(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電性絶縁ガスを含む誘電性絶縁媒体であって、前記絶縁ガスが
ａ）正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンａ）と、
ｂ）前記フルオロケトンａ）とは異なる誘電性絶縁ガス成分ｂ）との混合物を含み、
前記誘電性ガス成分ｂ）は、前記フルオロケトンよりも多量に存在し、前記絶縁媒体のガス成分の誘電強度の和を超える前記絶縁媒体の誘電強度の非線形的増加を前記フルオロケトンａ）と共にもたらすキャリアガスである誘電性絶縁媒体。
【請求項２】
前記ガス成分の混合物が、前記混合物の各々の異なるガス成分の誘電強度の線形加算の結果よりも高い誘電強度を有する、請求項１に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３】
前記誘電性絶縁媒体のガス成分の誘電強度の和よりも大きい非線形的に増加した誘電強度を有する、請求項１および２の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項４】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、それ自体が前記フルオロケトンａ）よりも低い誘電強度を有するキャリアガスである、請求項１〜３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項５】
前記ガス成分ｂ）の種類および量ならびに前記フルオロケトンａ）の量が、前記誘電性絶縁媒体のガス成分の誘電強度の和を超える前記絶縁媒体の誘電強度の非線形的増加が達成されるよう選択される、請求項１〜４の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項６】
誘電性絶縁媒体の絶縁破壊電界強度Ｅｂｄが以下の式：
Ｅｂｄ＝ｓ・（ｐa・Ｅcrit,a＋ｐb・Ｅcrit,b）（式中、ｐaは前記フルオロケトンａ）の分圧であり、ｐbは前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の分圧であり、Ｅcrit,aは前記フルオロケトンａ）の減圧絶縁破壊電界強度であり、Ｅcrit,bは前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の減圧絶縁破壊電界強度であり、ｓは相乗作用因子Ｅｂｄ測定／Ｅｂｄlin.calc.であり、Ｅｂｄ測定は、誘電性絶縁媒体の測定した絶縁破壊電界強度であり、Ｅｂｄlin.calc.は前記フルオロケトンａ）および前記誘電性ガス成分ｂ）の絶縁破壊電界強度の線形的に計算した和である）により定義され、
前記混合物は前記相乗作用因子ｓが１を超えるように選択される請求項１〜５の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項７】
前記誘電性絶縁媒体の前記絶縁破壊電界強度Ｅｂｄ、前記フルオロケトンａ）の前記減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,aおよび前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の前記減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,bが、第１の類似の測定装置で測定される、請求項６に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項８】
前記誘電性絶縁媒体の前記測定した絶縁破壊電界強度Ｅｂｄ測定、ならびにガス成分であるフルオロケトンａ）および前記誘電性ガス成分ｂ）の絶縁破壊電界強度の前記線形的に計算した和Ｅｂｄlin.calc.が、第２の類似の測定装置で測定される、請求項６〜７の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項９】
前記ガス成分ｂ）の種類および量ならびに前記フルオロケトンａ）の量が、前記相乗作用因子ｓが１０１％超になるように選択される、請求項６〜８の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１０】
前記相乗作用因子ｓが１０５％超である、請求項９に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１１】
前記相乗作用因子ｓが、前記フルオロケトンａ）の前記分圧ｐaの前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の前記分圧ｐbに対する比ｒに依存する、請求項６〜１０の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１２】
誘電性絶縁媒体であって、
ａ）正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンａ）と、
ｂ）前記フルオロケトンａ）とは異なる誘電性絶縁ガス成分ｂ）との混合物を含み、
前記誘電性ガス成分ｂ）は、前記フルオロケトンよりも多量に存在し、前記絶縁媒体のガス成分の誘電強度の和を超える前記絶縁媒体の誘電強度の非線形的増加を前記フルオロケトンａ）と共にもたらすキャリアガスであり、
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が空気、もしくは空気成分であるまたはこれを含む誘電性絶縁媒体。
【請求項１３】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が酸素を含む、請求項１２に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１４】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が二酸化炭素を含む、請求項１２〜１３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１５】
消弧ガスである、請求項１３および１４の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１６】
酸素のモル分率が４０％以下である、請求項１２〜１５の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１７】
前記フルオロケトンａ）がペルフルオロケトンである、および／または前記フルオロケトンａ）が分枝アルキル鎖を有する、および／または前記フルオロケトンａ）が完全飽和化合物である、請求項１〜１６の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項１８】
前記フルオロケトンａ）が、少なくとも１個の水素原子がフッ素原子で置換されている以下の構造式によって定義される化合物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物である、請求項１〜１７の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【化１】
0006042344.tif 000008
【請求項１９】
前記フルオロケトンａ）が、分子式Ｃ5Ｆ10Ｏを有する、請求項１〜１８の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２０】
前記絶縁媒体中の前記フルオロケトンａ）のモル分率が、１％超である、請求項１〜１９の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２１】
前記絶縁媒体中の前記フルオロケトンａ）のモル分率が、５％〜４０％に及ぶ、請求項２０に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２２】
前記フルオロケトンａ）が動作条件下の前記絶縁媒体中で気相である、請求項１〜２１の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２３】
０．８ＭＰａ（８バール）未満の過圧力下で誘電性絶縁ガスである、請求項１〜２２の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２４】
０．１５ＭＰａ（１．５バール）未満の過圧力下で誘電性絶縁ガスである、請求項２３に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２５】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、前記フルオロケトンａ）の大気中の沸点よりも、少なくとも５０Ｋ低い大気中の沸点を有する、請求項１〜２４の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２６】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、
Ａ）不活性および／または非毒性および／または不燃性である；および／または
Ｂ）１００ｋＶ／（ｃｍ  ＭＰａ）（１０ｋＶ／（ｃｍ  バール））超の誘電強度を有する；および／あるいは
Ｃ）０のオゾン破壊係数を有する、請求項１〜２５の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２７】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、１０００未満の１００年間地球温暖化係数ＧＷＰを有する、請求項１〜２３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２８】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、５０未満の１００年間地球温暖化係数ＧＷＰを有する、請求項２７に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項２９】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、少なくとも２種のガス成分要素ｂ１）、ｂ２）、．．．ｂｎ）の混合物を含む、請求項１〜２８の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３０】
前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、前記フルオロケトンａ）中に存在するものよりも少ない原子を有する分子を含む、請求項１〜２９の何れかに記載の誘電性絶
縁媒体。
【請求項３１】
前記フルオロケトンａ）がイオン化エネルギー閾値を有するエネルギー依存性イオン化断面積を有し、前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）が特定のエネルギーでのピークを有するエネルギー依存性電子散乱断面積を有し、前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の前記特定のエネルギーが前記フルオロケトンａ）の前記イオン化エネルギー閾値未満にある、請求項１〜３０の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３２】
ｃ）前記フルオロケトンａ）とは異なるさらなるフルオロケトンｃ）をさらに含む、請求項１〜３１の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３３】
前記さらなるフルオロケトンｃ）が前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）とは異なる、請求項３２に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３４】
前記さらなるフルオロケトンｃ）が、正確に５個の炭素原子または正確に６個の炭素原子または正確に７個の炭素原子または正確に８個の炭素原子を含む、請求項３２〜３３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３５】
前記さらなるフルオロケトンｃ）が、少なくとも１個の水素原子がフッ素原子で置換されている、以下の構造式により定義される化合物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物：
【化２】
0006042344.tif 000009
である、および／または少なくとも１個の水素原子がフッ素原子で置換されている、以下の構造式により定義される化合物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物：
【化３】
0006042344.tif 000010
【化４】
0006042344.tif 000011
である、請求項３４に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３６】
前記フルオロケトンｃ）がペルフルオロケトンである、および／または前記フルオロケトンｃ）が分枝アルキル鎖を有する、および／または前記フルオロケトンａ）が完全飽和化合物である、請求項３２〜３５の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３７】
前記フルオロケトンｃ）が、デカフルオロ−シクロヘキサノンであるか、又は分子式Ｃ6Ｆ12Ｏを有する、請求項３２〜３６の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３８】
前記絶縁媒体中の前記フルオロケトンｃ）のモル分率が、０．１％超である、請求項３２〜３７の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項３９】
前記絶縁媒体中の前記フルオロケトンｃ）のモル分率が、１％〜１５％に及ぶ、請求項３２〜３８の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項４０】
各フルオロケトン成分の分圧が、前記誘電性絶縁媒体の最小動作温度でのそのそれぞれの飽和蒸気圧に少なくともほぼ対応する、請求項１〜３９の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項４１】
