FR2983341A1 - Oxiranes polyfluores comme gaz d'isolation electrique et/ou d'extinction des arcs electriques en moyenne tension - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à l'utilisation d'un milieu gazeux comprenant un oxirane polyfluoré, éventuellement associé à un gaz de dilution, comme gaz d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans un appareil électrique moyenne tension. Elle se rapporte également à un appareil électrique moyenne tension dans lequel l'isolation électrique et/ou l'extinction des arcs électriques est (sont) assurée (s) par un milieu gazeux comprenant un oxirane polyfluoré, éventuellement associé à un gaz de dilution. Applications : transformateurs électriques (d'alimentation, de mesure, ...), lignes à isolation gazeuse pour le transport ou la distribution de l'électricité, jeux de barres, appareils électriques de connexion/déconnexion (disjoncteurs, interrupteurs, combinés interrupteur-fusibles, sectionneurs, sectionneurs de mise à la terre, contacteurs, ...), etc.

Description

OXIRANES POLYFLUORES COMME GAZ D'ISOLATION ELECTRIQUE ET/OU D'EXTINCTION DES ARCS ELECTRIQUES EN MOYENNE TENSION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine de l'isolation électrique et de l'extinction des arcs électriques dans des appareils électriques 10 moyenne ou haute tension. Plus précisément, elle se rapporte à l'utilisation d'un milieu gazeux comprenant un oxirane polyfluoré comme gaz d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans un appareil 15 électrique moyenne tension. Elle se rapporte également à un appareil électrique moyenne tension dans lequel l'isolation électrique et/ou l'extinction des arcs électriques est (sont) assurée(s) par un milieu gazeux comprenant un 20 oxirane polyfluoré. Cet appareil électrique peut notamment être un transformateur électrique tel qu'un transformateur d'alimentation ou de mesure, une ligne à isolation gazeuse (ou LIG) pour le transport ou la distribution 25 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 30 contacteur.

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. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans les appareils électriques moyenne ou haute tension, l'isolation électrique et, le cas 15 échéant, l'extinction des arcs électriques sont typiquement assurées par un gaz qui est confiné à l'intérieur d'une enceinte que comprend ces appareils. Actuellement, le gaz le plus souvent utilisé est l'hexafluorure de soufre (SF6) : ce gaz 20 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 25 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 présenter un potentiel de réchauffement global (PRG) 30 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 (voir, par exemple, EP- A-1 724 802) 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-A-2008/073790. 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 ( CnF2n+2 1 c-C4F8) présentent, d'une manière générale, des propriétés de 30 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-A-2009/049144. 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, 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 mais, notamment, en augmentant la pression de gaz, en ajoutant des déflecteurs diélectriques, en revêtant certaines pièces de couches isolantes, ce qui nécessite une nouvelle conception des appareillages MT 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 notablement plus faible que celui du SF6 et ne soit pas, par ailleurs, toxique pour l'homme et les animaux. EXPOSÉ DE L'INVENTION Ce but et d'autres encore sont atteints par l'invention qui propose, en premier lieu, l'utilisation d'un milieu gazeux comprenant un oxirane polyfluoré comme gaz d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans un appareil électrique moyenne tension. Les oxiranes polyfluorés susceptibles 15 d'être utilisés dans le cadre de l'invention sont des oxiranes qui répondent à la formule générale (I) ci-après : R1---(c) ...-- R4 R2 R3 ( I ) 20 dans laquelle R1, R2, R3 et R4, identiques ou différents, représentent un atome de fluor ou un groupe perfluoroalkyle, c'est-à-dire un groupe alkyle dont tous les atomes d'hydrogène ont été remplacés par des atomes de fluor. 25 Ces oxiranes, qui ne sont ni toxiques, ni corrosifs, ni inflammables et qui présentent un PRG nettement inférieur à celui du SF6, sont dotés de propriétés d'isolation électrique et d'extinction des arcs électriques propres à leur permettre de remplacer très avantageusement, seuls ou en mélange avec un gaz de dilution, le SF6 comme gaz d'isolation et/ou d'extinction d'arc dans des appareils électriques de moyenne ou haute tension. Dans le cadre de l'invention, on préfère utiliser un oxirane polyfluoré de formule générale (I) dans laquelle le ou les groupes perfluoroalkyle, s'il y en a, sont des groupes perfluorométhyle, c'est-à-dire -CF3, ou perfluoroéthyle, c'est-à-dire -CF2CF3, les groupes perfluorométhyle étant tout particulièrement préférés. On préfère de plus utiliser un oxirane polyfluoré de formule générale (I) qui ne comporte pas 15 plus de 4 atomes de carbone et qui répond donc à la formule brute C4F80. Un oxirane polyfluoré satisfaisant ces critères est notamment le 2,3-(difluoro-2,3- bis(trifluorométhyl)oxirane (selon la nomenclature 20 IUPAC) qui répond à la formule particulière (II) ci-après : F3C-10 ......--CF3 F F (II) Par souci de commodité, cet oxirane sera appelé dans ce qui suit « C4-oxirane ». 25 Conformément à l'invention, l'oxirane polyfluoré peut être utilisé seul ou en mélange avec un autre gaz, lequel peut être un autre oxirane polyfluoré ou bien un gaz qui n'appartient pas à la famille des oxiranes.

