FR2980629A1 - Melange d'hydrofluoroolefine et de fluorocetone pour l'utilisation comme milieu d'isolation et/ou d'extinction d'arc et appareil electrique haute tension a isolation gazeuse le comprenant - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à l'utilisation d'un mélange comprenant une hydrofluorooléfine et une fluorocétone, éventuellement associées à un gaz de dilution comme milieu d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans un appareil électrique haute tension. Elle se rapporte également à un appareil électrique haute tension dans lequel l'isolation électrique et/ou l'extinction des arcs électriques est (sont) assurée (s) par un mélange comprenant une hydrofluorooléfine et une fluorocétone, éventuellement associées à un gaz de dilution.

Description

MELANGE D'HYDROFLUOROOLEFINE ET DE FLUOROCETONE POUR L'UTILISATION COMME MILIEU D'ISOLATION ET/OU D'EXTINCTION D'ARC ET APPAREIL ELECTRIQUE HAUTE TENSION A ISOLATION GAZEUSE LE COMPRENANT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine de 5 l'isolation électrique et de l'extinction des arcs électriques dans des appareils haute tension. Plus précisément, elle se rapporte à l'utilisation d'un mélange comprenant un alcène particulier, à savoir une hydrofluorooléfine à trois atomes de carbone, et 10 un gaz vecteur à base d'une fluorocétone, à savoir la décafluoro-2-méthylbutan-3-one, en tant que milieu d'isolation et/ou d'extinction d'arc dans des appareils électriques de sous-station et, en particulier, dans des appareils haute tension. Le mélange peut comprendre d'autres 15 gaz dont le potentiel de réchauffement global est inférieur, notamment inférieur ou égal à un. Elle se rapporte également à des appareils électriques de sous-station de haute tension dans lesquels l'isolation électrique et/ou l'extinction d'arc électrique 20 sont assurées par un mélange gazeux comprenant au moins une fluorocétone et une hydrofluorooléfine, ce dernier composé présentant le plus fort potentiel de réchauffement global dans le milieu gazeux. Un tel appareil électrique peut notamment être un 25 transformateur électrique tel qu'un transformateur d'alimentation ou de mesure, une ligne à isolation gazeuse pour le transport ou la distribution de l'électricité, un jeu de barres ou encore un appareil électrique de connexion/déconnexion (aussi appelé appareil de coupure) tel qu'un disjoncteur, un interrupteur, un combiné interrupteur-fusibles, un sectionneur, un sectionneur de mise à la terre ou un contacteur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans ce qui précède et ce qui suit, les termes « moyenne tension » (MT) et « haute tension » (HT) sont utilisés dans leur acceptation habituelle, à savoir que le terme « moyenne tension » désigne une tension qui est supérieure à 1 000 volts en courant alternatif et à 1 500 volts en courant continu mais qui ne dépasse pas 52 000 volts en courant alternatif et 75 000 volts en courant continu, tandis que le terme « haute tension » désigne une tension qui est strictement supérieure à 52 000 volts en courant alternatif et à 75 000 volts en courant continu. Dans les appareils électriques moyenne ou haute tension, l'isolation électrique et, le cas échéant, l'extinction des arcs électriques sont typiquement assurées par un gaz qui est confiné à l'intérieur d'une enceinte de ces appareils. Actuellement, le gaz le plus souvent utilisé est l'hexafluorure de soufre (SF6) : ce gaz présente une rigidité diélectrique relativement haute, une bonne conductivité thermique et des pertes diélectriques peu élevées. Il est chimiquement inerte et non toxique pour l'homme et les animaux et, après avoir été dissocié par un arc électrique, il se recombine rapidement et presque totalement. De plus, il est ininflammable et son prix est, encore aujourd'hui, modéré. Toutefois, le SF6 a pour inconvénient majeur de 30 présenter un potentiel de réchauffement global (PRG) de 22 800 (relativement au CO2 sur 100 ans) et une durée de séjour dans l'atmosphère de 3 200 ans, ce qui le place parmi les gaz à fort pouvoir d'effet de serre. Le SF6 a donc été inscrit par le Protocole de Kyoto (1997) sur la liste des gaz dont les émissions doivent être limitées. Le meilleur moyen de limiter les émissions du SF6 consiste à limiter l'utilisation de ce gaz, ce qui a conduit les industriels à chercher des alternatives au SF6. De fait, les autres solutions comme les systèmes hybrides associant une isolation gazeuse à une isolation solide (EP 1 724 802 référence [1]) augmentent le volume des appareils électriques par rapport à celui qu'autorise une isolation au SF6 ; la coupure dans l'huile ou le vide nécessite une refonte des appareillages. Des gaz diélectriques sont connus : voir par exemple WO 2008/073790 (référence [2]). Cependant, les gaz dits simples comme l'air ou l'azote, qui n'ont pas d'impact négatif sur l'environnement, présentent une rigidité diélectrique beaucoup plus faible que celle du SF6 ; leur utilisation pour l'isolation électrique et/ou l'extinction des arcs électriques dans des appareils HT/MT implique d'augmenter de façon drastique le volume et/ou la pression de remplissage de ces appareils, ce qui va à l'encontre des efforts qui ont été réalisés au cours de ces dernières décennies pour développer des appareils électriques compacts, à encombrement de plus en plus réduit.