酸素のモル分率の、前記少なくとも１種のフルオロケトンａ）および任意のさらなるフルオロケトンｃ）のモル分率に対する比が、少なくとも２：１である、請求項１〜４０の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項４２】
前記誘電性絶縁媒体が、１００未満の１００年間地球温暖化係数ＧＷＰを有する、請求項１〜４１の何れかに記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項４３】
前記誘電性絶縁媒体が、５未満の１００年間地球温暖化係数ＧＷＰを有する、請求項４２に記載の誘電性絶縁媒体。
【請求項４４】
電気エネルギーの発生および／または伝達および／または分配および／または使用のための装置としての
ａ）正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンａ）と、
ｂ）前記フルオロケトンａ）とは異なる誘電性絶縁ガス成分ｂ）であって、前記フルオロケトンよりも多量に存在し、前記絶縁媒体のガス成分の誘電強度の和を超える前記絶縁媒体の誘電強度の非線形的増加を前記フルオロケトンａ）と共にもたらすキャリアガスである前記誘電性ガス成分ｂ）との混合物の使用であって、前記誘電性絶縁媒体は正確に６個の炭素原子を含むフルオロケトンを含有しない使用。
【請求項４５】
電気エネルギーの発生および／または伝達および／または分配および／または使用ための装置における、請求項３７を除いた請求項１〜４３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体の使用。
【請求項４６】
前記ガス絶縁開閉装置の最小許容動作温度が−５℃である、請求項４４〜４５の何れかに記載の使用。
【請求項４７】
前記混合物が、ｃ）前記フルオロケトンａ）とは異なるさらなるフルオロケトンｃ）をさらに含む、請求項４４〜４６の何れかに記載の誘電性絶縁媒体の使用。
【請求項４８】
不均一な電界分布における請求項４４〜４７の何れかに記載の誘電性絶縁媒体の使用。
【請求項４９】
回路遮断器中の消弧ガスとしての
ａ）前記フルオロケトンａ）と、
ｂ１）二酸化炭素および／または
ｂ２）空気もしくは酸素との混合物を含む、請求項１〜４３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体の使用。
【請求項５０】
前記消弧ガス中の前記空気または酸素が、前記回路遮断器の電極上への炭素析出を減少させるためのものである、請求項４９に記載の使用。
【請求項５１】
前記消弧ガス中の前記空気または酸素が、毒性アーク放電副産物の量を減少させるためのものである、請求項４９または５０に記載の使用。
【請求項５２】
二酸化炭素の量の酸素の量に対する比が最大で２０：１である、請求項４９〜５１の何れかに記載の使用。
【請求項５３】
酸素のモル分率の、フルオロケトンａ）および任意のさらなるフルオロケトンｃ）のモル分率に対する比が、少なくとも２：１である、請求項４９〜５２の何れかに記載の使用。
【請求項５４】
電気エネルギーの発生および／または伝達および／または分配および／または使用のための装置（２）であって、前記装置（２）は、絶縁空間（６）を規定するハウジング（４）と、前記絶縁空間（６）内に配置された電気活性部品（８）とを具備し、前記絶縁空間（６）が請求項１〜４３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体により特徴付けられる絶縁媒体を含む、装置（２）。
【請求項５５】
開閉装置（２）あるいはこれの部品または要素であることを特徴とする請求項５４に記載の装置（２）。
【請求項５６】
開閉装置（２）が、空気絶縁もしくはガス絶縁金属封止開閉装置（２）またはハイブリッド開閉装置または中電圧ブロック開閉装置またはリングメインユニット、またはデッドタンク型遮断器またはＰＡＳＳモジュール（プラグおよび開閉器モジュール）であることを特徴とする請求項５５に記載の装置（２）。
【請求項５７】
開閉装置（２）の部品または要素が、母線、ブッシング、ケーブル、ガス絶縁ケーブル、ケーブル継手、変流器、計器用変圧器、サージ避雷器および／またはガス絶縁送電線であることを特徴とする請求項５５に記載の装置（２）。
【請求項５８】
開閉器、断路器、複合型の断路器および接地開閉器、負荷開閉器および／または回路遮断器であることを特徴とする請求項５４〜５５の何れかに記載の装置（２）。
【請求項５９】
請求項５８に記載の装置（２）であって、前記装置（２）は加圧消弧ガスを提供するための圧力上昇室を有する高圧回路遮断器を収容した高電圧回路遮断器であり、開閉動作において、消弧期中に前記フルオロケトンが炭素原子の数がより少ないフッ化炭素化合物に分解されることを特徴とする装置（２）。
【請求項６０】
変圧器であることを特徴とする請求項５４〜５５の何れかに記載の装置（２）。
【請求項６１】
電気回転機械、発電機、電動機、駆動装置、半導体デバイス、パワーエレクトロニクスデバイス、および／またはこれらの要素であることを特徴とする請求項５４〜５５の何れかに記載の装置（２）。
【請求項６２】
前記絶縁媒体またはその成分の少なくとも１種の組成、温度、絶対圧力、分圧、ガス密度および／または部分ガス密度を、それぞれ単独であるいは組み合わせて制御するための制御ユニット（１０ａ、１０ｂ）をさらに具備することを特徴とする請求項５４〜６１の何れかに記載の装置（２）。
【請求項６３】
前記制御ユニット（１０ａ、１０ｂ）が、前記フルオロケトンａ）および任意のフルオロケトンｃ）の分圧を制御するための加熱器および／または気化器（１６）を具備することを特徴とする請求項６２に記載の装置（２）。
【請求項６４】
前記制御ユニット（１０ａ、１０ｂ）が装置（２）の前記ハウジング（４）または前記ハウジング（４）の少なくとも一部を所望の温度に設定するための加熱系を含む温度制御ユニット（１０ａ）を具備する、および／または前記制御ユニット（１０ａ、１０ｂ）が或る濃度の前記フルオロケトンａ）および任意のさらなるフルオロケトンｃ）を定量供給するため、及び得られた絶縁媒体を装置（２）中に注入するための流体処理ユニット（１０ｂ）を含むことを特徴とする請求項６２〜６３の何れかに記載の装置（２）。
【請求項６５】
前記装置（２）が、予備体積の液体フルオロケトンを有する、および／または絶対充填圧力が前記装置（２）の所与の圧力限界未満に維持されるように所望の絶縁媒体の最大許容動作温度を制限するための手段を有することを特徴とする請求項５４〜６４の何れかに記載の装置（２）。
【請求項６６】
前記（２）が、不均一な電界分布を有する、および／または六フッ化硫黄ＳＦ6で充填されるための従来の圧力設計を有するが、代わりに請求項１〜４３の何れかに記載の誘電性絶縁媒体で充填されることを特徴とする請求項５４〜６５の何れかに記載の装置（２）。
【請求項６７】
前記誘電性絶縁媒体中に、フルオロケトンａ）および任意のさらなるフルオロケトンｃ）が、前記フルオロケトンの凝縮温度が前記装置（２）の定格動作温度未満となるような量で存在することを特徴とする請求項５４〜６６の何れかに記載の装置（２）。
【請求項６８】
前記フルオロケトンの凝縮温度が−５℃未満であることを特徴とする請求項６７に記載の装置（２）。
【請求項６９】
前記誘電性絶縁媒体が、ガス状成分を、前記ガス状成分の混合物の凝縮温度が装置（２）の定格動作温度未満となるような量で含むことを特徴とする請求項５０〜６８の何れかに記載の装置（２）。
【請求項７０】
前記ガス状成分の混合物の凝縮温度が−５℃未満であることを特徴とする請求項６９に記載の装置（２）。
【請求項７１】
請求項５４記載の装置（２）であって、
ｉ）前記装置が、前記誘電性絶縁媒体により充填される空間に必要とされる電界強度Ｅapp、最小定格動作温度Ｔmin、最大定格動作温度Ｔmax、および最大許容ガス圧力ｐmaxを含む定格パラメータにより特徴付けられる定格を有し、
ｉｉ）前記装置が、フルオロケトンと、前記フルオロケトンとは異なる誘電性絶縁ガス成分ｂ）との混合物を含む誘電性絶縁ガスを含み、前記混合物は相乗作用因子ｓにより特徴付けられる非線形的に増加する誘電強度を有し、
ｉｉｉ）前記誘電性絶縁ガスが、前記フルオロケトンの種類、分圧ｐa、および減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,a、ならびに前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の種類、分圧ｐb、および減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,bにより定義される特性パラメータを有し、
ｉｖ）前記誘電性絶縁ガスの線形減圧絶縁破壊電界強度Ｅlin.calc.を前記減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,aおよびＥcrit,bの分圧加重和により前記フルオロケトンの前記分圧ｐaの関数として計算し、
ｖ）前記電界強度Ｅappおよび前記線形減圧絶縁破壊電界強度Ｅｂｄlin.calc.から、前記誘電性絶縁ガスの絶対圧力曲線ｐabs（ｐa）を前記フルオロケトンの前記分圧ｐaの関数として決定し、
ｖｉ）標準温度での前記絶縁ガスの絶対充填圧力ｐabsからおよび前記絶対圧力曲線ｐabs（ｐa）から、前記フルオロケトンの第１の分圧ｐa1を決定し、
ｖｉｉ）１を超える前記混合物の前記相乗作用因子により電気装置の前記定格パラメータの少なくとも１つを拡大する、装置（２）。
【請求項７２】
請求項７１記載の装置（２）であって、
ａ）前記絶縁ガス中の前記フルオロケトンの凝縮温度が前記最小定格動作温度Ｔmin未満になるように、前記フルオロケトンの第２の分圧ｐaを決定し、ｂ）前記第１の分圧ｐa1が前記第２の分圧ｐa2以下である場合、ｐa1≦ｐa≦ｐa2となるような範囲の前記フルオロケトンの前記分圧ｐaを選択するか、またはｃ）前記第１の分圧ｐa1が前記第２の分圧ｐa2よりも大きい場合、
ｉ．前記第２の分圧ｐa2以下の前記フルオロケトンの前記分圧ｐaを選択し、前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の前記分圧ｐbを増加させることにより、前記絶対圧力ｐabsを増加させる、および／または
ｉｉ．加熱することにより前記最小動作温度Ｔminを増加させ、それによって前記第２の分圧ｐa2をより高い値まで増加させ、その後ｐa1≦ｐa≦ｐa2となるような範囲の前記フルオロケトンの前記分圧ｐaを選択する、装置（２）。
【請求項７３】
請求項７１〜７２の何れかに記載の装置（２）であって、
ａ）電気装置（２）中に存在する前記混合物について、前記相乗作用因子ｓの値を決定し、
ｂ）以下の手段：前記最大電界強度Ｅappを増加させること、前記最小定格動作温度Ｔminを減少させること、前記絶対充填圧力ｐabsを減少させること、前記電気装置（２）中に存在する前記フルオロケトンの前記分圧ｐaもしくはモル分率ｍaを減少させること、安全域を増加させること、およびこれらの組合せの少なくとも１つにより定格拡大を行う、装置（２）。
【請求項７４】
請求項５４記載の電気装置の仕様決定を行う方法であって、
ｉ）前記装置について、前記誘電性絶縁媒体により充填される空間に必要とされる電界強度Ｅapp、最小定格動作温度Ｔmin、最大定格動作温度Ｔmax、および最大許容ガス圧力ｐmaxを含む定格パラメータにより特徴付けられる定格を選択するステップと、
ｉｉ）誘電性絶縁ガス成分ｂ）との混合物のフルオロケトンを含み、前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）は前記フルオロケトンとは異なる誘電性絶縁ガスを選択するステップであって、前記混合物が相乗作用因子ｓにより特徴付けられる非線形的に増加する誘電強度を有するステップと、
ｉｉｉ）前記誘電性絶縁ガスが、前記フルオロケトンの種類、分圧ｐa、および減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,a、ならびに前記ガス成分ｂ）の種類、分圧ｐb、および減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,bにより定義される特性パラメータを有するステップと、
ｉｖ）前記誘電性絶縁ガスの線形減圧絶縁破壊電界強度Ｅｂｄlin.calc.を前記減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,aおよびＥcrit,bの分圧加重和により前記フルオロケトンの前記分圧ｐaの関数として計算するステップと、
ｖ）前記電界強度Ｅappおよび前記線形減圧絶縁破壊電界強度Ｅｂｄlin.calc.から、前記誘電性絶縁ガスの絶対圧力曲線ｐabs（ｐa）を前記フルオロケトンの前記分圧ｐaの関数として決定するステップと、
ｖｉ）標準温度で前記絶縁ガスの絶対充填圧力ｐabsを選択し、そこからおよび前記絶対圧力曲線ｐabs（ｐa）から、前記フルオロケトンの第１の分圧ｐa1を決定するステップと、
ｖｉｉ）１を超える前記混合物の前記相乗作用因子により前記電気装置の前記定格パラメータの少なくとも１つを拡大するステップとにより特徴付けられる方法。
【請求項７５】
ｖｉｉｉ）前記絶縁ガス中の前記フルオロケトンの凝縮温度が前記最小定格動作温度Ｔmin未満になるように、前記フルオロケトンの第２の分圧ｐa2を決定するステップと、
ｉｘ）前記第１の分圧ｐa1が前記第２の分圧ｐa2以下である場合、ｐa1≦ｐa≦ｐa2となるような範囲の前記フルオロケトンの前記分圧ｐaを選択するステップ、または
ｘ）前記第１の分圧ｐa1が前記第２の分圧ｐa2よりも大きい場合、
（１）前記第２の分圧ｐa2以下の前記フルオロケトンの前記分圧ｐaを選択し、前記誘電性絶縁ガス成分ｂ）の前記分圧ｐbを増加させることにより、前記絶対圧力ｐabsを増加させるステップ、および／または
（２）加熱することにより前記最小動作温度Ｔminを増加させ、それによって前記第２の分圧ｐa2をより高い値まで増加させ、その後ｐa1≦ｐa≦ｐa2となるような範囲の前記フルオロケトンの前記分圧ｐaを選択するステップと
によりさらに特徴付けられる、請求項７４に記載の電気装置の仕様決定方法。
【請求項７６】
ｘｉ）前記混合物について前記相乗作用因子ｓの値を決定するステップと、
ｘｉｉ）以下のステップ：前記電界強度Ｅappを増加させるステップ、前記最小定格動作温度Ｔminを減少させるステップ、前記絶対充填圧力ｐabsを減少させるステップ、前記フルオロケトンの前記分圧ｐaもしくはモル分率ｍaを減少させるステップ、安全域を増加させるステップ、およびこれらの組合せの少なくとも１つにより定格拡大を行うステップとによりさらに特徴付けられる、請求項７４〜７５の何れかに記載の電気装置の仕様決定方法。