Le plus souvent et, pour des raisons qui seront explicitées ci-après, l'oxirane polyfluoré sera utilisé en mélange avec un gaz de dilution qui sera choisi parmi les gaz qui répondent aux quatre critères suivants : (1) présenter une température d'ébullition très basse, inférieure ou égale à la température minimale d'utilisation de l'appareil ; (2) présenter une rigidité diélectrique supérieure ou égale à celle du dioxyde de carbone dans des conditions d'essai identiques (même appareillage, même configuration géométrique, mêmes paramètres opératoires, ...) à celles utilisées pour mesurer la rigidité diélectrique du dioxyde de carbone ; (3) être dénués de toxicité pour l'homme et les animaux ; et (4) présenter un PRG plus faible que celui des oxiranes polyfluorés de sorte que la dilution de l'oxirane polyfluoré par le gaz de dilution ait également pour effet d'abaisser l'impact environnemental de cet oxirane puisque le PRG d'un mélange gazeux est en rapport avec les pressions partielles de chacun de ses composants. En particulier, on préfère utiliser un gaz de dilution dont le PRG est très faible, voire nul. Aussi, le gaz de dilution est-il, de préférence, du dioxyde de carbone dont le PRG est égal à 1, de l'azote, de l'oxygène ou de l'air, avantageusement sec, dont le PRG est égal à 0, ou bien des mélanges de ceux-ci.

Avantageusement, l'oxirane polyfluoré est présent dans le mélange oxirane polyfluoré/gaz de dilution en un pourcentage molaire qui est au moins égal à 95% du pourcentage molaire M déterminé par la formule : M PO)" Pmélange ) x 100 dans laquelle P - mélange représente la pression du mélange à 20°C dans l'appareil électrique et Pox représente la pression, exprimée dans la même unité, qui équivaut à 20°C à la pression de vapeur saturante que présente l'oxirane polyfluoré à la température minimale d'utilisation de l'appareil électrique. La pression Pox est, elle-même, déterminée par la formule : Pox = (PVSox x 293 ) Train dans laquelle PVSox représente la pression de vapeur saturante de l'oxirane polyfluoré à la température minimale Iminf exprimée en Kelvins, d'utilisation de l'appareil électrique.

