Medio de aislamiento dieléctrico.

Medio de aislamiento dieléctrico que comprende un gas de aislamiento, comprendiendo dicho gas de aislamiento en condiciones operativas una fluorocetona que tiene de 4 a 12 átomos de carbono

, caracterizado por que la fluorocetona tiene un punto de ebullición de por lo menos -5 ºC a presión ambiente.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/057294.

Solicitante: ABB TECHNOLOGY AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: AFFOLTERNSTRASSE 44 8050 ZURICH SUIZA.

Inventor/es: CLAESSENS,MAX-STEFFEN, SKARBY,PER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CUADROS, ESTACIONES DE TRANSFORMACION O DISPOSICIONES... > Instalación de aparellaje de conmutación en, o... > H02B13/055 (Características relativas al gas (empleo específico de fluidos para interruptores H01H 33/22))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Aisladores o cuerpos aislantes caracterizados por... > H01B3/56 (gases)

PDF original: ES-2525938_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Medio de aislamiento dieléctrico

La presente invención se refiere a un medio de aislamiento dieléctrico, de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1, 7 y 13, y al uso de una fluorocetona en este medio de aislamiento, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 19. Además, la invención se refiere además a un aparato para la generación, la distribución o el uso de energía eléctrica, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 21 y a un método de dimensionamiento de la reivindicación 33.

Los medios de aislamiento dieléctrico en estado liquido o gaseoso se aplican de manera convencional para el aislamiento de una parte activa eléctrica en una amplia variedad de aparatos eléctricos, tal como aparamentas de conexión o transformadores.

En aparamentas de conexión encapsuladas con metal de voltaje alto o medio, por ejemplo, la parte activa eléctrica se dispone en un alojamiento hermético a gases, que define un espacio de aislamiento, comprendiendo dicho espacio de aislamiento un gas de aislamiento por lo general con una presión de varios bares (varios cientos de kPa) y que separa el alojamiento de la parte activa eléctrica sin dejar que la corriente eléctrica lo atraviese. Por lo tanto, las aparamentas de conexión encapsuladas con metal permiten una construcción que ahorra mucho más espacio que las aparamentas de conexión que se montan en exteriores y se aíslan sólo por el aire ambiente. Para interrumpir la corriente en una aparamenta de conexión de alto voltaje, el gas aislante funciona adicionalmente como un gas de extinción de arco.

Los gases de aislamiento usados de forma convencional con un alto comportamiento de aislamiento y conmutación tienen un cierto impacto ambiental cuando se liberan a la atmósfera. Hasta ahora, se ha hecho frente al alto potencial de calentamiento global (GWP, global warming potencial) de estos gases de aislamiento con un control estricto de fuga de gases en aparatos aislados con gas y un manejo muy cuidadoso de los gases. Los gases de aislamiento convencionales, respetuosos con el medio ambiente, tal como por ejemplo el aire seco o el CO2, tienen un comportamiento de aislamiento bastante bajo, de modo que tendrían que aumentarse la presión del gas y/o las distancias de aislamiento.

Por las razones mencionadas en lo que antecede, se han hecho esfuerzos en el pasado para sustituir estos gases de aislamiento convencionales por unos sustitutos adecuados.

Por ejemplo, el documento WO 28/7379 describe un compuesto gaseoso dieléctrico que - entre otras características - tiene un punto de ebullición en el intervalo entre aproximadamente -2 °C y aproximadamente -273 °C, que es bajo, de manera preferente sin empobrecimiento de ozono y que tiene un GWP menor de aproximadamente 22.2. En concreto, el documento WO 28/7379 describe varios compuestos diferentes que no caen dentro de una definición química genérica.

Además, el documento US-A-417548 se refiere a un aislante gaseoso que comprende un compuesto seleccionado del grupo de perfluorociclohexeno y hexafluoroazometano, y el documento EP-A-67294 describe el uso de perfluoropropano como un gas dieléctrico.