Les perfluorocarbones (CriF2n+2, c-C4F8) présentent, d'une manière générale, des propriétés de tenue diélectrique intéressantes, mais leur PRG s'inscrit typiquement dans une gamme allant de 5 000 à 10 000. D'autres alternatives prometteuses d'un point de vue caractéristiques électriques et PRG, comme le trifluoroiodométhane (CF3I), sont classées parmi les substances cancérigènes, mutagènes et reprotoxiques de catégorie 3, ce qui est rédhibitoire pour une utilisation à une échelle industrielle.

Des mélanges de SF6 et d'autres gaz comme l'azote ou le dioxyde d'azote sont utilisés pour limiter l'impact du SF6 sur l'environnement : voir, par exemple, WO 2009/049144 (référence [3]). Néanmoins, du fait du fort PRG du SF6, le PRG de ces mélanges reste très élevé. Ainsi, par exemple, un mélange de SF6 et d'azote dans un rapport volumique de 10/90 présente une rigidité diélectrique en tension alternative (50 Hz) égale à 59 % de celle du SF6 mais son PRG est de l'ordre de 8 000 à 8 650. De tels mélanges ne sauraient donc être utilisés comme gaz à faible impact environnemental. Ainsi donc, seuls les mélanges à PRG important permettent une tenue diélectrique proche de celle du SF6 à basse température ; tous les mélanges à faible PRG proposés dans l'art antérieur permettent d'atteindre au maximum 80 % des performances des appareils SF6 pour les températures d'utilisation les plus basses ; pour s'approcher des performances du SF6, ces mélanges gazeux nécessitent une nouvelle conception des appareillages MT et/ou HT en prenant des distances d'isolation supérieures et en ajoutant éventuellement des artifices comme des écrans, déflecteurs ou gainages. Aussi les Inventeurs se sont-ils fixé pour but de trouver un gaz qui, tout en ayant de bonnes propriétés d'isolation électrique et d'extinction des arcs électriques, ait un impact sur l'environnement faible ou nul. Les recherches les ont menés à envisager un nouveau mélange de gaz qui puisse être utilisé dans les appareils électriques moyenne ou haute tension qui sont actuellement commercialisés, en lieu et place du SF6 dont sont généralement remplis ces appareils, et ce sur toute la gamme de leurs températures d'utilisation, notamment à basses températures.