【請求項７７】
ｘｉｉｉ）正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンａ）を含むようにおよび／または正確に６個の炭素原子を含むさらなるフルオロケトンｃ）を含むように前記フルオロケトンを選択するステップ、および／または
ｘｉｖ）空気、窒素、二酸化炭素およびこれらの混合物の群から選択される成分の少なくとも１つを含むように前記誘電性ガス成分ｂ）を選択するステップによりさらに特徴付けられる、請求項７４〜７６の何れかに記載の電気装置の仕様決定方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の誘電性絶縁媒体、誘電性絶縁媒体としての請求項３９、４０に記載の具体的な混合物の使用ならびに請求項４４に記載の誘電性絶縁媒体の使用、請求項５０、６３に記載の電気エネルギーの発生および／または伝達および／または分配および／または使用のための装置、ならびに請求項６６に記載の電気装置の仕様決定（dimension）方法に関する。
【０００２】
液体または気体状態の誘電性絶縁媒体は、多種多様な電気装置、例えば開閉装置または変圧器の電気活性部品の絶縁のために従来適用されている。
【０００３】
例えば、中または高電圧金属封止開閉装置では、電気活性部品は、絶縁空間を規定する気密ハウジング中に配置され、前記絶縁空間は、最大数バールまでの圧力を通常有する絶縁ガスを含み、ハウジングを電気活性部品から分離し、それによってハウジングと活性部品との間の電流の流れを防いでいる。金属封止開閉装置は、屋外に取り付けられ、周囲空気により絶縁される開閉装置よりもはるかに省スペースな構造を可能にする。高電圧開閉装置中の電流を遮るために、絶縁ガスは、消弧ガスとしてさらに機能する。
【０００４】
高い絶縁および開閉性能を有する従来の絶縁ガスは、大気中に放出されるといくらかの環境影響をもたらす。今まで、これらの絶縁ガスの高い地球温暖化係数（ＧＷＰ）は、ガス絶縁装置における厳格なガス漏出制御および極めて慎重なガスの取扱いにより対処されてきた。
【０００５】
従来の環境に優しい絶縁ガス、例えば乾燥空気またはＣＯ2は、極めて低い絶縁性能を有するので、ガス圧および／または絶縁距離の非常に不都合な増加が必要とされる。
【０００６】
上記理由のために、従来の絶縁ガスを適当な代替物で置きかえるための努力が従来からなされてきた。
【０００７】
例えば、ＷＯ２００８／０７３７９０は、数ある特徴の中で、−２０℃〜−２７３℃の範囲の低い沸点を有し、好ましくはオゾンを破壊せず、１００年の時間尺度で約２２，２００未満にあるＧＷＰを有する誘電性ガス状化合物を開示している。具体的に、ＷＯ２００８／０７３７９０は、一般的な化学的定義に入らないいくつかの異なる化合物を開示している。
【０００８】
さらに、ＵＳ−Ａ−４１７５０４８は、ペルフルオロシクロヘキセンおよびヘキサフルオロアゾメタンからなる群から選択される化合物を含むガス状絶縁体に関し、ＥＰ−Ａ−０６７０２９４は、誘電性ガスとしてのペルフルオロプロパンの使用を開示している。
【０００９】
ＥＰ−Ａ−１９３３４３２は、トリフルオロヨードメタン（ＣＦ3Ｉ）およびガス絶縁開閉装置における絶縁ガスとしてのその使用に言及している。この点について、この文献は、絶縁ガスのための重要な要件である誘電強度と遮断性能との両方に触れている。ＣＦ3Ｉは、ＥＰ−Ａ−１９３３４３２によると、５のＧＷＰを有し、そのため、比較的低い環境影響を引き起こすと考えられている。しかしながら、−２２℃というその比較的高い沸点のために、ＣＦ3ＩをＣＯ2と混合することが教示されている。提案されたガス混合物は、純粋な従来の絶縁媒体の固有の絶縁性能の約８０％しか有さない。これは、ガス圧の増加および／またはより大きな絶縁距離により埋め合わせなければならない。
【００１０】
適当な代替物の探索において、４〜１２個の炭素原子を有するフルオロケトンを用いることにより、高い絶縁能力、特に高い誘電強度、および同時に極度に低い地球温暖化係数を有する絶縁媒体を得ることができることが分かった。この発明は、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５７２９４として以前出願されている。
【００１１】
ドイツ実用新案ＤＥ  ２０  ２００９  ００９  ３０５  Ｕ１およびドイツ特許ＤＥ  １０  ２００９  ０２５  ２０４  Ｂ３もまた、フルオロケトンを含む充填媒体で充填された封止を有する開閉デバイスに関する。
【００１２】
国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５７２９４によるフルオロケトンの優れた誘電強度にもかかわらず、フルオロケトンを含むそれぞれの絶縁媒体の絶縁性能は、しばしば、フルオロケトンの比較的高い沸点のために制限されている。
【００１３】
これは、特に、低い温度環境での適用にあてはまる。この場合、フルオロケトンが液化することなく、フルオロケトンの比較的低い飽和蒸気圧を維持することができるに過ぎない。このことは、気相の達成可能なフルオロケトンモル比を制限し、従来の絶縁ガスによる充填圧力の増加を必要にするだろう。
【００１４】
例えば、高または中電圧ガス絶縁開閉装置（ＨＶ−ＧＩＳまたはＭＶ−ＧＩＳ）の最小許容動作温度は典型的には−５℃であり得る。この温度では、従来の高性能絶縁媒体に匹敵する誘電性能を得るために、例えば、６個の炭素原子を有するフルオロケトン、例えば、Ｃ2Ｆ5Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ3）2またはドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３−オンを含む絶縁媒体の必要とされる充填圧力はまだ比較的高くなることがあり、通常のハウジング構造が耐えることができる充填圧力（これはＨＶ  ＧＩＳ用途について典型的には約７バールである）を超える恐れがある。
【００１５】
充填圧力を増加させる代わりにまたはこれに加えて、系を加熱することができる（本発明者らのＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５７２９４に示すように）。例えば、６個の炭素原子を有する純粋なフルオロケトン、例えば、Ｃ2Ｆ5Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ3）2またはドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３−オンを絶縁媒体として用いる場合、フルオロケトンの十分な飽和蒸気圧を達成するために、およびより要求の多い高電圧用途のための所望の絶縁性能を得るためには、５０℃超に加熱することが必要とされるだろう。このような加熱は、経済的および生態学的および信頼性の双方の理由のために必ずしも実行可能または推奨されるとは限らない。
【００１６】
従って、本発明により達成される目的は、極めて低いＧＷＰを有し、同時に、比較的低い動作温度および中程度の充填圧力でも高い絶縁能力を有し、従って、より高いＧＷＰを有する高性能絶縁媒体の１つに匹敵する絶縁性能を達成することを可能にする絶縁媒体を提供することである。
【００１７】
この目的は、独立請求項の主題、すなわち、請求項１に記載の絶縁媒体、請求項３９、４０および４４に記載の使用、請求項５０および６３に記載の装置、ならびにこのような装置のための請求項６６に記載の仕様決定法により達成される。本発明の代表的な態様を従属請求項に示す。
【００１８】
従って、請求項１によると、本発明は、誘電性絶縁媒体であって、
ａ）ここでは簡単に「フルオロケトン（ａ）」と命名する、正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンと、
ｂ）フルオロケトンａ）とは異なる、ここでは簡単に「誘電性絶縁ガス成分ｂ）」と命名する誘電性絶縁ガス成分と
の混合物を含む誘電性絶縁媒体に関する。
【００１９】
本発明の文脈で、「〜とは異なる」という用語は、フルオロケトン、特に正確に５個の炭素原子を有するフルオロケトンの定義に入る化合物の群に由来しない、他の誘電性絶縁ガス成分ｂ）を包含すると広く理解すべきである。換言すれば、他の誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、正確に５個の炭素原子を有するフルオロケトンではない任意のガスまたはガス成分を含むべきである。更に換言すれば、誘電性絶縁媒体は、１００％未満のフルオロケトンａ）で構成されている。明確さのために、用語「誘電性絶縁ガス成分ｂ）」は、それがただ１種のガス成分を含んでもよいしまたは少なくとも２種のガス成分要素ｂ１）、ｂ２）、．．．ｂｎ）の混合物を含んでもよいように理解すべきである。
【００２０】
具体的に、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、低い沸点、より詳細には、フルオロケトンａ）の大気中の沸点よりも、少なくとも５０Ｋ、好ましくは少なくとも７０Ｋ、特には少なくとも１００Ｋ低い大気中の沸点を有する。用語「沸点」または「大気中の沸点」という用語は、本発明の文脈に用いる場合、大気圧、すなわち、約１バールでの沸点として理解されるべきである。
【００２１】
典型的には、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、不活性および／または非毒性および／または不燃性である。好ましくは、これは、１０ｋＶ／（ｃｍ  バール）超、好ましくは２０ｋＶ／（ｃｍ  バール）超、特に３０ｋＶ／（ｃｍ  バール）超の誘電強度を有する。代表的な態様では、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、それ自体がフルオロケトンａ）よりも低い誘電強度を有するキャリアガスである。そのオゾン破壊係数は好ましくは０である。
【００２２】
本発明は、正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンを、さらなる誘電性絶縁ガス成分、例えば、空気または二酸化炭素との混合物の第１の誘電性絶縁ガス成分として用いると、混合物の得られる誘電性絶縁性能または誘電強度は、混合物の各々の異なるガス成分の誘電強度を線形的に加算することから予想されるよりもはるかに高いという驚くべき発見に基づく。従って、フルオロケトンａ）および異なるもしくはさらなるガス成分ｂ）を含む絶縁ガス混合物の誘電強度の強力な不均衡な（over-proportional）または非線形的な増加が初めて提供される。本発明による混合物の誘電強度のこのような非線形的な増加は今までに知られていなかった。
【００２３】
本発明の誘電性絶縁媒体により達成される非線形的な効果の発見は最も驚くべきものであり、これは、例えば、本発明の混合物の誘電強度を図１に開示する混合物と比較すると明らかである。
【００２４】
従って、好ましい態様によると、誘電性絶縁媒体、特に誘電性絶縁ガスは、誘電性絶縁媒体のガス成分の誘電強度の和よりも大きい非線形的に増加した誘電強度を有する。そのため、誘電性絶縁ガス成分ｂ）が、フルオロケトンａ）よりも多量に存在するキャリアガスであることが特に好ましい。
【００２５】
換言すれば、ガス成分ｂ）の種類および量ならびにフルオロケトンａ）の量は、好ましくは、誘電性絶縁媒体のガス成分の誘電強度の和を超える絶縁媒体の誘電強度の非線形的な増加が達成されるよう選択される。
【００２６】
本発明による誘電性絶縁媒体の代表的な態様では、絶縁破壊電界強度（breakdown field strength）Ｅｂｄが系で確立され、前記Ｅｂｄは以下の式により定義される：
Ｅｂｄ＝ｓ・（ｐa・Ｅcrit,a＋ｐb・Ｅcrit,b）
（式中、
ｐaはフルオロケトンａ）の分圧であり、
ｐbは誘電性絶縁ガス成分ｂ）の分圧であり、
Ｅcrit,aはフルオロケトンａ）の減圧絶縁破壊電界強度であり、
Ｅcrit,bは誘電性絶縁ガス成分ｂ）の減圧絶縁破壊電界強度であり、
ｓは相乗作用因子Ｅｂｄ測定／Ｅｂｄlin.calc.であり、Ｅｂｄ測定は、誘電性絶縁媒体、特にそのガス成分の混合物の測定したまたは実際の絶縁破壊電界強度であり、Ｅｂｄlin.calc.はフルオロケトンａ）および誘電性ガス成分ｂ）の絶縁破壊電界強度の線形的に計算した和であり、混合物は相乗作用因子ｓが１を超えるよう選択される）。
【００２７】
換言すれば、混合物は、フルオロケトンａ）と共に、混合物中に存在するガス成分の誘電強度の算術的和を超える誘電強度の非線形的な増加をもたらし、その結果、１を超える上記式中の相乗作用因子ｓをもたらす、少なくとも１種の特定の誘電性ガス成分ｂ）、特にキャリアガスを含むべきである。
【００２８】
代表的な態様では、０．０４：１〜０．６：１に及ぶｐaに対するｐbの比での誘電性絶縁ガス成分ｂ）としての空気との混合物の正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンａ）の場合に、著しい非線形的な増加が達成される。
【００２９】
上記式では、誘電性絶縁媒体、特にそのガス成分の混合物の絶縁破壊電界強度Ｅｂｄ、フルオロケトンａ）の減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,a、および誘電性絶縁ガス成分ｂ）の減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,bは、第１の類似の、好ましくは第１の同一の測定装置で測定され、特に、当該誘電性絶縁媒体が使用される電気装置で測定される。
【００３０】
さらに、相乗作用因子（または相乗作用係数）の決定において、誘電性絶縁媒体、特にそのガス成分の混合物の測定した絶縁破壊電界強度Ｅｂｄ測定、ならびにフルオロケトンａ）および誘電性ガス成分ｂ）の絶縁破壊電界強度の線形的に計算した和Ｅｂｄlin.calc.は、第２の類似の、好ましくは第２の同一の測定装置で測定され、特に、当該誘電性絶縁媒体が使用される電気装置で測定される。さらに、第１および第２の測定装置は同じであり得る。
【００３１】