El documento EP-A-1933432 se refiere a trifluoroyodometano (CF3I) y a su uso como un gas aislante en una aparamenta de conexión aislada con gas. A este respecto, el documento menciona que tanto la fuerza dieléctrica como el comportamiento de interrupción son requisitos importantes para un gas aislante. El CF3I tiene de acuerdo con el documento EP-A-1933432 un GWP de 5 y por lo tanto se considera que provoca una carga ambiental relativamente baja. Sin embargo, debido al puntó de ebullición relativamente alto del CF3I (-22 °C), se enseñan mezclas gaseosas con CO2. Además, el gas CF3I puro tiene aproximadamente el mismo comportamiento de aislamiento que los medios de aislamiento convencionales que tienen un alto comportamiento de aislamiento y conmutación, de modo que las mezclas de gases propuestas tienen aproximadamente un 8 % del comportamiento de aislamiento específico de un medio de aislamiento convencional puro, lo que tendría que llegar a compensarse por una presión de carga aumentada y / o una mayor distancia de aislamiento.

Por lo tanto, existe la necesidad constante de un medio de aislamiento que provoque una carga ambiental aún menor que el CF3I y que no requiera un aumento de la presión de gas y / o las distancias de aislamiento por encima de los valores habituales de la actualidad.

A la vista de esto, el objeto de la presente invención por lo tanto es proporcionar un medio aislante que tenga un GWP reducido, pero que tenga al mismo tiempo propiedades de aislamiento comparables o aún mejoradas en comparación con los medios de aislamiento conocidos sin un aumento de la presión de gas y / o de las distancias de aislamiento por encima de los valores aplicados en la actualidad.

Este objeto se logra por el medio de aislamiento de acuerdo con las reivindicaciones 1, 7 y 13. Las realizaciones preferentes de la invención se dan en las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en el hallazgo sorprendente de que, mediante el uso de una fluorocetona que tiene de 4 a 12 átomos de carbono, puede obtenerse un medio de aislamiento que tiene altas capacidades de aislamiento, en particular una alta intensidad dieléctrica (o intensidad de campo de disrupción), y al mismo tiempo un potencial de calentamiento global (GWP) extremadamente bajo.

En general, la fluorocetona de acuerdo con la presente invención tiene la estructura general R1-CO-R2

donde R1 y R2 son cadenas por lo menos parcialmente fluoradas, siendo dichas cadenas independientemente entre sí lineales o ramificadas y teniendo de 1 a 1 átomos de carbono. La definición abarca tanto cetonas perfluoradas como cetonas hidrofluoradas.

En general, la fluorocetona usada de acuerdo con la presente invención tiene un punto de ebullición de por lo menos -5 °C a presión ambiente, lo que contrasta claramente con las enseñanzas del estado de la técnica y en particular del documento WO 28/7379 que enseña que un punto de ebullición de -2 °C o menor es una característica esencial de un compuesto dieléctrico factible.

De manera preferente, la fluorocetona tiene de 4 a 1 átomos de carbono, de manera más preferente de 4 a 8 átomos de carbono, y de manera lo más preferente 6 átomos de carbono (a la que también se hace referencia como C6-fluorocetona). Tal como se ha mencionado en lo que antecede, dicha C6-fluorocetona puede ser una cetona perfluorada (que tiene la fórmula molecular CgFhO) o una cetona hidrofluorada.

Durante el uso, el medio de aislamiento puede estar tanto en estado líquido como gaseoso. En particular, el medio de aislamiento puede ser un sistema de dos fases que comprende la fluorocetona tanto en un estado líquido como gaseoso. De manera más particular, el medio de aislamiento puede ser un aerosol que comprende gotas de la fluorocetona dispersadas en una fase gaseosa que comprende fluorocetona en estado gaseoso.

Para muchas aplicaciones, se prefiere que el medio de aislamiento comprenda un gas de aislamiento que comprende la fluorocetona en condiciones operativas. Este es en particular el caso para un medio de aislamiento usado para una conmutación de alto voltaje en una aparamenta de conexión correspondiente.

Si se usa un gas de aislamiento, este puede ser o bien una mezcla de gases, que aparte de la fluorocetona comprende de manera preferente aire o bien por lo menos un componente de aire, en particular seleccionado del grupo que consiste en dióxido de carbono (CO2), oxígeno (O2) y nitrógeno (NO2), como gas amortiguador o portador. De manera alternativa, el gas de aislamiento puede consistir sustancialmente en fluorocetona.

Las propiedades de aislamiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Medio de aislamiento dieléctrico que comprende un gas de aislamiento, comprendiendo dicho gas de aislamiento en condiciones operativas una fluorocetona que tiene de 4 a 12 átomos de carbono, caracterizado por que la 5 fluorocetona tiene un punto de ebullición de por lo menos -5 º C a presión ambiente.