Ainsi, les propriétés diélectriques du milieu gazeux 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 Train est choisie 25 parmi : 0, -5, -10, -15, -20, -25, -30, -35, -40, -45 et -50°C. Dans le cas où l'appareil électrique est un appareil moyenne tension, la présence partielle du mélange à l'état liquide n'est pas de nature à poser de 30 problème normatif. Il est donc possible d'utiliser un mélange dans lequel l'oxirane polyfluoré est présent en un pourcentage molaire supérieur au pourcentage molaire M. Auquel cas, le pourcentage molaire de l'oxirane polyfluoré est, de préférence, compris entre 95% et 130%, mieux encore entre 95% et 120%, idéalement entre 99% et 110%. Dans le cas où l'appareil électrique est un appareil moyenne ou haute tension du type poste sous enveloppe métallique, il est souhaitable, pour qu'il puisse répondre aux normes CEI actuellement en vigueur, que le mélange oxirane polyfluoré/gaz de dilution soit exclusivement ou quasi exclusivement à l'état gazeux dans toute la gamme des températures d'utilisation de cet appareil. Il est donc préféré que l'oxirane polyfluoré soit présent dans ce mélange en un pourcentage molaire qui ne dépasse pas 100% du pourcentage molaire M afin de ne pas présenter de phase de liquéfaction. Auquel cas, le pourcentage molaire de l'oxirane polyfluoré est, de préférence, compris entre 98% et 100%.

L'invention a également pour objet un appareil électrique moyenne 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 susceptibles de se produire dans cette enceinte, et qui est caractérisé en ce que le milieu gazeux comprend un oxirane polyfluoré tel que précédemment défini. Les caractéristiques du milieu gazeux 30 présent dans cet appareil électrique et, notamment, celles de l'oxirane polyfluoré sont telles que précédemment décrites à propos de l'utilisation de ce milieu gazeux. Conformément à l'invention, cet appareil électrique peut être, en premier lieu, un transformateur électrique à isolation gazeuse comme, par exemple, un transformateur d'alimentation ou un transformateur de mesure. Il peut également être une ligne à isolation gazeuse, aérienne ou souterraine, ou un jeu 10 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 15 disjoncteur, un interrupteur, un sectionneur, un combiné interrupteur-fusibles, un sectionneur de mise à la terre ou un contacteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront du complément de description 20 qui suit. Il va de soi, toutefois, que ce complément de description n'est donné qu'à titre d'illustration de l'objet de l'invention et ne constitue en aucune manière une limitation de cet objet. 25 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre, sous la forme d'une courbe, l'évolution de la rigidité diélectrique normalisée d'un mélange de C4-oxirane et de CO2 en fonction du pourcentage molaire de C4-oxirane que 30 présente ce mélange.

La figure 2 illustre, sous la forme d'une courbe, l'évolution de la rigidité diélectrique normalisée d'un mélange de C4-oxirane et d'air sec en fonction du pourcentage molaire de C4-oxirane que présente ce mélange. La figure 3 montre un dispositif dans lequel des tests de tenue diélectrique sur ligne directe et de tenue aux décharges partielles ont été réalisés avec des milieux gazeux utiles l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention est basée sur l'utilisation, avec ou sans gaz de dilution, encore appelé gaz vecteur ou gaz tampon, d'oxiranes polyfluorés. Ces oxiranes polyfluorés répondent à la 15 formule générale (I) telle que définie ci-avant, dans laquelle : - d'une part, le ou les groupes perfluoroalkyle, s'il y en a, sont préférentiellement des groupes perfluorométhyle ou perfluoroéthyle et, plus 20 encore, perfluorométhyle ; et - d'autre part, le nombre total d'atomes de carbone est préférentiellement au plus de 4. Notamment, le C4-oxirane, ou 2,3-(difluoro2,3-bis(trifluorométhyl)oxirane selon la nomenclature 25 IUPAC, est utilisé pour les exemples comparatifs suivants. Son pouvoir de réchauffement global, ou PRG, est de l'ordre de 3 000, soit 7,6 fois plus faible que celui du SF6 et plus de 2,5 fois plus faible que celui d'un mélange de SF6 et d'azote à 10% volumique de SF6. Par ailleurs, il ne présente pas de toxicité pour l'homme et les animaux puisqu'il se caractérise par et une dose létale causant la mort de 50% d'une population animale (ou DL50) supérieure à 50 000 ppm. Il est en outre ininflammable. De préférence, l'oxirane polyfluoré est présent dans l'appareil électrique sous forme entièrement gazeuse ou quasi entièrement gazeuse quelle que soit la température d'utilisation de cet appareil. Il convient donc que la pression de l'oxirane polyfluoré à l'intérieur de l'appareil électrique soit choisie en fonction de la pression de vapeur saturante (PVS) que présente cet oxirane à la température la plus basse d'utilisation dudit appareil. Toutefois, comme le remplissage en gaz des appareils électriques se fait usuellement à température ambiante, la pression de l'oxirane polyfluoré à laquelle on se réfère pour remplir l'appareil électrique est la pression qui correspond, à la température de remplissage, par exemple 20°C, à la PVS que présente cet oxirane à la température la plus basse d'utilisation dudit l'appareil électrique.