述べたように、Ｅcrit,aおよびＥcrit,bは、ある特定の測定条件下、例えば電極配置、表面粗さ、極性等でのそれぞれの成分の圧力非依存性絶縁破壊電界強度として定義される。典型的には、ガス成分ａ）およびｂ）を交換または混合しながら、このような測定条件を一定に維持すれば、意味のある相乗作用因子を決定することができる。従って、Ｅcrit,aおよびＥcrit,bは、純粋な形態の成分ａ）およびｂ）について得られ、かつ１バール圧力に正規化される絶縁破壊電界強度を示す。
【００３２】
また、Ｅｂｄlin.calc.は、ｐa・Ｅcrit,a＋ｐb・Ｅcrit,b（ｐa、ｐb、Ｅcrit,aおよびＥcrit,bは本明細書で述べる意味を有する）として表すこともできる。
【００３３】
以下に詳細に示すように、相乗作用因子ｓは、フルオロケトンａ）の分圧ｐaの誘電性絶縁ガス成分ｂ）の分圧ｐbに対する比に最も顕著に依存することが分かる。
【００３４】
本発明の態様では、ガス成分ｂ）の種類および量ならびにフルオロケトンａ）の量は、相乗作用因子ｓが１０１％超、好ましくは１０５％超、より好ましくは１１０％超、最も好ましくは１１５％超になるように選択される。従って、相乗作用因子はガス成分ｂ）の種類の関数でもあることが分かった。
【００３５】
用語「フルオロケトン」は、本明細書で使用する場合、広く解釈すべきであり、ペルフルオロケトンとハイドロフルオロケトンとの両方を包含すべきである。この用語は、また、飽和化合物と二重および／または三重結合を含む不飽和化合物との両方を包含すべきである。フルオロケトンの少なくとも部分的にフッ化した炭素主鎖およびアルキル鎖はそれぞれ直鎖でもよいしまたは分枝鎖でもよい。
【００３６】
また、用語「フルオロケトン」は、環状炭素主鎖を有するフルオロケトンをも包含すべきである。用語「フルオロケトン」は、カルボニル基およびその各々の側にアルキル基を含む化学成分を示す。用語「フルオロケトン」は、追加の鎖内（in-chain）ヘテロ原子（すなわち、カルボニル基およびその各々の側にアルキル基を含む化学構造に結合したヘテロ原子）を含んでもよく、例えば、炭素主鎖の一部であるおよび／または炭素主鎖に結合している少なくとも１個のヘテロ原子を含んでもよい。代表的な態様では、フルオロケトンａ）および／またはフルオロケトンｃ）は、ヘテロ原子を有すべきでない。また、用語「フルオロケトン」は、２個のカルボニル基を有するフルオロジケトンまたは２個よりも多いカルボニル基を有するフルオロケトンをも包含すべきである。代表的な態様では、フルオロケトンａ）および／またはフルオロケトンｃ）はフルオロモノケトンであるべきである。
【００３７】
具体的な態様によると、フルオロケトンａ）はペルフルオロケトンである、および／またはフルオロケトンａ）は分枝アルキル鎖、特に少なくとも部分的にフッ化したアルキル鎖を有する、および／またはフルオロケトンａ）は完全飽和化合物である。単一の完全飽和フルオロケトンａ）、すなわち、いかなる二重結合も三重結合も有さないフルオロケトン、または２種以上の完全飽和フルオロケトンの混合物が含まれていてもよいことが理解される。
【００３８】
好ましい態様によると、フルオロケトンａ）は、少なくとも１個の水素原子がフッ素原子で置換されている以下の構造式により定義される化合物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物である：
【化１】
0006042344.tif 000002
【００３９】
他の代表的な態様では、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、バルクガスまたはバッファガスまたはキャリアガスである。このようなキャリアガス成分ｂ）は、フルオロケトンａ）よりも多量に存在することができる。これに対する追加のまたは代替の量的制限として、更なる他の態様では、フルオロケトンａ）のガス成分ｂ）に対するモル比は、１：２０超、好ましくは１：１０超、より好ましくは１：５超、最も好ましくは１：２超であってもよい。さらに、キャリアガス成分ｂ）は、環境に優しいガスであるべきである。例えば、ガス成分ｂ）は、１０００未満、好ましくは３００未満、好ましくは１００未満、好ましくは５０未満、好ましくは１０未満、より好ましくは５未満、さらにより好ましくは３未満、さらにより好ましくは２未満、最も好ましくは１．５未満の、１００年の時間尺度でのＧＷＰを有することができる。さらに、キャリアガス成分ｂ）は、好ましくは、周囲条件下、特にガス絶縁電気装備品の正常動作条件下、例えば−４０℃〜＋１０５℃の温度範囲およびわずかな〜数バールガス圧力下で化学的に安定な二原子分子を含んでもよいしまたは二原子分子からなっていてもよい。さらに、キャリアガス成分ｂ）は、それ自体がガス混合物、例えば空気もしくは空気成分、および例えば、窒素、酸素、二酸化炭素または希ガスであってもよい。本出願の発明の文脈において、用語「空気」は、「技術的空気」または「乾燥空気」を包含し、および特にはこれらを意味するべきである。
【００４０】
さらなる態様によると、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、フルオロケトンａ）中に存在するよりも少ない原子を含む分子を含み、特には、三原子および／または二原子分子を含む、あるいは三原子および／または二原子分子からなる。
【００４１】
驚くべきことに、正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンおよび／または正確に６個の炭素原子を含むフルオロケトンが、空気、窒素および／または二酸化炭素との混合物中に存在する場合に、混合物の成分の誘電強度の算術的和を超える誘電強度の極めて顕著な非線形的な増加を示すことが分かった。
【００４２】
この非線形的な増加は、正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンが用いられる場合に特に関連する。上記したように、５個の炭素原子を含むフルオロケトンは、比較的低い沸点という利点を有し、低温であっても液化の問題に直面することなく、絶縁媒体中のフルオロケトンの比較的高いモル分率および比較的高い分圧をそれぞれ有することを可能にする。
【００４３】
そのため、好ましい態様では、誘電強度の所望の非線形的増加を達成するために、正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンが、誘電性ガス絶縁成分ｂ）としての空気、窒素、二酸化炭素またはこれらの混合物との混合物として選択される。
【００４４】
また、具体的に、本発明は、
ａ）正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンａ）と、
ｂ）前記フルオロケトンａ）とは異なる誘電性絶縁ガス成分ｂ）と
の混合物を含む誘電性絶縁媒体にも関し、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、空気もしくは空気成分、特に窒素であるか、またはこれを含む。
【００４５】
誘電性絶縁ガス成分ｂ）として空気、窒素および／または二酸化炭素を用いることにより、極めて顕著な非線形的効果が達成され得ることが分かった。従って、フルオロケトンａ）とこれらの絶縁ガス成分ｂ）の１種以上とのそれぞれの混合物は絶縁目的に特に有用である。
【００４６】
フルオロケトンａ）および誘電性絶縁成分ｂ）として二酸化炭素を含む混合物が、例えば、回路遮断器、特に高電圧回路遮断器中の消弧ガスとしての使用に特に有用であることも分かった。
【００４７】
従って、さらに好ましい態様によると、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、二酸化炭素を含み、特には二酸化炭素である。
【００４８】
この点について、消弧ガスにおいて酸素を用いるおかげにより、電極上への炭素析出を効率的に減少させるまたは回避することができることがさらに分かった。
【００４９】
消弧ガスに酸素を用いることにより、毒性アーク放電副産物、例えばそうでなければ開閉動作後に存在すると思われる副産物の量も減少させることができる。
【００５０】
従って、さらに好ましい態様によると、誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、酸素を含み、特に酸素である。当然、この点について、純粋な酸素ならびに酸素含有ガス混合物、特に空気も用いることができる。
【００５１】
好ましくは、さらなる誘電性ガス成分ｂ）、特にキャリアガスは、ＳＦ6ではないまたはＳＦ6を含まない。
【００５２】
いかなる理論にも拘束されないが、本発明による非線形的に増加する誘電強度に関する考えられるメカニズムは、誘電性ガス成分ｂ）が誘電体絶縁破壊に由来する電子を減速させるのに役立ち、フルオロケトンａ）がこのような減速した電子を捕捉するのに役立ち、それにより、フルオロケトンａ）およびキャリアガスｂ）を含むガス混合物の過度に高い誘電強度を確立するというものであり得る。従って、本発明による誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、電子を減速させることができるガスを特に包含すべきである。
【００５３】
例えば、約３５０ｍｂａｒ、ここではより正確には３２５ｍｂａｒの１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン（またはデカフルオロ−３−メチルブタン−２−オン）  ＣＦ3Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ3）2を４６５０ｍｂａｒの技術的空気（約８０％の窒素および２０％の酸素を含む）に加えることにより、ガス混合物の単一のガス成分の電界強度およびモル比を単に考慮することにより予想されたものよりもはるかに高い絶縁破壊電圧を達成することができる。このことについては、以下の図面に関連させて、より詳細に示す。
【００５４】
この相乗作用効果のために、極めて高い絶縁能力および同時に極めて低いＧＷＰを有する絶縁媒体を得ることができる。最終的に、これにより、系を加熱するまたは従来用いられている圧力値より上の充填圧力を設定する必要なく、従来の高性能絶縁ガスを極めて低いＧＷＰを有する絶縁媒体で置換することが可能になる。
【００５５】
５個を超える炭素原子のより長い鎖長を有するフルオロケトンと比較して、５個の炭素原子を含むフルオロケトンは、比較的低い沸点という利点を有し、絶縁媒体中でこのような５炭素フルオロケトンの比較的高いモル分率を有することが可能になり、低温であっても液化の問題が回避される。
【００５６】
５個以上の炭素原子を含むフルオロケトンは、一般的に非毒性であるため、さらに有利である。これは、毒性で極めて反応性である４個未満の炭素原子を有するフルオロケトン、例えば、ヘキサフルオロアセトン（またはヘキサフルオロプロパノン）と対照的である。
【００５７】
本発明の態様では、分枝アルキル鎖を有するフルオロケトンが好ましい。なぜなら、その沸点が直鎖アルキル鎖を有する対応する化合物（すなわち、同じ分子式を有する化合物）の沸点よりも低いからである。
【００５８】
好ましい態様によると、フルオロケトンａ）はペルフルオロケトンであり、特に、分子式Ｃ5Ｆ10Ｏを有する、すなわち、二重結合も三重結合も有さず完全に飽和している。フルオロケトンａ）は、より好ましくは、１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン（デカフルオロ−３−メチルブタン−２−オンとも命名される）、１，１，１，３，３，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン−２−オン、１，１，１，２，２，４，４，５，５，５−デカフルオロペンタン−３−オン、１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−３−ビス（トリフルオロメチル）−ペンタン−２−オンからなる群から選択されてもよく、最も好ましくは１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オンである。
【００５９】
１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オンは、以下の構造式（Ｉ）：
【化２】
0006042344.tif 000003
【００６０】
により表すことができる。
【００６１】
１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン（これは、分子式ＣＦ3Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ3）2またはＣ5Ｆ10Ｏを有する、総称「Ｃ５−ケトン」（＝正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトン）に属し、この総称によりここで簡潔に言及される）は、特に誘電性キャリアガス成分ｂ）との混合物として、高い誘電性絶縁性能という利点を有し、極めて低いＧＷＰを有し、低い沸点を有するので、高および中電圧絶縁用途に特に好ましいことが分かった。それは、０のオゾン破壊係数を有し、事実上非毒性である。
【００６２】
さらに好ましい態様によると、絶縁媒体中のＣ５−ケトンのモル分率は、従来の高電圧ＧＩＳ圧力充填値を用いる場合には、約５％〜約１５％、好ましくは約６％〜約１０％に及び、従来の中電圧ＧＩＳ圧力充填値を用いる場合には、約１０％〜約４０％に及ぶ。このようなモル比の範囲は、絶縁媒体を低温環境、例えば、０℃未満の温度に至るまで、特に−５℃に至るまでで用いる場合でさえ、フルオロケトンの液化が起こらないという利点を有する。
【００６３】
他の態様によると、絶縁媒体中のＣ５−ケトンのモル分率は１％超、好ましくは２％超、より好ましくは３％超、さらにより好ましくは３．５％超である。
【００６４】
他の態様によると、Ｃ５−ケトンは、動作条件下、絶縁媒体中で気相である。
【００６５】
好ましくは、誘電性絶縁媒体は、８バール未満、好ましくは７．５バール未満、より好ましくは７バール未満、特に６．５バール以下の過圧力下で誘電性絶縁ガスである、または誘電性絶縁媒体は、２．５バール未満、好ましくは２．０バール未満、より好ましくは１．５バール未満、特に１．２バール以下の過圧力下で誘電性絶縁ガスである。
【００６６】
特に好ましい態様によると、本発明によるフルオロケトンａ）および誘電性絶縁ガス成分ｂ）の混合物を、
ｃ）フルオロケトンａ）とは異なり、好ましくは誘電性絶縁ガス成分ｂ）とも異なる、ここでは簡潔に「フルオロケトンｃ）」と命名するさらなるフルオロケトン
と組み合わせることにより、さらに高い絶縁能力を達成することができる。
【００６７】