2. Medio de aislamiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la fluorocetona tiene la estructura general

R1-C-R2

donde R1 y R2 son cadenas por lo menos parcialmente fluoradas, siendo dichas cadenas independientemente entre sí lineales o ramificadas y teniendo de 1 a 10 átomos de carbono.

3. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fluorocetona tiene de 4 a 10 átomos de carbono, de manera más preferente de 4 a 8 átomos de carbono, y de manera lo más preferente 6 átomos de carbono.

4. Medio de aislamiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que la fluorocetona es dodecafluoro20 2-metilpentan-3-ona.

5. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación molar de la fluorocetona en el gas de aislamiento es por lo menos de un 1 %, de manera preferente por lo menos de un 2 %, de manera más preferente por lo menos de un 5 %, de manera más preferente por lo menos de un 10 %, de manera lo más preferente por lo menos de un 15 %.

6. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el gas de aislamiento es una mezcla de gases; que comprende además aire o por lo menos un componente de aire, en particular seleccionado del grupo que consiste en dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno.

7. Medio de aislamiento dieléctrico que comprende un gas de aislamiento, comprendiendo dicho gas de aislamiento, en condiciones operativas, una fluorocetona que tiene de 4 a 12 átomos de carbono y que tiene la estructura general R1-CO-R2

donde R1 y R2 son cadenas por lo menos parcialmente fluoradas, siendo dichas cadenas independientemente entre sí lineales o ramificadas y teniendo de 1 a 10 átomos de carbono.

8. Medio de aislamiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que la fluorocetona tiene un punto de 40 ebullición de por lo menos -5 º C a presión ambiente.

9. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado por que la fluorocetona tiene de 4 a 10 átomos de carbono, de manera más preferente de 4 a 8 átomos de carbono, y de manera lo más preferente 6 átomos de carbono.

10. Medio de aislamiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que la fluorocetona es dodecafluoro-2-metilpentan-3-ona.

11. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que la

relación molar de la fluorocetona en el gas de aislamiento es por lo menos de un 1 %, de manera preferente por lo menos de un 2 %, de manera más preferente por lo menos de un 5 %, de manera más preferente por lo menos de un 10 %, de manera lo más preferente por lo menos de un 15 %.

12. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que el gas de 55 aislamiento es una mezcla de gases, que comprende además aire o por lo menos un componente de aire, en particular seleccionado del grupo que consiste en dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno.

13. Medio de aislamiento dieléctrico que comprende un gas de aislamiento, comprendiendo dicho gas de aislamiento, en condiciones operativas, una fluorocetona, caracterizado por que la fluorocetona tiene 6 átomos de 60 carbono.

14. Medio de aislamiento de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que la fluorocetona tiene la estructura general 65 R1-CO-R2

donde R1 y R2 son cadenas por lo menos parcialmente fluoradas, siendo dichas cadenas independientemente entre sí lineales o ramificadas y teniendo de 1 a 10 átomos de carbono.

15. Medio de aislamiento de acuerdo con la reivindicación 13 o 14, caracterizado por que la fluorocetona tiene un 5 punto de ebullición de por lo menos -5 º C a presión ambiente.

16. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por que la fluorocetona es una cetona perfluorada que tiene la fórmula molecular C6F12O, y de forma lo más preferente es dodecafluoro-2-metilpentan-3-ona.

17. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado por que la relación molar de la fluorocetona en el gas de aislamiento es por lo menos de un 1 %, de manera preferente por lo menos de un 2 %, de manera más preferente por lo menos de un 5 %, de manera más preferente por lo menos de un 10 %, de manera lo más preferente por lo menos de un 15 %.

18. Medio de aislamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado por que el gas de aislamiento es una mezcla de gases, que comprende además aire o por lo menos un componente de aire, en particular seleccionado del grupo que consiste en dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno.

19. Uso de una fluorocetona de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 en un medio de aislamiento dieléctrico.

20. Uso de una fluorocetona de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado por que el medio de aislamiento se

usa para extinguir un arco en un conmutador eléctrico, en particular en un conmutador de bajo voltaje, un 25 conmutador de medio voltaje o un conmutador de alto voltaje, en particular un interruptor automático.

21. Aparato para la generación, la distribución o el uso de energía eléctrica, comprendiendo dicho aparato un alojamiento que define un espacio aislante y una parte activa eléctrica dispuesta en el espacio aislante, comprendiendo dicho espacio aislante un medio de aislamiento, caracterizado por el medio de aislamiento dieléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.