EXPOSÉ DE L'INVENTION Ces buts et d'autres encore sont atteints par l'invention qui propose, en premier lieu, l'utilisation d'un milieu gazeux comprenant au moins une hydrofluorooléfine et une fluorocétone comme milieu d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans un appareil haute tension. Les fluorocétones utilisées sont des cétones de chaîne carbonée à cinq atomes de carbone, de préférence totalement substituées par du fluor et, mieux encore, de type décafluoro-2-méthylbutan-3-one, qui ne sont pas toxiques, pas corrosives, pas explosives, qui se dégradent très rapidement dans l'atmosphère en raison de la sensibilité aux ultraviolets que présente la double liaison du groupe cétone -C=0 et ont donc un PRG proche de 1. Les hydrofluorooléfines utilisées sont des alcènes fluorés de chaîne carbonée à trois atomes de carbone, de préférence de type C3H2F4 ou C3HF5, qui ne sont pas toxiques, pas corrosifs, pas explosifs, ont un potentiel de destruction de l'ozone ODP (« Ozone Depletion Potential » selon la terminologie anglosaxonne) de 0, un PRG inférieur à 10. Ces deux types de composé sont dotés de propriétés diélectriques aptes à leur faire remplacer le SF6 25 comme gaz d'isolation et/ou d'extinction d'arc dans les appareils électriques de sous-station de haute tension. Conformément à l'invention, le mélange est tel que ses composants sont maintenus à l'état de gaz dans les conditions de température et de pression auxquelles il est 30 destiné à être soumis une fois confiné dans l'appareil électrique. Le mélange entre fluorocétone et hydrofluorooléfine peut être ainsi utilisé seul ; toutefois, le mélange sera le plus souvent dilué avec au moins un autre gaz qui n'appartient pas à leurs familles, si la température d'ébullition ne permet pas de garantir son maintien à l'état gazeux à une pression totale suffisante pour certaines applications qui, par exemple, peuvent demander plus de 105 Pa. Dans ce cas, selon l'invention, les autres gaz utilisés dans le milieu gazeux ont un potentiel de réchauffement global inférieur à celui des hydrofluorooléfines ; le gaz vecteur, ou gaz de dilution, ou gaz tampon, présente de préférence une température d'ébullition très basse, c'est-à-dire typiquement égale ou inférieure à -50°C à la pression standard, et une rigidité diélectrique qui est au moins égale à celle que présente l'azote ou le dioxyde de carbone. De préférence, le mélange comprend un gaz de type azote, air, avantageusement air sec, oxygène, dioxyde de carbone, ou un mélange de ces gaz. Le PRG global du milieu gazeux est en rapport des pressions partielles de chacun de ses composants, et donc inférieur à 10, et de préférence inférieur à 5.

Avantageusement, de manière à mettre la quantité maximale de chacun des gaz sans générer de phase liquide à la température minimale d'utilisation de l'appareil, la composition du milieu gazeux sera définie selon la loi de Raoult pour la température minimale d'utilisation de l'appareil, voire pour une température légèrement supérieure à cette dernière, notamment de 3°C. en particulier, pour un mélange ternaire fluorocétone (FK)/hydrofluorooléfine (HFO)/ gaz de dilution, les pressions de chaque constituant seront donc définies par : P,IF° +PFK +P . avec PVS = P PFK gaz dilution HFO PVS. PVSFK pression de vapeur saturante du gaz concerné. Ainsi, les propriétés diélectriques du milieu gazeux en ligne directe et en cheminement sont les plus élevées possibles et se rapprochent au mieux de celles du SF6. Dans les modes de réalisation préférés, la température minimale d'utilisation Tmin est choisie parmi : 0, -5, -10, -15, -20, -25, -30, -35, et -40°C. Avantageusement, la pression partielle de fluorocétone est comprise entre 80 et 120 hPa, notamment pour une température minimale d'utilisation de -25°C, avec complément en HFO et N2 selon la loi de Raoult appliquée à -22°C.

L'invention a également pour objet un appareil électrique de haute tension, qui comprend une enceinte étanche dans laquelle se trouvent des composants électriques ainsi qu'un milieu gazeux assurant l'isolation électrique et/ou l'extinction des arcs électriques au sein de cette enveloppe, ce milieu gazeux comprenant au moins une hydrofluorooléfine et une fluorocétone. Les caractéristiques du milieu gazeux sont telles que précédemment décrites à propos de son utilisation. L'appareil comprend de préférence un tamis moléculaire de CaSO4.

