一种卤代烃绝缘气体及其应用的制作方法

本发明涉及绝缘气体
技术领域：
，特别是涉及一种充有卤代烃绝缘气体的中压电器产品。
背景技术：
：六氟化硫气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军方将其用于曼哈顿计划(核军事)，1947年提供商用。六氟化硫气体主要用于电力工业中，六氟化硫气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧；六氟化硫断路器及GIS(在这里指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”)、六氟化硫负荷开关设备，六氟化硫绝缘输电管线，六氟化硫变压器及六氟化硫绝缘变电站，其中80％用于高中压电力设备。目前市场上中压领域中的全封闭气体绝缘环网柜主要充入的气体为六氟化硫，六氟化硫气体的GWP值(全球变暖潜能值)为23900，是京都协议书中列入的受到限制使用的温室气体之一。而且，随着六氟化硫电气设备的迅速发展，越来越多的人接触着六氟化硫气体和电弧作用后的六氟化硫分解物。六氟化硫气体的毒性主要来自5个方面：1、电器设备内的六氟化硫气体在高温电弧发生作用时而产生的某些有毒产物。2、六氟化硫产品不纯，出厂时含高毒性的低氟化硫、氟化氢等有毒气体。3、电器设备内的六氟化硫气体及分解物与电极(Cu-W合金)及金属材料(Al、Cu)反应而生成某些有毒产物。4、电器设备内的六氟化硫气体分解物与其内的水分发生化学反应而生成某些有毒产物。5、电器设备内的六氟化硫气体及分解物与绝缘材料反应而生成某些有毒产物。如与含有硅成分的环氧酚醛玻璃丝布板(棒、管)等绝缘件；或以石英砂、玻璃作填料的环氧树脂浇注件、模压件以及瓷瓶、硅橡胶、硅脂等起化学作用，生成SiF4、Si(CH3)2F2等产物。目前市场上的充气环网柜缺点如下：第一、绝大部分的中压领域的充气环网柜使用六氟化硫气体作为充入气体，六氟化硫是一种高温室效应的气体，GWP值为23900，对大气环境极其不友好。第二、纯六氟化硫对于电极表面粗糙度及导电颗粒具有敏感性，这就对电极加工工艺及环网柜装配工艺有一定的要求，相对卤代烃混合气体环网柜来说工艺要求更为严格。第三、市场上还有一种充干燥空气或者氮气的环网柜，但是空气及氮气的绝缘强度小，这就意味着其环网柜尺寸相对更大，且可靠性不高。因此寻求一种低GWP或者无GWP值的绿色环保气体用于替代六氟化硫气体势在必行。技术实现要素：本发明的第一目的是提供一种卤代烃绝缘气体。本发明的第二目的是提供充有卤代烃绝缘气体的电器产品。本发明的第三目的是提供充有卤代烃绝缘气体的环网柜。一种卤代烃绝缘气体，其中，环网柜中的绝缘气体包括卤代烃气体和辅助气体；其中，卤代烃气体的体积分数为15％～75％，其余为辅助气体。本发明所述的卤代烃绝缘气体，其中，所述的卤代烃气体为CF3I、c-C4F8、C4F6和C3F6中的至少一种。本发明所述的卤代烃绝缘气体，其中，所述的辅助气体为低沸点气体。本发明所述的卤代烃绝缘气体，其特征在于：所述的辅助气体为N2、CO2和干燥空气中的至少一种。本发明所述的卤代烃绝缘气体，其中，环网柜中的绝缘气体组分包括CF3I和N2，其中CF3I的体积分数为15％～75％。本发明所述的卤代烃绝缘气体，其中，环网柜中的绝缘气体组分包括CF3I和CO2，其中CF3I的体积分数为15％～75％。本发明所述的卤代烃绝缘气体，其中，环网柜中的绝缘气体组分包括CF3I和干燥空气，其中CF3I的体积分数为20％～70％。采用上述的任意一种卤代烃绝缘气体的中压电器产品。采用上述的任意一种卤代烃绝缘气体的环网柜，其中，环网柜中隔离开关的隔离刀片中的碟形弹簧外表面设有金属帽。本发明所述的充有卤代烃绝缘气体的环网柜，其中，所述隔离开关为下隔离三工位开关，由隔离刀片、隔离主轴、接地触头、隔离动密封组成；隔离开关有合闸、分闸、接地三种状态；隔离刀片由两个6mm厚度的表面镀银的铜刀片组成，两个隔离刀片间穿有碟形弹簧，碟形弹簧装配后受到压缩，提供150-200牛的压力给隔离刀片，使隔离刀片在合闸及接地状态下能够紧密的接触主触头及接地触头；隔离主轴的材质为环氧玻璃棒，隔离动密封采用磁流体动密封。本发明同现有技术相比，其突出效果在于：(1)本发明的卤代烃绝缘气体可替代六氟化硫气体，绝缘强度跟六氟化硫的绝缘强度相当，甚至是高于六氟化硫气体，且具有一定的灭弧能力，其中CF3I三氟碘甲烷的GWP小于5，几乎与二氧化碳相当，大气中存在寿命周期为0.005年。(2)卤代烃气体的沸点较高，其中CF3I的沸点为-22.5℃、c-C4F8八氟环丁烷沸点为-8℃，无法应用于我国寒冷地区，通过混合充入一定比例的低沸点的弱电负性气体或中性气体，使其沸点降到零下三十度以下，这样可以应用于严寒地区。(3)通过汤逊脉冲法(PT)测量CF3I的临界场强为440X10-17V/cm2，SF6的临界场强为360X10-17V/cm2，CF3I的临界场强远大于SF6是的临界场强，即表明CF3I的绝缘性能上要优于SF6，测量CF3I、N2混合比例为70％的混合气体绝缘强度与纯SF6相当。(4)为了提升卤代烃混合气体的绝缘性能，本发明对隔离刀片进行了优化改进，在碟簧外表面增加了四个圆柱形的金属帽，可以改善隔离刀片碟簧的电场分布，将极不均匀分布电场优化为较均匀的电场。(5)其中CF3I混合气体是一种绿色环保型气体，几乎没有温室效应，且不会对臭氧层产生破坏作用，本身绝缘性能良好且有一定的灭弧能力，完全可以取代目前中压充气环网柜中的六氟化硫气体，具有广阔的应用前景，而其他几种卤代烃气体的GWP值也比六氟化硫小的多，存活寿命也短，具备一定的推广前景。