ここでも、「〜とは異なる」は、正確に５個の炭素原子を有するフルオロケトンａ）の定義に入らず、好ましくは絶縁ガス成分ｂ）の定義に入らない、特にはバルクガスでもバッファガスでもキャリアガスでもないことを意味する。
【００６８】
以下の図面に関連して示すように、フルオロケトンｃ）、具体的に６個の炭素原子を含むフルオロケトンが誘電性絶縁ガス成分ｂ）とは異なる態様、換言すれば、フルオロケトンａ）およびｃ）とは別の媒体が、フルオロケトンａ）およびｃ）以外の誘電性絶縁ガス成分ｂ）を含む態様で顕著な非線形的増加が決定された。
【００６９】
従って、各々がそれ自体誘電性絶縁媒体の誘電強度に寄与する１種を超えるフルオロケトンを有する絶縁媒体を達成することができる。この態様では、混合物中に含まれる各フルオロケトンが誘電性絶縁媒体または誘電性絶縁媒体を含む電気装置の少なくとも最小動作温度でのその飽和蒸気圧に少なくとも対応する分圧をそれぞれ有すること、従って、フルオロケトンの高い合計モル比を気相中で得ることおよび維持することが可能であり、それによって誘電性絶縁媒体の極めて高い誘電強度を得ることが可能になることが特に好ましい。
【００７０】
前記さらなるフルオロケトンｃ）は、好ましくは、正確に５個の炭素原子または正確に６個の炭素原子または正確に７個の炭素原子または正確に８個の炭素原子を含み、より好ましくは５〜７個の炭素原子、最も好ましくは正確に６個の炭素原子を含む。
【００７１】
好ましくは、さらなるフルオロケトンｃ）は、少なくとも１個の水素原子がフッ素原子で置換されている、以下の構造式：
【化３】
0006042344.tif 000004
【００７２】
により定義される化合物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物である、および／または少なくとも１個の水素原子がフッ素原子で置換されている、以下の構造式：
【化４】
0006042344.tif 000005
【化５】
0006042344.tif 000006
【００７３】
により定義される化合物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物である。
【００７４】
本発明は、構造式Ｉａ〜Ｉｄによる化合物の何れかと構造式ＩＩａ〜ＩＩｇおよび／またはＩＩＩａ〜ＩＩＩｎによる化合物の何れかとの各組合せを包含する。
【００７５】
より好ましくは、フルオロケトンｃ）は、正確に６個の炭素原子を含み、このようなフルオロケトンは、ヒトのための顕著な安全域を有し、非毒性である。
【００７６】
態様では、フルオロケトンｃ）は、フルオロケトンａ）のように、ペルフルオロケトンである、および／またはフルオロケトンｃ）は分枝アルキル鎖、特に少なくとも部分的にフッ化したアルキル鎖を有する、および／またはフルオロケトンｃ）は完全飽和化合物を含む。
【００７７】
特に、フルオロケトンｃ）は、分子式Ｃ6Ｆ12Ｏを有する、すなわち、二重結合も三重結合も有さず完全に飽和している。より好ましくは、フルオロケトンｃ）は、１，１，１，２，４，４，５，５，５−ノナフルオロ−２−（トリフルオロメチル）ペンタン−３−オン（ドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３−オンとも命名される）、１，１，１，３，３，４，５，５，５−ノナフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタン−２−オン（ドデカフルオロ−４−メチルペンタン−２−オンとも命名される）、１，１，１，３，４，４，５，５，５−ノナフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ペンタン−２−オン（ドデカフルオロ−３−メチルペンタン−２−オンとも命名される）、１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−ビス−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン（ドデカフルオロ−３，３−（ジメチル）ブタン−２−オンとも命名される）、ドデカフルオロヘキサン−２−オンおよびドデカフルオロヘキサン−３−オンからなる群から選択することができ、特には、言及した１，１，１，２，４，４，５，５，５−ノナフルオロ−２−（トリフルオロメチル）ペンタン−３−オンである。
【００７８】
１，１，１，２，４，４，５，５，５−ノナフルオロ−２−（トリフルオロメチル）ペンタン−３−オン（ドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３−オンとも命名される）は、以下の構造式（ＩＩ）：
【化６】
0006042344.tif 000007
【００７９】
により表すことができる。
【００８０】
１，１，１，２，４，４，５，５，５−ノナフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタン−３−オン（これは、分子式Ｃ2Ｆ5Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ3）2を有する、より包括的な名称「Ｃ６−ケトン」（＝正確に６個の炭素原子を含むフルオロケトン）に属し、この総称によりここで簡潔に言及される）は、その高い絶縁特性およびその極めて低いＧＷＰのために、高電圧絶縁用途に特に好ましいことが分かった。これは、０のオゾン破壊係数を有し、非毒性である（ＬＣ５０  約１０００００ｐｐｍで４時間）。従って、環境影響が従来の絶縁ガスよりもはるかに低く、同時にヒトのための顕著な安全域が達成される。
【００８１】
好ましくは、絶縁媒体中のフルオロケトンｃ）のモル分率は、低温、例えば、０℃未満の温度に至る温度、例えば−５℃に至る温度でのフルオロケトンの液化を回避するために、約１％〜約１５％、好ましくは約１％〜約１０％、より好ましくは約１％〜約４％、最も好ましくは１％〜３％に及ぶべきである。
【００８２】
態様では、絶縁媒体中のフルオロケトンｃ）のモル分率は、０．１％超、好ましくは０．５％超、より好ましくは１％超、特に２％超となるように選択される。
【００８３】
好ましくは、絶縁媒体中のフルオロケトンｃ）のモル分率は、１％〜１５％、より好ましくは１％〜１０％、最も好ましくは１％〜３％に及ぶ。
【００８４】
驚くべきことに、Ｃ５−ケトンおよびＣ６−ケトンと誘電性絶縁ガス成分ｂ）との混合物によって、７バール以下の中程度の充填圧力で、４．５バール以下のＳＦ6に匹敵する絶縁性能を示す絶縁媒体が作成されることが分かった。このような中程度の充填圧力は、最大約８バールまでのロックアウト圧力に耐えるように通常定格として定められている従来のハウジング構造が一般的に耐えられる。
【００８５】
特定の態様では、Ｃ５−ケトンをＣ６−ケトンおよび空気と混合すると、低い動作温度であっても、特に−５℃という低い最小動作温度に至る温度でも、いかなる加熱も必要とすることなく、許容充填圧力および十分な誘電強度をもたらす誘電性絶縁媒体が見出される。５炭素および６炭素フルオロケトン混和物の極めて低いＧＷＰおよびゼロのＯＤＰのおかげで、得られる絶縁媒体も環境的展望から十分に許容される。
【００８６】
上記のように、本発明による絶縁媒体は、電気用途に特に有用である。従って、本発明は、電気エネルギーの発生および／または伝達および／または分配および／または使用のための装置における誘電性絶縁媒体としての成分の上記組合せの使用にも関する。
【００８７】
さらに、本出願の全体にわたって、本発明および任意の態様によるフルオロケトンａ）を含む誘電性絶縁媒体についての任意の開示ならびに請求項はまた、誘電性絶縁媒体へのまたはとしてのこのようなフルオロケトンａ）の使用の開示でもあり、この使用は、これにより明示的に開示され、特に「フルオロケトンａ）を含む誘電性絶縁媒体」という用語を「誘電性絶縁媒体としてのフルオロケトンａ）の使用」という用語に置きかえることにより、使用クレームとして特許請求され得る。
【００８８】
同様に、本発明はまた、絶縁空間を規定するハウジングおよび絶縁空間中に配置された電気活性部品を含む、電気エネルギーの発生および／または伝達および／または分配および／または使用のための装置に関する。この絶縁空間は、上記絶縁媒体を含む。
【００８９】
本出願中、用語「電気活性部品」は、広く解釈されるべきであり、任意の種類の導体、導体配置、開閉器、導電性成分、サージ避雷器などを包含し、さらに、電気的に活性化することができる、すなわち、少なくとも１つの動作状態（すなわち、部品の他の時間的不活性動作状態または局所的不活性動作状態がなお起こり得る）で電圧に供することができる任意の部品として理解されるべきである。
【００９０】
特に、本発明の装置には、開閉装置、特に、空気絶縁もしくはガス絶縁金属（もしくは別の）封止開閉装置またはハイブリッド（すなわち、部分的空気絶縁および部分的ガス絶縁）開閉装置または中電圧ブロック開閉装置またはリングメインユニット（ring-main-unit）、またはデッドタンク型（dead tank）遮断器またはＰＡＳＳモジュール（プラグおよび開閉器モジュール）、あるいはこれらの部品および／または成分、特に母線、ブッシング、ケーブル、ガス絶縁ケーブル、ケーブル継手、変流器、計器用変圧器、および／またはサージ避雷器が含まれる。ガス絶縁送電線（ＧＩＴＬ）も可能である。
【００９１】
開閉装置、特にガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）は、当業者に周知のものである。本発明が特によく適している開閉装置の例は、例えば、ＥＰ−Ａ−１９３３４３２、段落［００１１］〜［００１５］に示されており、その開示は参照によりこれにより組み込まれる。
【００９２】
装置が、開閉器、特に、接地開閉器（例えば、速断型接地開閉器）、断路器、複合型の断路器および接地開閉器、負荷開閉器または回路遮断器、特に中電圧回路遮断器、発電機回路遮断器および／または高電圧回路遮断器であることがさらに好ましい。特に、高電圧回路遮断器は、圧力上昇室、例えば、自己爆発（self-blasting）効果をもたらすための圧縮室および／または加熱室を有していてもよく、ここで、開閉動作において、好ましくは消弧期中に圧力上昇室および／またはアーク放電領域中で、フルオロケトン（複数可）がより少数の炭素原子を有するフッ化炭素化合物に分解される。
【００９３】
フルオロケトン混和物（複数可）のこのような分子分解は、分子の数、従って、消弧に利用可能な圧力をさらに増加させることを可能にすることができる。さらに、フルオロケトン（複数可）の分子分解はまた、アーク放電領域で起こり、それにより消弧爆発圧力がさらに増加する。フルオロケトン混和物（複数可）はまた、約４００℃〜約６００℃または９００℃もの解離していないフルオロケトンのかなり低い解離温度が排気ガスの温度障壁として機能するために、回路遮断器の排気領域にも有用である。換言すれば、排気ガスの熱エネルギーを、排気中の解離していないフルオロケトンの解離により吸収することができ、それによりフルオロケトンの解離温度より上の排気領域のさらなる温度増加を防ぐ。従って、本出願の誘電性絶縁は、優れた消弧能力を有する。理論により拘束されるいかなる意図もないが、この消弧能力は、少なくとも部分的には、アーク放電領域内部のフルオロケトンの解離生成物の再結合、例えば、非常に強力な消弧媒体であることが周知であるテトラフルオロメタン（ＣＦ4）に主に起因すると仮定される。
【００９４】
特に、消弧媒体として用いる場合、本発明による誘電性絶縁媒体は、二酸化炭素および／または空気もしくは酸素を含む。上に指摘したように、酸素または空気の存在により、特に、二酸化炭素をさらなるガス成分として用いる場合に、電極上への炭素析出の減少を達成することが可能になる。
【００９５】
また、空気または酸素を用いることにより、特にフルオロケトンの分解により形成され、その後開閉動作後に存在すると思われる毒性アーク放電副産物の量を減少させるまたは回避することができる。
【００９６】
好ましくは、酸素のモル分率の少なくとも１種のフルオロケトンａ）および任意のｃ）のモル分率に対する比は少なくとも２：１、より好ましくは少なくとも２．５：１、さらにより好ましくは少なくとも３：１である。
【００９７】
さらに好ましい態様によると、酸素の体積分率は４０％以下、好ましくは３０％未満、より好ましくは２０％未満である。
【００９８】
特に、二酸化炭素および／または空気もしくは酸素との混合物のフルオロケトンを含む誘電性絶縁媒体を消弧媒体として用いる場合、二酸化炭素の量の空気または酸素の量に対する比は、好ましくは最大で２０：１、より好ましくは最大で１５：１、さらにより好ましくは最大で１０：１、最も好ましくは最大で５：１である。上記のように、酸素のモル分率のフルオロケトンａ）および任意のさらなるフルオロケトンｃ）のモル分率に対する比は、好ましくは少なくとも２：１、より好ましくは少なくとも２．５：１、最も好ましくは少なくとも３：１である。
【００９９】
態様では、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）を誘電性絶縁ガス成分ｂ）としてまたは誘電性絶縁ガス成分要素ｂ１）として用いてもよい。
【０１００】
述べたように、本発明はまた、上記誘電性絶縁媒体および使用とは別に、絶縁空間を規定するハウジングおよび絶縁空間中に配置された電気活性部品を含む、電気エネルギーの発生および／または伝達および／または分配および／または使用の装置であって、前記絶縁空間が上に定義する誘電性絶縁媒体により特徴付けられる絶縁媒体を含む装置に関する。
【０１０１】
好ましい態様によると、装置は、開閉装置、特に、空気絶縁もしくはガス絶縁金属封止開閉装置またはハイブリッド開閉装置または中電圧ブロック開閉装置またはリングメインユニット、またはデッドタンク型遮断器またはＰＡＳＳモジュール（プラグおよび開閉器モジュール）、あるいはこれらの部品または成分、特に母線、ブッシング、ケーブル、ガス絶縁ケーブル、ケーブル継手、変流器、計器用変圧器、および／またはサージ避雷器である。
【０１０２】
さらに好ましい態様によると、装置は、開閉器、特に、接地開閉器、断路器、複合型の断路器および接地開閉器、負荷開閉器および／または回路遮断器である。
【０１０３】
そのため、上記のように、装置が、加圧消弧ガスを提供するための圧力上昇質を有する高電圧回路遮断機、特に
ａ）フルオロケトンａ）と、
ｂ１）二酸化炭素および／または
ｂ２）空気もしくは酸素と