Conformément à l'invention, cet appareil électrique peut être un transformateur électrique à isolation gazeuse comme, par exemple, un transformateur d'alimentation ou un transformateur de mesure. L'appareil électrique peut également être une ligne à isolation gazeuse, aérienne ou souterraine, ou un jeu de barres pour le transport ou la distribution de l'électricité. Enfin, il peut aussi être un appareil électrique de connexion/déconnexion (aussi appelé appareil de coupure) comme, par exemple, un disjoncteur, un interrupteur, un sectionneur, un combiné interrupteur- fusibles, un sectionneur de mise à la terre ou un contacteur.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à 5 titre illustratif et nullement limitatifs, représentés dans les figures annexées. Les figures 1A et 1B montrent la pression de vapeur saturante dans un mélange selon un mode de réalisation préféré de l'invention en fonction de la température : la 10 figure 1A illustre l'évolution de la pression totale de gaz pour un mélange ternaire dont les proportions ont été définies par la loi de Raoult pour une apparition théorique de phase liquide à -25°C, la figure 1B pour une apparition théorique à -22°C. 15 La figure 2A représente une coupe longitudinale de l'appareil pour les essais de cheminement, dont les résultats sont synthétisés en figure 2B. La figure 3A montre un dispositif dans lequel les tests de tenue diélectrique en ligne directe ont été réalisés 20 avec un milieu gazeux selon l'invention, dont les résultats sont synthétisés en figure 3B. La figure 4 synthétise les résultats obtenus durant des essais de décharges partielles. La figure 5 synthétise les résultats obtenus 25 durant des essais d'échauffement. La figure 6 représente la pression de vapeur saturante de deux HFO et de C5K selon la température. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention est basée sur l'utilisation, avec ou 30 sans gaz de dilution (gaz « tampon » comme N2, CO2, air,...), de fluorocétones à cinq atomes de carbone (C5K), et d'hydrofluorooléfines (HFO) à au moins trois atomes de carbone. Les C5K sont des cétones substituées par du fluor, ininflammables et de PRG très faible ; notamment les C5K utilisées ont pour formule brute C5F100, et en particulier est sélectionnée la décafluoro-2-méthylbutan-3-one qui répond à la formule semi développée CF3-CO-CF-(CF3)2, avec un potentiel de réchauffement global PRG = 1. Les C5K ne présentent pas de toxicité pour l'homme avec une valeur moyenne d'exposition VME (teneur limite moyenne à laquelle la majorité des travailleurs peut être exposée régulièrement à raison de 8 heures de travail pendant 5 jours par semaine, sans subir d'effet nocif) de 1 000 ppm, et une dose létale DL50 causant la mort de 50 % d'une population animale supérieure à 200 000 ppm. Les HFO sont des alcènes substitués par du fluor, de formule générale Cfl(H,F)2,-, ; en particulier, les HFO utilisées comprennent 3 atomes de carbone ; elles sont ininflammables et leur PRG est inférieur à 10. Notamment l'hydrofluorooléfine HF0-1234ze, ou trans-1,3,3,3- tétrafluoro-1-propène, qui répond à la formule semi développée CHF=CH-CF3, est utilisée pour les exemples comparatifs suivants. Son impact environnemental est PRG = 6, et elle ne présente pas de toxicité pour l'homme avec une VME = 1 000 ppm et une DL50 > 200 000 ppm. Or dans la plupart des applications classiques à très basse température (-30°C, voire -40°C), HFO est diluée, parfois à moins de 20 %, dans un gaz vecteur neutre de type azote : le mélange n'est donc pas toxique. Les HF0-1234yf, ou 2,3,3,3-tétrafluoro-1- propène, et HF0-1225ye, ou 1,2,2,5-pentafluoro-1-propène, sont également envisagées pour le mélange selon l'invention.