(6)卤代烃混合气体具有正协同效应，可以降低对电极表面粗糙度和导电微粒的敏感性，提高了环网柜的可靠性。(7)由于混合了一定比例的其他气体，使其混合气体的成本降低。具有更好的经济性。(8)由于卤代烃混合气体具有很高的击穿场强，这就意味着环网柜本身尺寸相比空气绝缘的环网柜做到更为小巧。下面结合附图说明及具体实施例对本发明的卤代烃绝缘气体及其应用作进一步说明。附图说明图1为单回路环网柜结构的左视图；图2为四回路环网柜的左视图；图3为四回路环网柜的主视图；图4为四回路环网柜轴侧剖视图；图5为对比例10的环网柜中隔离开关示意图；图6为实施例31的环网柜中隔离开关示意图。其中，1-断路器，2-断路器机构，3-断路器隔离连锁，4-隔离机构，5-柜门连锁，6-出线套管，7-电缆室，8-接地排，9-隔离开关，10-主触头，11-气室，12-机构室，13-防爆板，14-面板，15-柜门，16-隔离碟簧，17-金属帽。具体实施方式实施例1一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I15％；其余为N2。实施例2一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I30％；其余为N2。实施例3一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I45％；其余为N2。实施例4一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I60％；其余为N2。实施例5一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I75％；其余为N2。实施例6一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I15％；其余为CO2。实施例7一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I30％；其余为CO2。实施例8一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I45％；其余为CO2。实施例9一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I60％；其余为CO2。实施例10一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I75％；其余为CO2。实施例11一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I20％；其余为干燥空气。实施例12一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I30％；其余为干燥空气。实施例13一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I50％；其余为干燥空气。实施例14一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I60％；其余为干燥空气。实施例15一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I70％；其余为干燥空气。实施例16一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I15～75％；其余为N2。实施例17一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I15～75％；其余为CO2。实施例18一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I20～70％；其余为干燥空气。实施例19一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：c-C4F815～75％；其余为N2。实施例20一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：c-C4F815～75％；其余为CO2。实施例21一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：c-C4F815～75％；其余为干燥空气。实施例22一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C4F615～75％；其余为N2。实施例23一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C4F615～75％；其余为CO2。实施例24一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C4F615～75％；其余为干燥空气。实施例25一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C3F615～75％；其余为N2。实施例26一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C3F615～75％；其余为CO2。实施例27一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C3F615～75％；其余为干燥空气。