A titre d'exemple, le tableau I ci-après indique les pressions de vapeur saturante, notées PVSc4-ox et exprimées en hectopascals, que présente le C4-oxirane aux températures de 0, -5, -10, -15, -20, -25 et -30°C, ainsi que les pressions, notées Pc4-ox et exprimées en hectopascals, qui correspondent à 20°C à ces pressions de vapeur saturante.

Températures PVSc4-0X PC4-0X hPa hPa 0°C 1048 1125 -5°C 861 941 -10°C 700 780 -15°C 564 641 -20°C 450 521 -25°C 355 419 -30°C 276 333 Tableau I : pressions de vapeur saturante du C4-oxirane Selon l'appareil électrique, la pression préconisée de remplissage en milieu d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques varie. Elle est toutefois, typiquement de plusieurs bars.

Aussi, bien qu'en théorie, l'oxirane poly- fluoré puisse être utilisé seul, en pratique, il sera le plus souvent utilisé en mélange avec un gaz de dilution (ou gaz vecteur ou gaz tampon) pour pouvoir obtenir le niveau de pression de remplissage préconisé.

Ainsi, par exemple, un appareil prévu pour, d'une part, être utilisé à une température minimale de -20°C, et, d'autre part, être rempli à 5 bars (i.e. 5 000 hPa), sera rempli avec 0,521 bar (i.e. 521 hPa) de C4-oxirane et 4,479 bars (i.e. 4479 hPa) d'un gaz de dilution. De préférence, le gaz de dilution est choisi parmi les gaz qui présentent, d'une part, une température d'ébullition très basse, inférieure ou égale à la température minimale d'utilisation de l'appareil, et, d'autre part, une rigidité diélectrique supérieure ou égale à celle du dioxyde de carbone dans des conditions d'essai identiques (même appareillage, même configuration géométrique, mêmes paramètres opératoires, ...) à celles utilisées pour mesurer la rigidité diélectrique du dioxyde de carbone. De plus, on préfère que le gaz de dilution ne soit pas toxique et qu'il présente un PRG très faible, voire nul, de sorte que la dilution de l'oxirane polyfluoré par ce gaz ait également pour effet d'abaisser l'impact environnemental de cet oxirane puisque le PRG d'un mélange gazeux est en rapport avec les pressions partielles de chacun de ses composants. Aussi, le gaz de dilution est-il, de préférence, du dioxyde de carbone dont le PRG est égal à 1, de l'azote, de l'oxygène ou de l'air, avantageusement sec, dont le PRG est égal à 0, ou bien des mélanges de ceux-ci. A titre d'exemple, un mélange de C4-Oxirane et de CO2 à 7% molaire de C4-oxirane présente un PRG de 810, ce qui représente une réduction de 73% du PRG du C4-oxirane pur et une réduction de 96,4% par rapport au PRG du SF6 pur. Afin de déterminer la composition du mélange gazeux au remplissage, on détermine le pourcentage molaire M en oxirane polyfluoré à la pression de remplissage de l'appareil électrique préconisée, qui représente la proportion maximale d'oxirane polyfluoré que doit comporter le mélange oxirane polyfluoré/gaz de dilution pour qu'il n'y ait pas de liquide dans l'enceinte de l'appareil électrique. Le pourcentage molaire M est donné par la formule M = (Pox/Pméiange) x 100, avec Pox qui représente la pression équivalente, à la température de remplissage (typiquement de l'ordre de 20°C), à la pression de vapeur saturante PVS de l'oxirane polyfluoré à la température minimale d'utilisation Train de l'appareil (Pox = (PVS0x x 293) /Trnin). Ensuite, on choisit le pourcentage molaire Flox de remplissage en fonction de M. Dans certains cas, il est impératif que Mox ne dépasse pas M pour éviter toute présence de liquide. Par contre, il est parfois possible, par exemple en moyenne tension, d'avoir un peu de liquide à basse ou très basse température, auquel cas Mox peut atteindre 110% voire 130% de M. Par ailleurs, comme les oxiranes polyfluorés possèdent une meilleure tenue diélectrique que les gaz vecteurs, il est souhaitable d'optimiser le remplissage par l'oxirane polyfluoré : on choisit donc, de préférence, Flox de sorte qu'il soit supérieur ou égal à 95% de M, mieux encore supérieur ou égal à 98%.de M, par exemple égal à 99% de M.