Selon l'invention, le mélange de HFO et C5K est utilisé sous forme gazeuse quelle que soit la température d'utilisation de l'appareillage électrique. Il convient donc que la pression partielle de chacun de ces deux composants soit inférieure ou égale à la pression calculée selon la loi de Raoult. En effet, les molécules de fluorocétones et d'hydrofluorooléfines étant très proches de par leur composition, une limitation à leur pression de vapeur saturante pour une température d'utilisation donnée générerait une phase liquide à des températures supérieures à la température d'utilisation souhaitée du fait des interactions. Selon l'appareillage, la pression interne du milieu d'isolation et/ou d'extinction d'arc qui est préconisée varie ; en particulier pour différentes raisons techniques, il est intéressant d'avoir une pression totale suffisamment importante, généralement strictement supérieure à 105 Pa. Comme le mélange HFO/C5K est, selon l'invention, entièrement sous forme gazeuse à la température la plus basse de l'appareil électrique, pour remplir les conditions de pressions de remplissage données, un gaz de dilution, ou gaz tampon, est ajouté si besoin. De préférence, le gaz de dilution présente une température d'ébullition très basse, inférieure ou égale à la température minimale 'min d'utilisation de l'appareil, et une rigidité diélectrique supérieure ou égale à celle du CO2 ou de l'air dans des conditions d'essai identiques (même appareillage, même configuration géométrique, mêmes paramètres opératoires,...) à celles utilisées pour mesurer la rigidité diélectrique dudit gaz. Par ailleurs, selon l'invention, le gaz de dilution utilisé est un gaz à faible PRG de type air ou CO2 : ainsi, le milieu gazeux utilisé comme isolant et extincteur d'arc dans les appareils électriques a un PRG inférieur ou égal à celui de la HFO de référence. De préférence, pour les appareils à champ inhomogène, le dioxyde de carbone est utilisé ; alternativement, un gaz dilution de PRG nul, l'azote N2, est utilisé.

Avantageusement, afin de maximiser la quantité de chacun des gaz fluorés constituant le mélange tout en ne générant pas de phase liquide à la température minimale d'utilisation de l'appareil pour un mélange ternaire fluorocétone C5K, hydrofluorooléfine HFO et gaz de dilution, les pressions de chaque constituant seront donc définies par la formule suivante issue de la loi de Raoult (Px étant la pression du gaz concerné et PVSx sa pression de vapeur saturante) : PHFO PC5K Pt o t r + Pgaz dilution ilF0 PC5K PVSHFO PVSC5K Par exemple, pour une température minimale d'utilisation Tmin = -25°C, plusieurs compositions de mélanges pourraient être utilisées pour remplir sans formation de liquide un appareillage électrique à enceinte étanche dont la pression totale de remplissage à 20°C est de 1,3 bar, c'est- à-dire 1,3.105 Pa, tel que présenté dans le tableau I ci-après. 25 30 PC5K PHFO PN2 0,15.105 Pa 0,05.105 Pa 1,10.105 Pa 0,14.105 Pa 0,12.105 Pa 1,04.105 Pa 0,13-105 Pa 0,18-105 Pa 0,99-105 Pa 0,12-105 Pa 0,25-105 Pa 0,93-105 Pa 0,11.105 Pa 0,31.105 Pa 0,88.105 Pa 0,10.105 Pa 0,37.105 Pa 0,83.105 Pa 0,09.105 Pa 0,43.105 Pa 0,78.105 Pa 0,08.105 Pa 0,49.105 Pa 0,73.105 Pa 0,07-105 Pa 0,55-105 Pa 0,68-105 Pa 0,06-105 Pa 0,62-105 Pa 0,62-105 Pa 0,05-105 Pa 0,68-105 Pa 0,57-105 Pa 0,04.105 Pa 0,74.105 Pa 0,52.105 Pa 0,03.105 Pa 0,8.105 Pa 0,47.105 Pa 0,02.105 Pa 0,86.105 Pa 0,42.105 Pa 103 Pa 0,92-105 Pa 0,37-105 Pa 102 Pa 0,98-105 Pa 0,319-105 Pa Tableau I : proportions d'un mélange C5K + HF0-1234ze + N2 à 1,3.105 Pa Il apparaît cependant, en remplissant une enceinte équipée d'un hublot transparent avec un tel mélange, qu'il n'y a apparition pour ces mélanges d'une phase liquide que pour une température inférieure ou égale à -28°C : la loi de Raoult ne s'applique donc pas totalement. Or la rigidité diélectrique de chacun des deux composés fluorés utilisés dans le mélange, HFO pur et C5K pur, est meilleure que celle des gaz de dilution (voir aussi figure 3B). Aussi, pour augmenter les propriétés diélectriques du mélange qui dérivent directement de sa composition molaire, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le mélange est optimisé pour comprendre plus de composé fluoré que la valeur théorique ci-dessus ; avantageusement, on augmente la composition théorique par un ajout de C5K pour améliorer les propriétés diélectriques du mélange gazeux, notamment en cheminement, dans des proportions telles qu'il n'y a pas d'apparition de phase liquide.