22. Aparato de acuerdo con la reivindicación 21, siendo el aparato un aparato de medio o de alto voltaje.

23. Aparato de acuerdo con la reivindicación 21 o 22, caracterizado por que el aparato es una aparamenta de

conexión, en particular una aparamenta de conexión encapsulada con metal, aislada con aire o aislada con gas, o una parte o componente de la misma, en particular una barra colectora, un pasante, un cable, un cable aislado con gas, un empalme de cable, un transformador de corriente, un trasformador de voltaje y / o un supresor de sobrecarga.

24. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizado por que el aparato es un conmutador, en particular un conmutador de conexión a tierra, un desconectador, un conmutador de interrupción de carga y / o un interruptor automático.

25. Aparato de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado por que el aparato es un interruptor automático de

alto voltaje que tiene una cámara de calentamiento para proporcionar un efecto de auto-explosión y por que en una operación de conmutación la fluorocetona se descompone en compuestos de fluorocarburo que tienen un menor número de átomos de carbono en la cámara de calentamiento durante una fase de recalentamiento.

26. Aparato de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado por que la fluorocetona tiene 6 átomos de carbono, y en particular es dodecafluoro-2-metilpentan-3-ona.

27. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizado por que el aparato es un transformador, en particular un transformador de distribución o un transformador de potencia.

28. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizado por que el aparato es una máquina rotatoria eléctrica, un generador, un motor, una unidad de impulsión, un dispositivo semiconductor, una máquina de cálculo, un dispositivo electrónico de potencia, y / o un componente de los mismos.

29. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 28, caracterizado por que este comprende además una unidad de control para controlar de forma individual o en combinación una composición, una temperatura, una presión absoluta, una presión parcial, una densidad de gas y / o una densidad de gas parcial del medio aislante o por lo menos uno de sus componentes, respectivamente.

30. Aparato de acuerdo con la reivindicación 29, caracterizado por que la unidad de control comprende un

calentador y / o vaporizador para controlar la presión parcial de la fluorocetona, y en particular, para mantener esta por encima de un nivel requerido de presión parcial.

31. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 29 a 30, caracterizado por que la unidad de control (10a, 10b) comprende una unidad de control de temperatura (10a) que comprende un sistema de calentamiento para ajustar el alojamiento (4) , o por lo menos una parte del alojamiento (4) , del aparato a una temperatura deseada, y / o la unidad de control (10a, 10b) comprende una unidad de manejo de fluido (10b) para dosificar una concentración de la fluorocetona y para inyectar el medio de aislamiento resultante en el aparato.

32. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

2. 31, caracterizado por tener el aparato un volumen de reserva de fluorocetona líquida y / o un medio para limitar una temperatura operativa permisible máxima del medio de aislamiento deseado de tal modo que la presión de carga absoluta se mantenga por debajo de un límite determinado de presión del aparato.

33. Método para dimensionar un aparato eléctrico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 31, caracterizado por las etapas de -determinar para el aparato una intensidad de campo eléctrico permisible del medio de aislamiento deseado y una temperatura operativa permisible mínima del medio de aislamiento deseado, -determinar a partir de la intensidad de campo de disrupción reducida en presión del medio de aislamiento deseado como una función de la fracción molar de la fluorocetona y a partir de la intensidad de campo permisible, la curva de presión absoluta del medio de aislamiento como una función de la presión parcial de la fluorocetona, -seleccionar una presión de carga absoluta deseada del medio de aislamiento, -determinar a partir de la curva de presión absoluta la presión parcial requerida mínima de la fluorocetona, y a partir de la curva de presión de vapor, la correspondiente temperatura de vaporización de la fluorocetona, y -determinar si la temperatura de vaporización está por encima de la temperatura operativa permisible mínima del medio de aislamiento deseado.

34. Método para dimensionar un aparato eléctrico de acuerdo con la reivindicación 33, caracterizado por la etapa adicional de, si la temperatura de vaporización está por debajo de la temperatura operativa permisible mínima del medio de aislamiento deseado, proporcionar un sistema de manejo de fluido, en particular el sistema de manejo de fluido de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

2. 32, que comprende de manera preferente un medio para el calentamiento y / o vaporizar y / o manejo de reserva de fluido de fluorocetona de fase líquida para mantener la presión parcial por encima de la presión parcial requerida mínima.