Les propriétés du C4-oxirane, seul ou en mélange avec un gaz de dilution du type CO2, azote ou air, pour l'isolation et/ou l'extinction des arcs électriques dans un appareil électrique se sont révélées particulièrement intéressantes.

Ainsi, notamment et comme visible sur les figures 1 et 2, la rigidité électrique normalisée de milieux gazeux composés de C4-oxirane et de CO2 (figure 1) ou de C4-oxirane et d'air sec (figure 2) telle que déterminée sur un appareil de type GIS 145 kV en tension alternative de 50 Hz a montré que ces milieux remplissent les conditions d'utilisation des appareils électriques actuels. Par ailleurs, des essais de tenue électrique sur ligne directe, sous chocs de foudre (onde de 1,2 - 50 ps) entre phase et terre, ainsi que 10 des essais de tenue aux décharges partielles (effet Corona) ont été réalisés dans un dispositif tel qu'illustré sur la figure 3, à température ambiante. Ce dispositif comprend une enceinte 1 en époxy, de type FluokitlM M24+, c'est-à-dire de type 15 « air insulated switchgear », et deux contacts 2 en cuivre argenté, de 12 mm de rayon, espacés l'un de l'autre d'une distance d de 134 mm. Les résultats de ces essais sont donnés en tableau II pour la tenue électrique, et en tableau III 20 pour la tenue aux décharges partielles.

Milieu gazeux Pression Tenue en Tenue en absolue polarité polarité positive négative SF6 300 hPa 190 kV 185 kV C4-oxirane 300 hPa 254 kV > 295 kV Différence/SF6 + 33% > + 59% N2 1 300 hPa 118 kV 113 kV C4-oxirane + N2 (410 + 890) hPa 210 kV > 310 kV (mélange grand froid -25°C) Différence/N2 + 78% + 174% Tableau II : tenue diélectrique du C4-oxirane, seul ou en mélange avec de l'azote Milieu gazeux Pression absolue Seuil d'extinction SF6 200 hPa 20 kV C4-oxirane 200 hPa 29 kV Différence/SF6 + 9 kV SF6 1200 hPa 65 kV C4-oxirane + N2 (200 + 1000) hPa 63 kV Différence/SF6 (mélange grand froid -35°C) - 2 kV Tableau III : tenue aux décharges partielles du C4- oxirane, seul ou en mélange avec de l'azote Ces tableaux montrent que, dans une configuration de champ électrique non homogène, le C4- oxirane a une tenue diélectrique significativement supérieure à celle du SF6, même lorsqu'il est utilisé 5 en mélange avec un gaz de dilution simple, dans un rapport molaire de 31%. Ils montrent également que le C4-oxirane a une tenue aux décharges partielles qui est supérieure à celle du SF6 lorsqu'il est utilisé pur et qui est du même ordre que celle du SF6 lorsqu'il est 10 utilisé en mélange avec un gaz de dilution simple, dans un rapport molaire de 16%. Un essai comparatif de tenue à l'échauffement, mené sur un appareil type AIS mesure, au niveau des contacts électriques (points les plus 15 chauds), les échauffements maximum sur l'appareil traversé par un courant permanent de 630 A RMS. Tel que présenté dans le tableau IV, les échauffements mesurés sur une moyenne de trois points de mesure avec le C4-oxirane, seul ou en mélange avec de l'azote, sont du 20 même ordre de grandeur que ceux mesurés avec le SF6.