En particulier, tel qu'illustré en figure 1A, un mélange comprenant 4 hPa de C5K, 74 hPa de HF0-1234ze et 52 hPa d'azote suit, à température élevée, plus ou moins la courbe définie par la loi des gaz parfaits ; il en diverge à température basse, notamment inférieure à -28°C (et parfois avant en raison des limites d'utilisation des appareils de test à -20°C par exemple), correspondant au croisement avec la courbe illustrant le comportement de ce mélange selon la loi de Raoult. De fait, aux températures les plus faibles, respecter les valeurs données par la loi de Raoult est plus conservateur et permet de s'assurer de la non-apparition d'une phase liquide, zone en dessous de la courbe de Raoult. Ainsi, en figure 1B est illustré le comportement du mélange précédent dans lequel 0,2 hPa de C5K ont été ajoutés ; bien entendu, la courbe est décalée d'autant en dessous de la courbe des gaz parfaits aux températures élevées. Si, théoriquement, l'apparition de liquide devait se produire à -22°C, expérimentalement (voir aussi le décrochement de la courbe réelle), la formation de liquide intervient en dessous de -25°C.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la composition en chacun des composants du mélange ternaire est déterminée par la loi de Raoult pour qu'il n'y ait pas apparition de phase liquide à une température que l'on peut prendre égale à la température minimale de fonctionnement de l'appareil ou un peu plus, par exemple à ladite température minimale moins 10 %, ou de préférence à la température minimale prévue d'utilisation augmentée de 3°C.

Le milieu gazeux selon l'invention remplit les conditions d'utilisation des appareillages actuels et ses propriétés sont supérieures aux mélanges binaires de chaque gaz fluoré, voire même du SF6, avec effet synergique entre les deux molécules d'hydrofluorooléfine et de fluorocétone. Notamment, des essais de tenue en cheminement ont été réalisés dans un appareil à 1,3 = 2 bars illustré en figure 2A, entre deux électrodes distantes de 251 mm, avec des conducteurs en cuivre et une résine époxyde chargée en silice comme isolant. Tel que présenté en figure 2B, on note que les mélanges ternaires constitués de HFO, de C5K et d'un gaz de dilution selon l'invention possèdent une meilleure tenue en cheminement que le SF6 (plus de 1 000 V/mm comparés à moins de 930 V/mm) sur de l'époxyde chargé en silice et que les 15 mélanges binaires de chacun des composants (ces constituants pris isolément ayant des propriétés plus faibles que le SF6). De façon similaire, les essais de tenue diélectrique en ligne directe à 1,3 bar montrent que les performances du mélange selon l'invention sont supérieures à 20 celle des composants individuels associés uniquement à un gaz de dilution : la figure 3A illustre l'enceinte époxyde remplie de 1,3 bar de SF6 ou d'un mélange de N2 avec HFO et/ou C5K pour mesurer la tenue diélectrique entre deux contacts de rayon de 12 mm, distants de 12 mm. Un effet 25 synergique entre HFO et C5K est notable pour la tenue diélectrique mesurée : figure 3B. L'avantage d'un mélange ternaire selon l'invention comparé à un mélange binaire est également visible pour les décharges partielles (figure 4) : le seuil 30 d'extinction est même supérieur à celui aux 65 kV du SF6 pour le mélange ternaire, alors qu'il lui était inférieur pour les mélanges binaires.

Au vu des performances du mélange fluoré selon l'invention, seul ou avec un gaz de dilution simple de type air ou azote, une utilisation dans un appareillage existant peut être envisagée. En particulier, après avoir fait le vide (0 à 0,1 kPa) à l'aide d'une pompe à vide à huile, on peut remplir un appareil commercial moyenne tension de type GIS (appareil FBX 24 kV de Schneider Electric par exemple, rempli dans sa version commerciale actuelle, de SF6 à une pression de 130 kPa) conçu pour une application -25°C avec un mélange de gaz C5K, HF0-1234ze et de CO2, préféré dans ce cas où les champs électriques ne sont pas homogènes. Par ailleurs, pour éviter les amorçages entre les dérivations, il est avantageux de les gainer par une gaine thermorétractable. La pression totale de gaz à l'intérieur de l'appareil avec le mélange selon l'invention est choisie également à 1,3 bar (Ptot = 1,3.105 Pa) pour 20°C, et le mélange respecte les conditions définies par la loi de Raoult, par exemple avec une pression partielle comprise entre 80 et 120 hPa pour la C5K dans la mesure du possible.

