘强度可达到六氟化硫的1.2倍以上，绝缘能力根据开断电流的大小略有不同，该组分气体C4F7N在电流开断情况下的分解产物主要有单质碘，C2F6,C2F4,C2F5I，C3F8,CHF3，C3F6，CH3I，都属于低毒或无毒物质；
所述八氟环丁烷气体的纯度大于99.99％，八氟环丁烷是一种无色，无味，不可燃的气体；GWP值约是SF6的37％，为8900。与SF6相比对环境的影响较小。该气体完全无毒,无臭氧影响，纯净的c-C4F8气体在均匀电场下的绝缘强度大约是SF6气体的1.3倍；
所述二氧化碳气体的纯度大于99.99％，CO2为缓冲气体，主要用于降低混合气体的液化温度并增强整体的绝缘性能。本发明最后形成的混合气体的液化温度可以降低至-40℃左右，可以满足我国绝大多数地区的使用要求。
所述抽真空步骤中，封闭容器内的真空度满足内部气压小于10Pa。
充气步骤中，先从顶部充气阀门充入七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体，再从底部充气阀门充入二氧化碳气体。
C4F7N的温室效应指数仅为CO2的5倍，和SF6的23900相比，几乎可以忽略不计，而c-C4F8的GWP为SF6的37％，在本组分中仅占5％～10％，环保性能优异。
C4F7N，c-C4F8，CO2都没有温室破坏潜能(ODP为0)，不会对臭氧层造成破坏。
在指定的含量范围内，C4F7N/c-C4F8/CO2混合气体的绝缘能力随C4F7N气体比例的增加呈指数增长。
本发明所提出的环保型混合气体绝缘介质在电力设备运行状态下的主要分解产物均为无毒或低毒性物质，在电弧作用下的主要分解产物也均属于无毒或低毒物质，不会对人体造成严重的危害。
本发明所提出的制备方法强调充气的先后顺序及位置，即密度大的C4F7N、c-C4F8气体先从顶部充入封闭容器，密度小的CO2从底部充入，这样能减少混合静置时间并使气体混合更加均匀。
C4F7N/CO2混合气体的工频击穿电压当C4F7N含量超过20％后，再持续增加C4F7N气体绝缘性能变化较小，如图1所示。在C4F7N/CO2混合气体中固定CO2气体为70％后，减少C4F7N气体含量，加入c-C4F8后混合气体的绝缘能力得到了提高，在c-C4F8混合气体达到10％时混合气体的绝缘性能基本饱和，因此c-C4F8含量高于10％以后对提高混合气体绝缘性能整体提升较小，由于c-C4F8气体的GWP为8900，过多增加该气体含量还会降低混合气体环保性能，如图2所示。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
取C4F7N、c-C4F8和CO2在常温下进行物理混合，获得一种环保的混合气体绝缘介质，在该绝缘介质中，C4F7N的体积分数为20％，c-C4F8的体积分数为10％，CO2的体积分数为70％。获得该环保型绝缘介质的方法为，在任意高度小于30m的金属密封容器内，先将封闭容器抽至10Pa以下真空态，然后依次冲入c-C4F8、C4F7N、CO2气体。混合气体静置48小时混合均匀。
实施例2
取C4F7N、c-C4F8和CO2在常温下进行物理混合，获得一种环保的混合气体绝缘介质，在该绝缘介质中，C4F7N的体积分数为21％，c-C4F8的体积分数为9％，CO2的体积分数为70％。获得该环保型绝缘介质的方法为，在任意高度小于30m的金属密封容器内，先将封闭容器抽至10Pa以下真空态，然后依次冲入c-C4F8、C4F7N、CO2气体。混合气体静置48小时混合均匀。
实施例3
取C4F7N、c-C4F8和CO2在常温下进行物理混合，获得一种环保的混合气体绝缘介质，在该绝缘介质中，C4F7N的体积分数为22％，c-C4F8的体积分数为8％，CO2的体积分数为70％。获得该环保型绝缘介质的方法为，在任意高度小于30m的金属密封容器内，先将封闭容器抽至10Pa以下真空态，然后依次冲入c-C4F8、C4F7N、CO2气体。混合气体静置48小时混合均匀。
实施例4
取C4F7N、c-C4F8和CO2在常温下进行物理混合，获得一种环保的混合气体绝缘介质，在该绝缘介质中，C4F7N的体积分数为23％，c-C4F8的体积分数为7％，CO2的体积分数为70％。获得该环保型绝缘介质的方法为，在任意高度小于30m的金属密封容器内，先将封闭容器抽至10Pa以下真空态，然后依次冲入c-C4F8、C4F7N、CO2气体。混合气体静置48小时混合均匀。
实施例5
取C4F7N、c-C4F8和CO2在常温下进行物理混合，获得一种环保的混合气体绝缘介质，在该绝缘介质中，C4F7N的体积分数为24％，c-C4F8的体积分数为6％，CO2的体积分数为70％。获得该环保型绝缘介质的方法为，在任意高度小于30m的金属密封容器内，先将封闭容器抽至10Pa以下真空态，然后依次冲入c-C4F8、C4F7N、CO2气体。混合气体静置48小时混合均匀。