の混合物を含む高電圧回路遮断器であり、開閉動作において、消弧期中にフルオロケトンが炭素原子の数がより少ないフッ化炭素化合物に分解されることが特に好ましい。また上記のように、二酸化炭素と空気または酸素の組み合わせた使用が、電極上への炭素析出の減少およびそれによって達成される毒性アーク放電副産物の量の減少のために特に好ましい。
【０１０４】
上記と類似して、特に好ましい消弧ガスは、二酸化炭素および／または空気もしくは酸素に加えて、特に６個の炭素原子を含むさらなるフルオロケトンｃ）をさらに含むことができる。
【０１０５】
別の態様によると、装置は、変圧器、特に配電変圧器または電力変圧器であってもよい。
【０１０６】
なお他の態様によると、装置はまた、例えば、電気回転機械、発電機、電動機、駆動装置、半導体デバイス、パワーエレクトロニクスデバイス、および／またはこれらの要素であってもよい。
【０１０７】
本発明は、特に、中または高電圧装置に関する。用語「中電圧」は、本明細書で使用する限りにおいては、１ｋＶ〜７２ｋＶの範囲の電圧を指し、一方で用語「高電圧」は、７２ｋＶ超の電圧を指す。１ｋＶ未満の低い電圧範囲での用途も実行可能である。
【０１０８】
装置の所望の誘電定格、例えば必要とされる誘電抵抗能力および動作温度範囲を達成するために、装置は、組成−特に化学組成または物理相組成、例えば、気／液二相系−、および／または絶縁媒体の温度、および／または絶縁媒体またはその成分の少なくとも１種の絶対充填圧力、ガス密度、分圧および／または部分ガス密度をそれぞれ単独でまたは組み合わせて制御するための制御ユニット（「流体管理系」とも呼ぶ）を具備することができる。特に、制御ユニットは、約−２０℃に至る低温環境での用途と特に関連する、本発明による絶縁媒体成分の蒸気圧を制御するための加熱器および／または気化器を含むことができる。気化器は、例えば、超音波気化器であってもよく、または絶縁媒体を装置中に噴霧するための噴霧ノズルを含むことができる。
【０１０９】
特に低温環境での高電圧用途に関する代表的な態様では、フルオロケトン（複数可）、特にフルオロケトンａ）および／またはｃ）の分圧を、加熱および／または気化により、フルオロケトンの分圧が所望の圧力レベルで維持されるよう絶縁媒体中に提供することができる。
【０１１０】
気化器を用いる場合、これはまた、誘電性絶縁能力または誘電強度の必要性に従った絶縁媒体中のフルオロケトン（複数可）、特にフルオロケトンａ）および／またはｃ）の濃度を設定するための定量供給ユニット（dosing unit）を含むべきである。本願における用語「誘電性絶縁能力」または「誘電強度」は、広く理解されるべきであり、特定の測定条件下で測定され得る絶縁破壊電界強度によるより具体的な特徴付けを含んでもよい。これは、中または高電圧ガス絶縁開閉装置について代表的に以下でより詳細に示される。さらに、制御ユニットは、制御パラメータ、例えば温度、密度、圧力および／または組成−特に液相レベル−を測定するための測定ユニット、および／またはこのようなパラメータを監視するための監視ユニットを含んでもよい。
【０１１１】
さらなる態様によると、本発明は、電気装置の仕様決定を行う方法であって、
ａ）誘電性絶縁媒体により充填される空間に必要とされる電界強度Ｅapp、最小定格動作温度Ｔmin、最大定格動作温度Ｔmax、および最大許容ガス圧力ｐmaxを含む定格パラメータにより特徴付けられる定格を有する装置を選択するステップと、
ｂ）フルオロケトンと前記フルオロケトンとは異なる誘電性絶縁ガス成分ｂ）との混合物を含む誘電性絶縁ガスを選択するステップであって、混合物が相乗作用因子ｓにより特徴付けられる非線形的に増加する誘電強度を有するステップと、
ｃ）誘電性絶縁ガス、特に混合物が、フルオロケトンの種類、分圧ｐa、または特に対応する数密度、もしくは体積濃度もしくはモル分率ｍa、および減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,a、ならびにガス成分ｂ）の種類、分圧ｐb、または特に対応する数密度、もしくは体積濃度もしくはモル分率ｍb、および減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,bにより定義される特性パラメータを有するステップと、
ｄ）誘電性絶縁ガス、特に混合物の線形減圧絶縁破壊電界強度Ｅlin.calc.を減圧絶縁破壊電界強度Ｅcrit,aおよびＥcrit,bの分圧加重和によりフルオロケトンの分圧ｐaの関数として計算するステップと、
ｅ）電界強度Ｅappおよび線形減圧絶縁破壊電界強度Ｅｂｄlin.calc.から、誘電性絶縁ガスの絶対圧力曲線ｐabs（ｐa）をフルオロケトンの分圧ｐaの関数として決定するステップと、
ｆ）標準温度で絶縁ガスの絶対充填圧力ｐabsを選択し、そこからおよび絶対圧力曲線ｐabs（ｐa）から、フルオロケトンの第１の分圧ｐa1、または特に第１の対応する数密度もしくはモル分率ｍa1を決定するステップと、
ｇ）１を超える混合物の相乗作用因子により当該電気装置の定格パラメータの少なくとも１つを拡大するステップと
により特徴付けられる、電気装置の仕様決定を行う方法に関する。
【０１１２】
フルオロケトンの液化が起こらないことが一般的に好ましいので、この方法は、
ａ）絶縁ガス中のフルオロケトンの凝縮温度が最小定格動作温度Ｔmin未満になるように、フルオロケトンの第２の分圧ｐa2、または特に第２の対応する数密度を決定するステップと、
ｂ）第１の分圧ｐa1が第２の分圧ｐa2以下である場合、ｐa1≦ｐa≦ｐa2となるような範囲のフルオロケトンの分圧ｐaを選択するステップ、または
ｃ）第１の分圧ｐa1が第２の分圧ｐa2よりも大きい場合、
ｉ．第２の分圧ｐa2以下のフルオロケトンの分圧ｐaを選択し、誘電性絶縁ガス成分ｂ）の分圧ｐbを増加させることにより、絶対圧力ｐabsを増加させる、特に絶対圧力ｐabsをｐabs（ｐa2）と等しいところまで増加させるステップ、および／または
ｉｉ．加熱することにより最小または最小定格動作温度Ｔminを増加させ、それによって第２の分圧ｐa2をより高い値まで増加させる、特に、第２の分圧ｐa2を第１の分圧ｐa1以上の値まで増加させ、その後ｐa1≦ｐa≦ｐa2となるような範囲のフルオロケトンの分圧ｐaを選択するステップと
をさらに含む。
【０１１３】
減圧絶縁破壊電界強度がフルオロケトンについて誘電性絶縁成分ｂ）よりも大きいためおよびそうである限り、絶対圧力曲線ｐabs（ｐa）は、フルオロケトン分圧の減少と共に増加する関数であることに留意されたい。
【０１１４】
フルオロケトンａ）に加えてさらなるフルオロケトンｃ）を用いる場合、この方法は、確実に両フルオロケトンが少なくとも装置のＴminに至るまで気相のままであるように両フルオロケトンの分圧を計算すべき追加のステップを用いて類似に行われるべきである。
【０１１５】
代表的な態様では、この方法は、
ａ）混合物について、特にフルオロケトンの分圧ｐaの誘電性ガス成分ｂ）の分圧ｐbに対する比について相乗作用因子ｓの値を決定するステップと、
ｂ）以下のステップ：電界強度Ｅappを増加させるステップ、最小定格動作温度Ｔminを減少させるステップ、絶対充填圧力ｐabsを減少させるステップ、フルオロケトンの分圧ｐaもしくはモル分率ｍaを減少させるステップ、安全域を増加させるステップ、およびこれらの組合せの少なくとも１つにより定格拡大を行うステップと
をさらに含む。
【０１１６】
上記において、最大電界強度Ｅappは、安全域を含むよう定義することができる。絶対充填圧力は、最大許容ガス圧力ｐmax未満で選択すべきである。さらに、フルオロケトンは、好ましくは正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンａ）であってもよい、および／またはこれは正確に６個の炭素原子を含むフルオロケトンであってもよい。好ましくは、誘電性ガス成分ｂ）は、空気、窒素、二酸化炭素およびこれらの混合物の少なくとも１つを含んでもよい。
【０１１７】
さらに、上記仕様決定法のステップはまた、電気装置自体の特徴を特徴付けており、対応する請求項は本明細書の一部としてこれにより詳述される。
【０１１８】
本発明は、以下の図面によってさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、系の全絶対充填圧力の関数としての、本発明の態様による空気および誘電性絶縁ガス混合物の測定したおよび計算した絶縁破壊電圧のグラフ表示を示している。
【図２】図２は、絶縁媒体として、空気中で５個の炭素原子を含むフルオロケトンを用いた場合、空気中で６個の炭素原子を含むフルオロケトンを用いた場合、ならびに空気中で５個の炭素原子を含むフルオロケトンおよび６個の炭素原子を含むフルオロケトンを用いた場合の、４．５バールのＳＦ6と同じ絶縁性能に到達するために必要とされる充填圧力のグラフ表示を示している。
【図３】図３は、温度制御ユニットを具備する或る態様に係る高電圧ガス絶縁開閉装置の純粋な略図を示している。
【図４】図４は、流体処理ユニットを具備する態様に係る高電圧ガス絶縁開閉装置の純粋な略図を示している。
【図５】図５は、代表的な態様の誘電性絶縁媒体を充填した従来の断路器を示している。
【図６】図６は、代表的な態様の誘電性絶縁媒体を充填した（菱形）および従来の絶縁媒体を充填した（三角形）従来の断路器を用いた、母線転送電流切替試験におけるアーク放電時間（ａ．ｕ．）を示している。
【図７】図７ａおよび図７ｂは、代表的な絶縁媒体を充填した（菱形）および従来の絶縁媒体を充填した（三角形）母線の部分における温度上昇試験の結果を示している。
【図８】図８は、フルオロケトンに含まれる炭素原子の数の関数としての毒性（ａ．ｕ．、左手側）および沸点（右手側）の概略図を示している。
【図９】図９は、電子エネルギーの関数としての、キャリアガスの電子散乱およびフルオロケトンのイオン化についての断面積の概略図を示している。
【図１０】図１０は、空気を含むおよび含まない種々の誘電性絶縁媒体についての全圧の関数としての相乗作用因子ｓのグラフ表示を示している。
【図１１】図１１ａおよび図１１ｂは、それぞれ圧力またはフルオロケトン含量の関数としての、均一な電界における本願による代表的な誘電性絶縁媒体の測定したおよび計算した絶縁破壊電圧Ｕ５０のグラフ表示を示している。
【図１２】図１２は、凝縮温度の関数としての、種々の分圧比でフルオロケトンおよび空気を含む代表的な誘電性絶縁媒体についての絶縁破壊電界強度のグラフ表示を示している。
【０１２０】
以下に、本発明の代表的な態様を論じる：
図１に示すいくつかのガス混合物の絶縁破壊電界のグラフ表示の計算のための入力として必要とされる純粋なガスの電界強度を、代表的な電界条件、特に代表的に均一な電界条件を提供する試験デバイスを用いて誘電試験を行うことにより測定した。計算した値を点線で示す。
【０１２１】
図１によると、約１００ｍｂａｒ、より正確には９６ｍｂａｒのＣ６−ケトンを空気に加える（混合物Ｉ）ことにより得られる絶縁破壊電圧は、純粋な空気と比較して約１０％〜１５％増加すると計算される（４．０バールで約１４０ｋＶ／ｃｍである）。約３５０ｍｂａｒ、より正確には３２５ｍｂａｒのＣ５−ケトンを空気に加える（混合物ＩＩ）ことにより得られる絶縁破壊電圧は、純粋な空気と比較して約３０％〜４０％増加すると計算され（４．０バールで約１７０ｋＶ／ｃｍである）、約１００ｍｂａｒのＣ６−ケトンおよび約３５０ｍｂａｒのＣ５−ケトンを空気に加える（混合物ＩＩＩ）ことにより得られる絶縁破壊電圧は、純粋な空気と比較して約４０％〜５０％増加すると計算される（４．０バールで約１９０ｋＶ／ｃｍである）。
【０１２２】
しかしながら、本発明の態様による絶縁媒体の場合、特にガス混合物ＩＩの場合、図１で実線により表されるように、測定した絶縁破壊電圧値は計算した値よりもはるかに高い。これは、Ｃ５−ケトンと空気または類似のガスとの間の強力な非線形的相互作用が存在し、それが、ここでは個々のガス混合物成分の電界強度Ｅｂｄ（ｋＶ／ｃｍ）により表される誘電性絶縁能力の算術的和を超えて、ここではガス混合物の誘電破壊電界強度Ｅｂｄ（ｋＶ／ｃｍ）により表される誘電絶縁能力を強力に改善することを証明している。類似の結果が混合物Ｉについて見られた。
【０１２３】
詳細に述べると、ガス混合物ＩＩについて得られた測定した絶縁破壊電界は、純粋な空気の絶縁破壊電界よりも約６０％〜８０％高く（４．０バールで約２３０ｋＶ／ｃｍである）、ガス混合物ＩＩＩについて得られた測定した絶縁破壊電界は、純粋な空気の絶縁破壊電界よりも約７５％〜９５％高い（４．０バールで約２６０ｋＶ／ｃｍである）。従って、これらの改善は、純粋な空気と比較してガス混合物ＩＩについては３０％〜４０％およびガス混合物ＩＩＩについては４０％〜５０％しか増加していない誘電性絶縁破壊電界をもたらすガス混合物成分の絶縁破壊電界の線形的加算から予想されるものよりもかなり高い。
【０１２４】
また、ガス混合物Ｉについて得られた測定した絶縁破壊電界は、純粋な空気の絶縁破壊電界よりも約３０％〜５０％高く（４．０バールで約１８０ｋＶ／ｃｍである）、これはガス混合物Ｉについて純粋な空気と比較して１０％〜１５％の予想された改善よりも高い。
【０１２５】
図１による絶縁破壊電界値は、均一な電界配置の試験デバイスを用いた標準的な負極性雷インパルス誘電試験を行って測定した。
【０１２６】
正極性標準雷インパルス誘電試験およびＡＣ誘電試験を、電界配置、充填圧力および接触距離の異なる組合せの下で、Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩと類似のガス混合物を用いて行ったところ、Ｃ５−ケトンおよびＣ６−ケトンと空気および他のガス、例えばＣＯ2との間の相乗作用効果を肯定する類似の結果が得られた。
【０１２７】