Au vu de la taille de l'enceinte de cet appareil (volume supérieur à 100 litres), il est préférable, pour accélérer l'homogénéisation du mélange gazeux d'utiliser des bulleurs ; cette option n'est bien entendu pas obligatoire, notamment dans le cas d'appareillages plus petits ou de délai suffisant avant expérimentation. Par ailleurs, comme outre l'amélioration de la tenue diélectrique en ligne directe, les fluorocétones permettent d'améliorer la tenue diélectrique en cheminement du système, il est préférable de l'adsorber sur les parois des isolants. Dans un premier temps, pour tapisser les parois internes de l'appareil en C5K, ce composé est injecté pur dans l'enceinte, par exemple entre 3 et 10 mbars ; avantageusement entre 8 et 12.105 Pa de C5K, de préférence à une température supérieure à la température ambiante afin d'accélérer le débit (par exemple, le réservoir contenant le C5K peut être chauffé), sont injectés par l'intermédiaire de la sortie « gaz » de l'appareil. Après cette première étape permettant d'adsorber la fluorocétone sur les parois, le remplissage de l'appareil s'effectue à l'aide d'un mélangeur de gaz avec double bulleur permettant de contrôler le rapport entre C5K, HF0-1234ze et CO2, ce rapport étant maintenu constant en pression à 20°C tout au long du remplissage grâce à l'utilisation d'un débitmètre massique de précision ; par exemple, C5K est placée dans les deux bulleurs qui sont traversés par le CO2 et l'hydrofluorooléfine sous pression afin d'atteindre la pleine saturation. Les essais sur ce type d'appareil traversé par un courant permanent de 630 A RMS ont montré que l'échauffement au niveau des contacts électriques (points les plus chauds) est très proche du SF6 pour le mélange ternaire selon l'invention (comme pour les mélanges binaires) : voir figure 5, qui donne les résultats en variation de l'échauffement par rapport au SF6. Il est à noter par ailleurs que les appareils seront de préférence équipés d'un ou plusieurs tamis moléculaires de type sulfate de calcium (CaSO4) anhydre, qui adsorbent les petites molécules créées lors de la coupure. La toxicité du gaz n'est donc pas augmentée après décharges partielles par des molécules pouvant présenter une toxicité. De plus, en fin de vie ou après essais de coupure, le gaz est récupéré par les techniques classiques de récupération utilisant un compresseur et une pompe à vide.

L'hydrofluorooléfine HF0-1234ze et la fluorocétone C5K sont alors séparées du gaz tampon en utilisant une zéolithe capable de piéger uniquement le gaz tampon, de taille inférieure ; alternativement, une membrane à séparation sélective laisse s'échapper l'azote et/ou le CO2 et/ou l'air et garde C5K et HF0-1234ze dont la taille et la masse molaire sont plus importantes ; toute autre option est envisageable. Bien que les exemples ci-dessus aient été 5 réalisés avec HF0-1234ze, des alternatives à ce gaz sont possibles. En particulier, l'isomère HF0-1234yf (2,3,3,3- tétrafluoro-1-propène) peut être utilisé, avec les adaptations inhérentes aux propriétés de ce gaz : en particulier, tel qu'illustré en figure 6, comme sa 10 température d'ébullition est de -30°C (contre -19°C pour HFO- 1234ze), il est possible pour la même température de fonctionnement de -30°C de mettre 50 % de plus de HF0-1234yf que de HF0-1234ze. Comme pour une pression de remplissage donnée, plus il y a de HFO, et par conséquent moins il y a de 15 gaz tampon, et que les propriétés d'isolation et d'extinction d'arc dépendent du mélange, la rigidité diélectrique est augmentée. La solution selon l'invention permet ainsi de proposer un mélange gazeux à faible impact environnemental 20 (PRG diminué de plus de 99,9 % par rapport à une isolation au SF6) compatible avec les températures d'utilisation minimales de l'appareillage électrique et ayant des propriétés diélectrique, de coupure et de dissipation thermique proches de celles obtenues sur les appareils existants. Ce mélange 25 peut directement remplacer le SF6 utilisé dans les appareils, sans modifier ou presque leur conception : les lignes de production peuvent être gardées, avec simple changement du gaz de remplissage et éventuellement avec un ajout de systèmes d'aide à la coupure ou de matériaux gazogènes.