实施例6
取C4F7N、c-C4F8和CO2在常温下进行物理混合，获得一种环保的混合气体绝缘介质，在该绝缘介质中，C4F7N的体积分数为25％，c-C4F8的体积分数为5％，CO2的体积分数为70％。获得该环保型绝缘介质的方法为，在任意高度小于30m的金属密封容器内，先将封闭容器抽至10Pa以下真空态，然后依次冲入c-C4F8、C4F7N、CO2气体。混合气体静置48小时混合均匀。
实施例7
将上述实施例1-6制备的混合气体绝缘介质与常规的SF6的相关性质对比分析(计算GWP值，已知C4F7N的GWP为5，CO2的GWP为1,c-C4F8的GWP为8900，按体积分数计算温度效应指数，
如：实施例1：0.2*5+0.1*8900+0.7*1＝891.7)，
其结果如下表所示：
Figure BDA0002828507060000061
由此可以看出，本发明所提供的环保型混合绝缘气体，不仅能达到和SF6相近的绝缘性能，而且环境影响显著降低甚至消除，同时液化温度也能够满足目前的工程应用的要求。
实施例8
对比例1：在实施例1的基础上，绝缘介质中各组分气体的体积百分含量改为：C4F7N体积分数为10％，c-C4F8的体积分数为20％，CO2为70％。
对比例2：在实施例1的基础上，绝缘介质中各组分气体的体积百分含量改为：C4F7N体积分数为29％，c-C4F8的体积分数为1％，CO2为70％。
对比例3：在实施例1的基础上，绝缘介质中各组分气体的体积百分含量改为：C4F7N体积分数为30％，CO2为70％。
对比例4：在实施例1的基础上，绝缘介质中各组分气体的体积百分含量改为：c-C4F8的体积分数为30％，CO2为70％。
将上述对比例1-4制备的混合气体绝缘介质与常规的SF6的相关性质对比分析，其结果如下表所示：
Figure BDA0002828507060000071
从上表可知，当c-C4F8比例较低时(对比例2和对比例3)，相对与同等条件下SF6的绝缘能力较低，只有0.8左右，当c-C4F8含量较高而C4F7N气体比例较低时(对比例1和对比例4)，混合气体GWP值较高，对环境影响较大，环保性能降低并且其绝缘能力基本饱和没有显著提升。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质，其特征在于，混合气体绝缘介质配方包括七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体、二氧化碳气体。
2.一种含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质的制备方法，其特征在于，包括抽真空步骤、混合步骤，所述抽真空步骤中，取封闭容器，在其底部安装有一个高真空阀门和底部充气阀门，其顶部安装有顶部充气阀门，通过高真空阀门将封闭容器抽真空，所述混合步骤中，将七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体从顶部充气阀门充入，二氧化碳气体从底部充气阀门充入，各气体组分按设定含量充入后混合均匀。
3.根据权利要求1中所述的含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质，其特征在于，所述混合气体绝缘介质配方中各成分之间的体积百分比含量分别为为七氟异丁腈气体20-25％、八氟环丁烷气体5-10％，七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体、二氧化碳气体整体的体积百分比为100％。
4.根据权利要求1所述的含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质，其特征在于，
所述七氟异丁腈气体的纯度大于99.99％；
所述八氟环丁烷气体的纯度大于99.99％；
所述二氧化碳气体的纯度大于99.99％。
5.根据权利要求2中所述的含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质的制备方法，其特征在于，所述抽真空步骤中，封闭容器内的真空度满足内部气压小于10Pa。
6.根据权利要求2中所述的含环保型气体七氟异丁腈的混合气体绝缘介质的制备方法，其特征在于，充气步骤中，先从顶部充气阀门充入七氟异丁腈气体、八氟环丁烷气体，再从底部充气阀门充入二氧化碳气体。
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