实施例28一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C3F615～75％；C4F615～75％其余为N2。实施例29一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I15～75％；c-C4F80～75％；其余为CO2。实施例30一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：其余为干燥空气。实施例31如图1-6所示，充有卤代烃绝缘气体的环网柜，断路器本体1由真空灭弧室、断路器拉杆、断路器主轴、断路器动密封、主触头等组成。真空灭弧室采用宝光牌型号TD31-12/630-20D，起到开断短路电流、工作电流的作用。断路器拉杆装有横截面为矩形的弹簧，弹簧为断路器提供1800N左右的触头压力。断路器拉杆通过链接销跟断路器主轴拐臂相连，断路器主轴材质为环氧玻璃棒，断路器主轴通过磁流体动密封跟断路器机构2相连。磁流体动密封起到密封、传递运动的作用。隔离开关9是下隔离三工位开关，由隔离刀片、隔离主轴、接地触头、隔离动密封组成。隔离开关9有合闸、分闸、接地三种状态，可以起到承载电流、提供安全可视断口、接地等作用。隔离刀片由两个6mm厚度的表面镀银的铜刀片组成，两个隔离刀片间穿有国标号a6的一组碟形弹簧16，碟形弹簧16装配后受到压缩，提供150-200牛的压力给隔离刀片，使隔离刀片在合闸及接地状态下能够紧密的接触主触头及接地触头。隔离主轴材质为环氧玻璃棒，隔离动密封采用磁流体动密封。碟簧16外面套有四个圆柱形的金属帽17(金属帽材质为Q235A钢材)，可以改善隔离刀片碟簧16的电场分布，将极不均匀分布电场优化为较为均匀的电场，使得局部放电量由20PC降为5PC左右。气室11是由厚度为3mm的标号为304的不锈钢板焊接而成，起到支撑开关本体及机构箱体及密闭作用。气室11的下端有防爆板8，防爆板8主要起到防爆作用。机构室12里有断路器机构2、隔离开关9及相关连锁，用于断路器1的合分闸及隔离三工位开关9的关合接地等动作的实现。断路器机构2有储能簧、合闸簧、凸轮半轴、连杆、脱扣半轴、合分闸线圈等组成。隔离开关9为单簧机构，可以实现合闸、分闸、接地等三个状态的操作。连锁包括断路器机构2和隔离开关9之间的断路器隔离连锁3、柜门连锁5等，用于满足五防功能。机构室12最外侧为面板14，面板14上装有可是观察窗，能够观察到隔离开关9处于什么状态。电缆室7里有出线套管6，用于连接外部电缆。气室11里充入相对压力为0.04MPa的实施例1-27中任意一种卤代烃混合气体。卤代烃气体是一种强电负性气体，具有很强的吸附电子能力，而本身相对分子量较大，所以使得卤代烃气体的耐电强度很高，可以应用于中高压领域。卤代烃气体中加入一定比例的其他的低沸点的弱电负性气体及中性气体，利用气体之间的正协同效应可以提高耐电强度，并能够降低混合气体的沸点到零下30度以下，这就可以使环网柜应用于任何低温地区中。当环网柜工作时，电流通过进线导体流经真空灭弧室，通过软连接及触头，隔离刀片，出线母线及出线套管6进入电缆室7流入到出线电缆中，其中真空灭弧室、断路器拉杆及机构组成的断路器起开断灭弧电流作用。卤代烃气体起到绝缘及灭弧作用，气箱箱体起着支撑、屏蔽外界干扰的作用。隔离主轴、隔离机构4组成的隔离开关9起着安全断口并提供可视断口的作用。为了突出本发明的有益效果，还进行以下对比例试验。对比例1一种绝缘气体，其组分包括：SF6100％。对比例2一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I0～15％；其余为N2。对比例3一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：CF3I75～100％；其余为N2。对比例4一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：c-C4F80～15％；其余为N2。对比例5一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：c-C4F875～100％；其余为N2。对比例6一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C4F60～15％；其余为N2。对比例7一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C4F675～100％；其余为N2。对比例8一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C3F60～15％；其余为N2。对比例9一种卤代烃绝缘气体，其组分包括：C3F675～100％；其余为N2。对比例10如图1-5所示，充有卤代烃绝缘气体的环网柜，与实施例28相比，碟簧16外面没有套有圆柱形的金属帽。针对实施例1-30和对比例1-9，测定混合气体的绝缘强度。以纯SF6的绝缘强度360X10-17V/cm2为标准，定义为标准A。试验数据如下表：此外，试验结果还表明：(1)同c-C4F8、C4F6和C3F6相比，CF3I没有温室效应，且在大气层存在周期特别短，并具备一定的灭弧能力。(2)75％以上的混合卤代烃气体绝缘强度大于SF6，但是此时的混合气体沸点太高，容易在低温下液化，没有实际应用于工程的价值，所以不适合工程应用。针对实施例31和对比例10，测定环网柜的碟簧的局部放电量，试验数据如下表：编号局部放电量实施例285PC对比例1020PC以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页1 2 3