30 REFERENCES CITEES [1] EP 1 724 802 [2] WO 2008/073790 [3] WO 2009/0491445

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Utilisation d'un milieu gazeux comprenant une hydrofluorooléfine à trois atomes de carbone et une fluorocétone à cinq atomes de carbone, comme milieu d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans des appareils électriques de sous-station de haute tension. 2. Utilisation d'un milieu selon la revendication 1, dans laquelle l'hydrofluorooléfine est le trans-1,3,3,3- tétrafluoro-1-propène (HF0-1234ze), le 2,3,3,3-tétrafluoro-1- propène (HF0-1234yf), ou le 1,2,2,5-pentafluoro-l-propène (HF0-1225ye). 3. Utilisation d'un mélange selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle la fluorocétone est la décafluoro-2-méthylbutan-3-one. 4. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le milieu gazeux comprend en outre un gaz de dilution. 5. Utilisation selon la revendication 4, dans laquelle le gaz de dilution est choisi parmi l'air, l'azote, l'oxygène, le dioxyde de carbone ou un mélange de ces gaz. 6. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle les pressions partielles de la fluorocétone et de l'hydrofluorooléfine au sein du mélange sont choisies en fonction de la température minimale de l'appareillage de manière à ne pas créer de phase liquide selon la loi deRaoult à une température de 3°C inférieure à la température minimale d'utilisation de l'appareil. 7. Utilisation selon la revendication 6, dans laquelle la pression partielle de fluorocétone est comprise entre 80 et 120 mbars. 8. Utilisation selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans laquelle la température minimale (Tmin) est choisie parmi -40°C, -35°C, -30°C, -25°C, -20°C, -15°C, -10°C, -5°C et 0°C. 9. Appareil électrique haute tension, comprenant une enceinte étanche dans laquelle se trouvent des composants électriques ainsi qu'un milieu gazeux assurant l'isolation électrique et/ou l'extinction des arcs électriques susceptibles de se produire au sein de cette enceinte, caractérisé en ce que le milieu gazeux comprend une hydrofluorooléfine à trois atomes de carbone et une fluorocétone à cinq atomes de carbone. 10. Appareil électrique selon la revendication 9, dans lequel l'hydrofluorooléfine est le trans-1,3,3,3- tétrafluoro-1-propène (HF0-12134ze) ou le 2,3,3,3- tétrafluoro-1-propène (HF0-1234yf) ou le 1,2,2,5-pentafluoro-1-propène (HF0-1225ye), et la fluorocétone est la décafluoro2-méthylbutan-3-one. 11. Appareil électrique selon la revendication 9 ou la revendication 10, dans lequel le milieu gazeux comprend en outre un gaz de dilution.12. Appareil électrique selon la revendication 11, dans lequel le gaz de dilution est choisi parmi l'air, l'azote, l'oxygène, le dioxyde de carbone ou un mélange de ces gaz. 13. Appareil électrique selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel l'hydrofluorooléfine et la fluorocétone sont présentes dans le milieu avec des proportions définies selon la loi de Raoult pour ne pas créer de phase liquide à une température de 3°C inférieure à la température minimale d'utilisation de l'appareil. 14. Appareil électrique selon l'une des revendications 9 à 13, qui est un transformateur électrique à isolation gazeuse, une ligne à isolation gazeuse pour le transport ou la distribution de l'électricité ou un appareil électrique de connexion/déconnexion. 15. Appareil électrique selon l'une des revendications 9 à 14, qui comprend un tamis moléculaire de CaSO4.