図２は、４．５バールのＳＦ6と同じ絶縁性能に到達するために、ガス混合物Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩのそれぞれについて必要とされる充填圧力を示している。図２は、異なる混合物について必要とされる充填圧力を温度の関数として示している。そのため、図２を読み取ることにより、液化することのない動作のための誘電性絶縁媒体を以下のステップから決定することができる：すなわち、第１のステップで、誘電性絶縁媒体または電気装置のそれぞれの最小動作温度を決定し；第２のステップで、最小動作温度でのフルオロケトン（複数可）の液化がないことを保証する混合物中の各フルオロケトン成分の蒸気圧を決定し；第３のステップで、４．５バールのＳＦ6と同一または類似の絶縁性能を達成するために必要とされる全ガス圧力を図２から読み取り；第４のステップで、フルオロケトン分圧およびキャリアガス圧力の和が全ガス圧力に到達するような量で、キャリアガス、ここでは空気または空気成分を加えることにより、上記を決定できる。図２は、−５℃で４．５バールの純粋なＳＦ6に相当する所望の絶縁性能が、約６．５バールの充填圧力の空気、Ｃ５−ケトンおよびＣ６−ケトンを含む絶縁媒体で達成可能であることをさらに証明している。このような充填圧力は、今日のガス絶縁開閉装置あるいはその部品および／または成分の常圧範囲にある。従って、例えば、−５℃の最小許容動作温度で、前記絶縁媒体は、従来の充填圧力より高くない圧力に耐えるために従来の電気装置、特に収納装置またはハウジングのいかなる修正も必要とすることなく、４．５バールのＳＦ6の絶縁能力と類似の絶縁能力を達成することを可能にする。従って、電装品、例えば高電圧開閉装置あるいはその部品および／または要素のために、空気および５炭素フルオロケトンおよび任意の６炭素フルオロケトンを含むガス混合物の充填圧力を約６．５バールに設定することにより、従来の高性能絶縁媒体の生態学的に非常に魅力的であるが絶縁性能に関して同等の代替物を提供することができる。
【０１２８】
上記の特定の誘電性絶縁媒体とは別に、本発明はまた、上記のような電気装置に関する。好ましくは、この装置は、絶縁媒体の圧力、組成および／または温度を適合させるために制御ユニット（または「流体管理系」）を含む。これは、−２０℃という低い温度の環境での用途と特に関連する。
【０１２９】
例として、温度制御ユニットを含む高電圧開閉装置を図３に示す。開閉装置２は、絶縁空間６を規定するハウジング４および絶縁空間６の内側に配置された電気活性部品８を含む。開閉装置２は、開閉装置２のハウジング４またはハウジング４の少なくとも一部、従って、絶縁空間６に含まれる絶縁媒体を所望の温度または最小（もしくは最小定格）動作温度Ｔminに設定するための温度制御ユニット１０ａをさらに含む。当然、絶縁媒体を所望の温度にもっていくために、絶縁媒体と接触した任意の他の部品を加熱することができる。従って、フルオロケトンの蒸気圧−および結果的に絶縁ガス中でのその分圧ｐaまたはモル比ｍa−ならびに絶縁ガスの絶対圧力ｐabsをそれに応じて適合させることができる。図４にも示すように、フルオロケトンは、この態様において、絶縁空間６中に与えられる温度勾配のために絶縁空間の全体にわたって均一に分布していない。従って、フルオロケトンの濃度は、ハウジング４の壁４’に極めて接近するとより高くなる。
【０１３０】
代替の制御ユニットまたは流体管理系を図４に模式的に示すが、ここでは流体処理ユニット１０ｂは制御ユニットとしてガス絶縁開閉装置２に帰属している。この制御ユニット１０ｂにより、絶縁媒体の組成、ならびに特にフルオロケトン、特にフルオロケトンａ）および／またはフルオロケトンｃ）の濃度が流体処理ユニット１０ｂに含まれる定量供給ユニット中で調整され、得られた絶縁媒体が絶縁空間６中に注入または導入、特に噴霧される。図４に示す態様では、絶縁媒体は、液体フルオロケトンの小液滴がそれぞれのキャリアガス中で分散しているエアロゾル１４の形態で絶縁空間中に噴霧される。エアロゾル１４は、ノズル１６によって絶縁空間６中に噴霧され、フルオロケトンが直ちに蒸発し、従ってフルオロケトンの不均一な濃度、具体的にノズル１６を含むハウジング壁４’に極めて接近すると比較的高濃度を有する絶縁空間６が得られる。あるいは、絶縁媒体、特に、フルオロケトンａ）および／または誘電性絶縁ガスｂ）および／またはフルオロケトンｃ）の濃度、圧力ならびに／あるいは温度は、絶縁空間中に注入される前に、流体処理ユニット１０ｂ中で制御され得る。ガスの循環を確保するために、さらなる開口部１８がハウジング４の上壁に用意され、前記開口部はハウジング４のチャネル２０につながり、絶縁媒体を絶縁空間６から除去することを可能にする。図４に示すように流体処理ユニット１０ｂを有する開閉装置２を、図４に関連して記載する温度制御ユニット１０ａと組み合わせることができる。温度制御ユニットを用意しない場合、フルオロケトンの凝縮が起こり得る。凝縮したフルオロケトンは、回収し−必要に応じて濾過し−絶縁媒体の循環に再導入することができる。さらに、装置２は、予備体積の液体フルオロケトン、特にフルオロケトンａ）（もしくはＣ５−ケトン）および／またはフルオロケトンｃ）（もしくはＣ６−ケトン）、ならびに／あるいは絶対充填圧力を装置２の所与の圧力限界未満に維持するように所望の絶縁媒体の最大許容動作温度を制限するための手段を有することができる。
【０１３１】
図３および図４に示す開閉装置２の文脈において、公称電流負荷は一般的に、電流を運ぶ導体のオーム加熱により、フルオロケトン、特にフルオロケトンａ）（もしくはＣ５−ケトン）および／またはフルオロケトンｃ）（もしくはＣ６−ケトン）の気化を促進することに留意する。従って、温度制御ユニットの使用は、通常は、（公称電流を運ぶ）装備品または装置が、例えば、極めて低い周囲温度でフルオロケトン（複数可）の所望の分圧のために必要とされる温度を提供しない場合に必要とされるに過ぎない。
【０１３２】
上に示す態様によると、本出願中の「誘電性絶縁媒体」という用語は、誘電性絶縁媒体の気相およびおそらく液相を包含すると広く理解すべきである。しかしながら、好ましくは、誘電性絶縁媒体、すなわち、誘電性絶縁媒体の全成分は、全ての動作条件下で、特に電気装置の全ての動作温度下で、完全かつ排他的に気体状態で存在すべきである。さらに、この用語は、例えば、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）もしくはガス絶縁送電線（ＧＩＴＬ）において顕著な誘電性絶縁能力または誘電強度を有する、ならびに／あるいは電弧、例えば、ＧＩＳもしくはＧＩＴＬのアーク故障または任意の種類の開閉器、断路器、回路遮断器などのスイッチングアークを消す高い性能を有する媒体を包含すべきである。
【０１３３】
種々の誘電試験を行ったところ、本発明による誘電性絶縁媒体の例外的に高く、非線形的に増加する誘電強度が証明された。特に、正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンおよび正確に６個の炭素原子を含むフルオロケトンおよび空気、特にＣ５−フルオロケトン、Ｃ６−フルオロケトンおよび技術的空気の混合物（ここでは簡潔にＦＣＫ−空気混合物と呼ぶ）を含む誘電性媒体を、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）の従来の断路器で行う誘電試験に用いた。
【０１３４】
図５は、再度ハウジング４、上記ガス混合物ＦＣＫ−空気で充填された絶縁空間６を封止しているハウジング壁４’、および活性部品８を有する、開閉装置２、ここでは代表的に、複合型断路器および接地開閉器２２の態様を示している。ガスセンサ２４も存在していてよい。断路器２２を第１のステップで排気し；第２のステップでＣ６−フルオロケトンを最大約１００ｍｂａｒの圧力まで断路器２２中に充填し；第３のステップでＣ５−フルオロケトンを最大約４６０ｍｂａｒの全圧、すなわち、３６０ｍｂａｒのＣ５−フルオロケトンの分圧まで断路器２２中にさらに充填し；第４のステップで技術的空気を最大７バールの全絶対圧力まで充填した。この混合物をここでは簡潔にＦＣＫ−空気と呼ぶ。好ましくは、ガスセンサ２４、例えば、ガス密度センサ２４またはガス圧力センサ２４が存在し、誘電性絶縁媒体中の充填圧力および／またはガス分圧を制御することを可能にする。少なくとも第２および第３の充填ステップの順序は原則として交換することができる。
【０１３５】
断路器２２は、２０℃で４．５バールの絶対ＳＦ6充填圧力で、ＩＥＣ標準規格６２２７１−２０３および６２２７１−１に従って、３００ｋＶ定格電圧、１０５０ｋＶ雷インパルス電圧および４６０ｋＶ商用周波耐電圧用に設計された規格部品（ＥＬＫ−ＴＫ１４）である。
【０１３６】
上記７バールのＦＣＫ−空気混合物を充填したこの断路器２２を用いて行った誘電試験は、３００ｋＶ定格電圧用のＩＥＣ標準規格に従った誘電試験に耐えることを証明した。全誘電試験は、試験条件および試験手順をさらに調節するＩＥＣ６００６０−１（高電圧試験技術）にも従って行った。
【０１３７】
７バールのＦＣＫ−空気を含む断路器２２は、フラッシュオーバなしで、４６０ｋＶ  ｒｍｓの相からアースへの短時間商用周波耐電圧試験、断路距離、すなわち、断路器２２の開接点にわたる５９５ｋＶ  ｒｍｓの短時間商用周波耐電圧試験、および１０５０ｋＶのピーク電圧の雷インパルス耐電圧試験に首尾よく合格した。これは、正確に５個の炭素原子を有するフルオロケトンを含むＦＣＫ−空気混合物が不均一な電界配置、例えば、断路器２２（ＥＬＫ−ＴＫ１４）中に存在する電界分布でも例外的に高い誘電強度または誘電耐電圧を示すことをさらに証明している。
【０１３８】
図６は、７バールの上記混合物ＦＣＫ−空気（菱形）を充填した断路器２２で行ったＩＥＣ６２２７１−１０２に従った母線転送電流切替試験におけるアーク放電時間（任意単位）を示している。ＩＥＣ６２２７１−１０２に従った標準的試験条件を適用した、特に、２０Ｖ母線転送電圧での１６００Ａ母線転送電流を適用した。４．５バール絶対圧力の従来のＳＦ6誘電性絶縁ガスによる試験結果を比較のために示す（三角形）。より優れた目視比較のために、１０個の測定点の平均をとり、ＦＣＫ−空気については実線として、およびＳＦ6については破線として示した。図６は、新規な誘電性絶縁媒体ＦＣＫ−空気が従来用いられているＳＦ6と少なくとも同じ母線転送電流切替性能を有することを証明している。さらに、図６は、７バール絶対圧力のＦＣＫ−空気を含む新規な誘電性絶縁媒体が優れた消弧能力を有することを証明しており、特にここでは母線転送電流切替の文脈で、これは４．５バール絶対圧力のＳＦ6のものに匹敵するまたはさらにはそれよりも優れている。
【０１３９】
１００回の母線転送電流切替操作を行った後、ＩＥＣ６２２７１−２０３に従った誘電状態チェックを行うことにより、誘電性絶縁能力を確認した。
【０１４０】
図７ａ、図７ｂは、代表的な絶縁媒体、ここでは３６０ｍｂａｒ分圧のＣ５−フルオロケトンと１００ｍｂａｒ分圧のＣ６−フルオロケトンと約４．０バールの技術的空気を充填した（菱形）；および比較のために従来の絶縁媒体、ここでは４．５バール絶対圧力のＳＦ6を充填した（三角形）母線の部分における温度上昇試験の結果を示している。温度上昇試験は、約２０℃周囲温度で行った。試験は、ＩＥＣ６２２７１−２０３およびＩＥＣ６２２７１−１に従って行った。
【０１４１】
図７ａ、図７ｂは、活性部品（上図７ａ）および収納装置（下図７ｂ）の周囲温度を超える温度上昇を熱電素子の位置の関数として示している。図７ａ、図７ｂは、ＦＣＫ−空気混合物の熱的性能または伝熱能力が、従来のＳＦ6の伝熱能力に匹敵することを証明している。より高い公称絶対圧力、例えば、７バール全絶対圧力のＦＣＫ−空気混合物については、さらに高い伝熱能力が予想され得る。
【０１４２】
代表的な態様では、誘電性絶縁媒体は、少なくとも絶縁空間６中でバルク液体とは異なる形態、例えば、液滴、エアロゾル、霧またはスプレーの形態の液相の正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンを絶縁空間６中に含むべきである。このような態様は、例えば、流体管理系１０ａ、１０ｂを有する電気装置２の絶縁空間６の外側でバルク液体形態である正確に５個の炭素原子を含むフルオロケトンを有する誘電性絶縁媒体を含んでもよい。
【０１４３】
代表的な態様では、誘電性絶縁媒体として以外の目的のための正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトンは、本出願の主題から、特に任意の独立請求項および／または任意の従属請求項あるいは請求項の組合せで特許請求されている主題から、特に請求されている誘電性絶縁媒体、誘電性絶縁媒体の請求されている使用から、および誘電性絶縁媒体を含む請求されている装置から除くべきである。例えば、これは、本出願の主題から、特に任意の請求項または請求項の組合せから除くべきである：
−  特に、溶融した反応性金属が酸素または空気と反応するのを防ぐために、前記溶融した反応性金属を処理する方法のための正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  特に蒸気反応器または電子システムを洗浄するための洗浄剤としての正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  消火媒体としてのまたは消火システムに用いるための正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  特に電子システムの冷却用の液体形態の冷却剤としての正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  特に小さな発電所でのランキン（Rankine）プロセスのための正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  潤滑剤としての正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  液体としての：例えば、電気装置もしくは変圧器中の液体としての、液体冷却剤としての、電気装置の液体冷却剤としての、変圧器の液体冷却剤としての、および／または油圧システムもしくは液体結合機械的駆動装置用の液体としての正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  クロロジフルオロメチルペルフルオロイソプロピルケトンおよびジフルオロメチルペルフルオロイソプロピルケトンからなる群から選択される正確に５個の炭素原子を含む任意のフルオロケトン；および／または
−  フルオロケトンａ）に加えて、β−クロロペルフルオロエチルペルフルオロイソプロピルケトン、ジフルオロメチルペルフルオロ−ｔ−ブチルケトンおよびドデカフルオロ−２−メチル−ペンタン−３−オンからなる群から選択されるフルオロケトンを含む任意の誘電性絶縁媒体。
【０１４４】
代表的な態様では、特に任意の独立請求項および／または任意の従属請求項あるいは請求項の組合せで特許請求されている、本発明の誘電性絶縁媒体またはその使用または本発明の電気装置は、変圧器用の誘電性絶縁媒体であるべきではない、または変圧器であるべきではない、例えば、配電変圧器であるべきではなく、電力変圧器であるべきではなく、他の例では、ガス変圧器であるべきではなく、液体変圧器であるべきではなく、乾式変圧器であるべきではなく、および／またはガス変圧器、液体変圧器および乾式変圧器の任意の組合せであるべきではない。