Milieu gazeux Echauffement contacts (en pression absolue) température absolue des par rapport à SF6 SF6 (1 380 hPa) 50,63 K / N2 (1 380 hPa) 53,60 K + 5,8% C4-oxirane (1 380 hPa) 47,36 K - 6,5% C4-oxirane (400 hPa) 51,83 K + 2,4% + N2 (980 hPa) (mélange grand froid -25°C) Tableau IV : tenue à l'échauffement du C4-oxirane, seul ou en mélange avec de l'azote Au vu des résultats présentés ci-dessus, une utilisation des oxiranes polyfluorés et, en particulier du C4-oxirane, seuls ou en mélange avec un gaz de dilution simple du type CO2, azote ou air, dans des appareils électriques existants peut être envisagée, ce qui est très avantageux sur un plan économique. Ainsi, par exemple, après avoir fait le vide à l'aide d'une pompe à vide à huile, on peut remplir un appareil commercial de 5 bars prévu pour une utilisation à -30°C à l'aide d'un mélangeur de gaz permettant de contrôler le rapport entre la pression de l'oxirane polyfluoré et celle du gaz de dilution, ce rapport étant maintenu constant et égal à 6,66% tout au long du remplissage grâce à l'utilisation d'un débitmètre massique de précision. De préférence, le vide (0 à 0,1 kPa) aura été fait auparavant dans l'appareil. A titre d'exemple, l'appareil électrique peut être un appareil de type GIS, de 145 kV de tension assignée et de structure identique à celle que présente l'appareil qui est actuellement commercialisé par Alstom Grid sous la référence B65, rempli de SF6. Cet appareil, ainsi rempli d'un mélange C4-oxirane/CO2 à 6,66% molaire de C4-oxirane présente, à température 10 ambiante, une tenue diélectrique sous chocs de foudre (onde de 1,2 - 50 ps), à onde positive et à onde négative (telle que mesurée conformément à la norme CEI 62271-1 comme décrit ci-avant), de 290 kV rms, ce qui représente 64% de la tenue diélectrique de cet appareil 15 sous SF6 pur à la même pression (450 Kv rms) et 64% de plus que la tenue diélectrique du même appareil rempli de CO2 pur à la même pression. L'appareil électrique peut également être un appareil de type GIS, de 145 kV de tension assignée 20 et de structure identique à celle que présente l'appareil qui est actuellement commercialisé par Alstom Grid sous la référence FluoduclM B105/6. Cet appareil, ainsi rempli d'un mélange C4-oxirane/CO2 à 6,66% molaire de C4-oxirane présente, lorsqu'il est 25 traversé par un courant permanent de 3150 ampères rms, une valeur maximale d'échauffement (telle que déterminée selon la norme CEI 662271-1) de 39,6 Kelvins, soit une réduction de 7% de la valeur maximale d'échauffement obtenue pour le même appareil et dans 30 les mêmes conditions lorsque celui-ci est rempli uniquement de CO2.

L'appareil électrique peut encore être un sectionneur, de 420 kV de tension assignée et de structure identique à celle que présente l'appareil qui est actuellement commercialisé par Alstom Grid sous la référence T155/3. Après avoir rempli cet appareil d'un mélange C4-oxirane/CO2 à 6,66% molaire de C4-oxirane, on a mesuré les temps de coupure lors d'essais de transfert de barre sous un courant de 1 600 ampères rms au cours de 100 manoeuvres d'ouverture et de fermeture.

Aucune non coupure n'a été observée au cours de ces manoeuvres et le temps d'arc moyen a été de 16,9 ms, avec un temps d'arc minimum de 1,4 ms et un temps d'arc maximum de 30 ms. Il est à noter par ailleurs que, les appareils électriques futurs seront équipés de tamis moléculaire de type sulfate de calcium (CaSO4) anhydre qui adsorbent les petites molécules créées lors de la coupure, la toxicité du gaz n'est 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 peut être récupéré par les techniques classiques de récupération utilisant un compresseur et une pompe à vide. L'oxirane polyfluoré peut alors être séparé du gaz tampon en utilisant une zéolithe capable de piéger uniquement le gaz tampon, de taille inférieure ; alternativement, une membrane à séparation sélective laissant s'échapper le gaz de dilution et gardant l'oxirane polyfluoré puisque celui-ci a une masse moléculaire plus importante peut être utilisée. Bien entendu, toute autre option est envisageable.

La solution selon l'invention permet ainsi de proposer un mélange gazeux à faible impact environnemental (PRG diminué de plus de 96% par rapport à une isolation au SF6), compatible avec les températures d'utilisation minimales de l'appareillage électrique et ayant des propriétés diélectriques, de coupure et de dissipation thermique proches de celles obtenues sur les appareils existants. Ce gaz, seul ou en mélange avec un autre gaz, peut avantageusement remplacer le SF6 utilisé dans les appareils électriques, sans modifier ou presque leur conception : les lignes de production peuvent être gardées, avec un simple changement du gaz de remplissage. REFERENCES CITEES [1] EP-A-1 724 802 [2] WO-A-2008/073790 [3] WO-A-2009/049144

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Utilisation d'un milieu gazeux comprenant un oxirane polyfluoré de formule générale (I) ci-après : i , R 1----( \\-- R'-' R2 R3 (1) dans laquelle R1, R2, R3 et R4, identiques ou différents, représentent un atome de fluor ou un groupe perfluoroalkyle, comme gaz d'isolation électrique et/ou d'extinction des arcs électriques dans un appareil électrique moyenne tension.
2. 2. Utilisation selon la revendication 1, 15 dans laquelle le(s) groupe(s) perfluoroalkyle de l'oxirane polyfluoré est (sont) un (des) groupe(s) perfluorométhyle ou perfluoroéthyle.
3. 3. Utilisation selon la revendication 1 ou 20 la revendication 2, dans laquelle l'oxirane polyfluoré ne comporte pas plus de 4 atomes de carbone.
4. 4. Utilisation selon la revendication 3, dans laquelle l'oxirane polyfluoré répond à la formule 25 particulière (II) ci-après : FOC
5. 5. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l'oxirane polyfluoré est mélangé à un gaz de dilution.
6. 6. Utilisation selon la revendication 5, dans laquelle le gaz de dilution est choisi parmi le dioxyde de carbone, l'azote, l'oxygène, l'air et les mélanges de ceux-ci.
7. 7. Utilisation selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans laquelle l'oxirane polyfluoré est présent dans le mélange oxirane polyfluoré/gaz de dilution en un pourcentage molaire (Mox) au moins égal à 95% du pourcentage molaire M déterminé par la formule M = PO)" Pmélange x 100, dans laquelle P - mélange représente la pression du mélange à 20°C dans l'appareil électrique et Pox représente la pression, exprimée dans la même unité, qui équivaut à 20°C à la pression de vapeur saturante (PVS) de l'oxirane polyfluoré à la température minimale (Train) d'utilisation de l'appareil électrique.
8. 8. Utilisation selon la revendication 7, dans laquelle le pourcentage molaire de l'oxirane polyfluoré (Mox) dans le mélange oxirane polyfluoré/gaz de dilution est compris entre 95% et 130% du pourcentage molaire M.
9. 9. Utilisation selon la revendication 7, 30 dans laquelle le pourcentage molaire de l'oxirane polyfluoré (Mox) dans le mélange oxirane polyfluoré/gazde dilution est compris entre 98% et 100% du pourcentage molaire M.
10. 10. Appareil électrique moyenne tension, 5 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 susceptibles de se produire au sein de cet enceinte, caractérisé en ce que 10 le milieu gazeux est tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 9.
11. 11. Appareil électrique selon la revendication 10, qui est un transformateur électrique 15 à isolation gazeuse, une ligne à isolation gazeuse pour le transport ou la distribution de l'électricité ou un appareil électrique de connexion/déconnexion.