【０１４５】
さらなる代表的な態様では、特に任意の独立請求項および／または任意の従属請求項あるいは請求項の組合せで特許請求されている、本発明の誘電性絶縁媒体は、ヒートパイプ用の作動媒体であるべきではなく、特に変圧器中のヒートパイプ用の作動媒体であるべきではない。
【０１４６】
１つの特定の態様では、特に任意の独立請求項および／または任意の従属請求項あるいは請求項の組合せで特許請求されている、本発明による誘電性絶縁媒体は、正確に６個の炭素原子を含むフルオロケトンを含まない、特に、３Ｍ製の商品名Ｎｏｖｅｃ  １２３０のドデカフルオロ−２−メチルペンタン−３−オン（ＣＦ3ＣＦ2Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ3）2）を含まない。このような態様は、正確に５個の炭素原子のみを有するフルオロケトンのより低い沸点という利点から利益を得ることができる。図８は、フルオロケトン、特にフルオロケトンａ）および／またはフルオロケトンｃ）に含まれる炭素原子の数の関数としての毒性（左手側）（任意単位）および沸点もしくは沸点温度Ｔp（右手側）の概略図を示している。最大許容毒性レベルを水平の太い破線で示し、沸点の最大許容レベルを水平の細い破線で示す。一般に、毒性は炭素原子の数の増加と共に減少し、結果として５個以上の炭素原子を有するフルオロケトンは十分に非毒性であるために許容される。さらに一般に、沸点は炭素原子の数の増加と共に増加し、結果として７個以下の炭素原子を有するフルオロケトンは典型的な技術的用途で有用となる一方で、８個以上の炭素原子を有するフルオロケトンはあまりに高すぎる沸点のためにあまり有用でないまたは有用ではないと考えられる。そのため、非毒性および低沸点を考慮して、５〜７個の炭素原子を有するフルオロケトンが好ましい。
【０１４７】
図９は、電子エネルギー（例えば、ｅＶで測定）の関数としての、キャリアガス、特に誘電性絶縁ガス成分ｂ）の電子散乱ならびにフルオロケトン、特にフルオロケトンａ）および／またはフルオロケトンｃ）のイオン化についての断面積（例えば、ｍ2で測定）の概略図を示している。
【０１４８】
理論に拘束されるものではないが、本発明による非線形的に増加した誘電強度の考えられる機構は、誘電性ガス成分ｂ）（キャリアガスであるもしくはこれを含む）が誘電絶縁破壊に由来する電子を減速させるのに役立ち、フルオロケトンａ）およびおそらくフルオロケトンｃ）がこのような減速した電子を捕捉するのに役立ち、従って、フルオロケトンａ）、およびおそらくフルオロケトンｃ）、およびキャリアガスｂ）を含むガス混合物の過剰に高い誘電強度が確立されるというものであり得る。従って、本発明による誘電性絶縁ガス成分ｂ）は、特に、電子を減速させることができるガスを包含すべきである。このような機構は、好ましくは、キャリアガスが、フルオロケトン、特にフルオロケトンａ）および／またはｃ）のイオン化閾値未満のエネルギーで高い非弾性電子散乱断面積を有する場合に起こり得る。このような状況を図９に代表的に示しており、ここではキャリアガスの電子散乱断面積のピークはエネルギー的にイオン化閾値未満にあり、この閾値はフルオロケトンのイオン化断面積特性の実質的な上昇の低いエネルギー端を示している。
【０１４９】
明確さのために、キャリアガスまたはバルクガスは、誘電性絶縁ガス成分ｂ）に等しくてもよく、または誘電性絶縁ガス成分ｂ）の誘電性絶縁ガス成分要素の１つｂ２）であってもよい。
【０１５０】
態様では、装置２は、フルオロケトン、特に少なくとも１種のフルオロケトンａ）および任意のさらなるフルオロケトンｃ）が、フルオロケトンの凝縮温度が＋５℃未満、好ましくは−５℃未満、より好ましくは−２０℃未満、さらにより好ましくは−３０℃未満、最も好ましくは−４０℃未満となるような量で存在する誘電性絶縁媒体を有する。
【０１５１】
さらなる態様では、装置２は、ガス状成分の混合物の凝縮温度が＋５℃未満、好ましくは−５℃未満、より好ましくは−２０℃未満、さらにより好ましくは−３０℃未満、最も好ましくは−４０℃未満となるようなモル体積または体積濃度または数密度またはモル分率ｍaまたは分圧ｐaのガス状成分を含む誘電性絶縁媒体を有する。
【０１５２】
明確さのために、沸点または沸点温度は、温度の関数としての絶縁媒体の成分の蒸気圧曲線に関し、特に、大気圧、すなわち、約１バールでの沸点（温度）に関する。これは、成分それ自体の特性であり、特に大気周囲圧力条件下でのその気化および液化挙動を説明するものである。
【０１５３】
対照的に、凝縮温度は、誘電性絶縁媒体を受け入れるための体積を提供する特定の装置、特定の誘電性絶縁媒体によるその充填、特に所与の温度、例えば、動作温度もしくは最小定格動作温度での誘電性絶縁媒体の成分（複数可）の種類および量に関し、誘電性絶縁媒体の対応する全圧およびその成分の分圧に関する。このような特定の装置環境は、表面粗さ、電界不均一性および誘電耐能力もしくは誘電強度に関連する他の因子を含んでいてもよい。特定の選択した誘電性絶縁媒体で充填したこのような特定の装置では、凝縮温度は、誘電性絶縁媒体のガス状部分または相、特に誘電性絶縁媒体の気相中の成分の群が装置の内側表面に座り込み、その上に液体の「海」を形成する液滴に凝縮し始める温度を定義する。このような凝縮は、純粋な形態の誘電性絶縁媒体の成分の沸点が例えば数１０Ｋまたは約５０Ｋさえ異なり得るような場合でさえ、誘電性絶縁媒体の成分の、凝縮温度と簡潔に呼ばれる共通の凝縮温度で起こり得る。異なる沸点および共通の凝縮温度の結果として、気相および液相の成分のモル分率は凝縮が始まる際に異なっていてもよい。
【０１５４】
そのため、「凝縮温度」という用語は、誘電性絶縁媒体による特定の充填を有し、特定の動作条件下での特定の装置を説明する複合的パラメータである。
【０１５５】
換言すれば、凝縮温度は、検討中の誘電性絶縁ガス成分（複数可）の性質および数密度もしくはモル体積（ｍ3／ｍｏｌ）もしくは体積濃度によってのみ決定される。数密度またはモル体積またはモル分率は、所与の温度で装置中に存在する分圧（例えば、ｐa）に対応する。従って、「誘電性ガス成分（複数可）の種類」および「数密度もしくはモル体積もしくは分圧」というパラメータは、ガスまたはガス成分の群が凝縮する温度が何度かを決定する。
【０１５６】
態様では、誘電性絶縁媒体の選択、特にその種類および成分の量の選択により、ならびに圧力、すなわち、成分の分圧および全圧の選択により、おそらくキャリアガスまたはバルクガスの追加の充填により、ならびに動作条件、例えば温度の選択により、凝縮を回避することを意図している。凝縮の回避は、凝縮温度が装置の最小動作温度または最小定格動作温度Ｔmin未満、例えば、上記のように＋５℃、または−５℃、または−２０℃、または−３０℃、または−４０℃未満であるべきであるという事実により表されている。
【０１５７】
図１０は、本発明による代表的な誘電性絶縁媒体により達成される非線形的または相乗作用因子ｓを示している。相乗作用因子ｓを、第１の混合物Ｃ５−フルオロケトンと空気（菱形）、第２の混合物Ｃ６−フルオロケトンと空気（正方形）、および第３の混合物Ｃ５−フルオロケトンとＣ６−フルオロケトンと空気（三角形）について、全圧ｐabsの関数として示しており、フルオロケトンの分圧ｐaは一定に保たれている。
【０１５８】
Ｃ５−フルオロケトンを含む混合物（第１および第３の混合物）について、相乗作用因子ｓは、最大約２バールの全圧まで全圧の増加と共に増加し、その後、少なくとも最大３バールの全圧まで約ｓ＝１．２３である程度一定のままである。
【０１５９】
対照的に、第２の混合物は、広範囲の全圧にわたって約１．３の比較的高い相乗作用因子を有する。一般に、相乗作用因子ｓは、フルオロケトンの空気に対する比が高い場合には比較的低く、フルオロケトン（複数可）の誘電性ガス成分ｂ）、ここでは空気のモル分率ｍaまたは分圧ｐaに対する比の減少と共に増加する。
【０１６０】
おそらく誘電強度のいかなる非線形的増加も生み出さず、そのため、１の相乗作用因子を有するガス成分ｂ）が存在することに留意されたい。
【０１６１】
図１１ａは、測定した純粋な二酸化炭素ガスＣＯ2について（点）、線形的に計算した二酸化炭素ガスＣＯ2とフルオロケトンとの混合物について（正方形）（すなわち、相乗作用因子＝１と仮定）、および測定したＣＯ2＋ＦＫのこのような混合物について（菱形）の絶対圧力ｐ（バール）の関数としての絶縁破壊電圧Ｕ５０（ｋＶ）を示している。絶縁破壊電圧Ｕ５０は、正極性の、例えば１．２μｓ上昇および５０μｓ降下の典型的な雷インパルスを、均一な電極配置を有する主要な試験デバイス中で印加する場合の５０％の絶縁破壊確率として定義される。実験では、フルオロケトンＦＫの分圧を一定に保ち、代表的に０．１バールのＣ６−フルオロケトンおよび０．３６バールのＣ５−フルオロケトンとなるよう選択した。その後、ＣＯ2含量をｘ軸上に示す全圧ｐまで充填した。直線補外線を引いて、より低い絶対圧力ｐについての傾向線を示した。
【０１６２】
二酸化炭素との混合物のＣ５−フルオロケトンおよびＣ６−フルオロケトンを含む誘電性絶縁媒体により達成される非線形的効果が図１１ａではっきりと見える。７バールでは、測定した絶縁破壊電界強度または絶縁破壊電圧Ｕ５０それぞれを約ｓ＝１．２の線形的に計算した値で割ることにより得られる相乗作用因子が達成される。
【０１６３】
図１１ｂはまた、Ｃ６−フルオロケトンと二酸化炭素ＣＯ2の誘電性絶縁ガス混合物についての本発明により達成される相乗的または非線形的効果の存在を示している。図１１ｂは、異なる測定装置において雷インパルスで測定した絶縁破壊電圧Ｕ５０（ｋＶ）をＣ６−フルオロケトンの分圧ｐC6の関数として示しており、全圧ｐabsは１バールで一定に保たれている。ここでも、単一成分Ｃ６およびＣＯ2の誘電強度の線形的に計算した和（正方形）を超える混合物の測定した誘電強度の強力な非線形的増加（菱形）が証明されている。約ｓ＝１．３５の強力な相乗作用因子は、広範囲のＣ６−フルオロケトンの分圧ｐaまたは同等にモル比ｍaにわたって見られる。
【０１６４】
図１２は、Ｃ５−フルオロケトンと空気とのガス混合物の誘電強度の非線形的増加をさらに説明している。ここでは、所与の測定装置における絶縁破壊電圧Ｕ５０に対応する絶縁破壊電界強度Ｅｂｄを、Ｃ５−フルオロケトンの分圧ｐc5の空気の分圧ｐ空気に対する複数の比ｒ1〜ｒ5、すなわち、ｒi＝（ｐC5／ｐ空気）i（ｉ＝測定の数）についての凝縮温度Ｔcondの関数として決定する。これら２種のガス成分は、所与の幾何学についてほぼ分圧比ｒの関数である相乗作用因子ｓ＝Ｅｂｄ（測定）／Ｅｂｄ（線形的計算）による相乗作用効果を示す。これらの測定は、３６０ｍｂａｒのＣ５−フルオロケトンの充填で始め、これに各新たな測定について連続的に空気を補完することにより行った。これにより、相乗作用因子を測定した異なるｐC5／ｐ空気比について示す測定値が得られた。温度Ｔの関数としてのＥｂｄを、異なる測定ｉ＝１、．．．、５により与えられる固定比ｒi＝（ｐC5／ｐ空気）iについて、式Ｅｂｄ＝［ｐC5＊Ｅcrit,C5＋ｐ空気＊Ｅcrit,空気］＊ｓ（ｐC5／ｐ空気）を用いることにより異なる凝縮温度について計算した。本明細書においては、ｐC5＝温度ＴでのＣ５−フルオロケトンの蒸気圧、ｐ空気＝空気の分圧、およびｓ＝ｓ（ｒi）＝ｓ（（ｐC5／ｐ空気）i）＝混合比ｒi＝（ｐC5／ｐ空気）iについての相乗作用因子ｓ。
【０１６５】
Ｅｂｄ（線形的計算）またはＥｂｄlin.calc.は、以下の式により表すことができる：
Ｅｂｄlin.calc.＝ｐa・Ｅcrit,a＋ｐb・Ｅcrit,b
（式中、
ｐaはフルオロケトンａ）の分圧であり、
ｐbは誘電性絶縁ガス成分ｂ）の分圧であり、
Ｅcrit,aはフルオロケトンａ）の減圧絶縁破壊電界強度であり、
Ｅcrit,bは誘電性絶縁ガス成分ｂ）の減圧絶縁破壊電界強度である）。
【０１６６】
具体的な例として、Ｃ５−フルオロケトンのＥcrit,aは１８０ｋＶ／（ｃｍ＊バール）であり、空気のＥcrit,bは３０ｋＶ／（ｃｍ＊バール）である。
【０１６７】
所与のガス混合物の凝縮温度は、高沸点成分、ここではＣ５−フルオロケトンの蒸気圧に依存する。従って、−５℃の電気装置の最小動作温度については、高沸点成分の分圧は、−５℃のその蒸気圧以下になければならない。
【０１６８】
換言すれば、ｙ軸上の凝縮温度Ｔcondは、フルオロケトン、ここではＣ５−フルオロケトンの分圧ｐaまたはモル分率ｍaに対応し、この対応は、フルオロケトン、ここではＣ５−フルオロケトンの蒸気圧曲線を介して確立される。このような凝縮温度Ｔcondはまた、液化を回避すべきである場合、上で論じたように、電気装置の最小動作温度に対応していてもよい。一般に、本出願の全体にわたって、表示ｐa＝フルオロケトン、例えば、フルオロケトンａ）および／またはフルオロケトンｃ）の分圧とｍa＝フルオロケトン、例えば、フルオロケトンａ）および／またはフルオロケトンｃ）のモル分率、ならびにｐb＝誘電性ガス成分ｂ）（ここでは空気）の分圧と）、ｍb＝誘電性ガス成分ｂ）（ここでは空気）のモル分率も適用可能であることに留意されたい。
【０１６９】
図１２において、小さい菱形は混合物の誘電強度の測定値を示し、線はＣ５−フルオロケトンの蒸気圧曲線を用いて計算した傾向線を示している。下の実線は、ｒ1＝（ｐC5／ｐ空気）1＝０．８についてのいかなる非線形的増加も示さず、そのため相乗作用因子ｓ＝１を有する混合物を示している。比ｒ＝ｐC5／ｐ空気を減少させると、例えば、ここではＣ５−フルオロケトンの量を一定に保ちながら空気の量を増加させると、相乗作用因子は、比０．０４＜ｒ＜０．８の範囲にわたってｓ＝１より大きくなり始め、比０．１＜ｒ＜０．３の範囲で最大の約ｓ＝１．２３に到達し、その後再び下がる。具体的に、１を超える相乗作用因子は、図１２に示す例において、０．０４：１、０．１４：１、０．２２：１および０．５６：１の分圧比ｐa対ｐbについて得られる。特に、比ｒは、０．０１＜ｒ＜０．８、好ましくは０．０２＜ｒ＜０．７、より好ましくは０．０４＜ｒ＜０．６の範囲で選択することができる。
【０１７０】
要約すると、高または超低割合のＣ５−フルオロケトンは、低い相乗作用因子（１に近い）をもたらす。中間のまたは高より低い割合のＣ５−フルオロケトンは、１より有意に高い相乗作用因子ｓをもたらす。結果として、１を超える相乗作用因子ｓとして表される相乗作用の存在により、相乗作用が存在しない場合よりも高い絶縁破壊電界強度Ｅｂｄおよび／または低い温度に至るまで電気装置の動作が可能になる。同様に、１を超える相乗作用因子が存在する場合、フルオロケトンおよび／または誘電性ガス成分ｂ）の量を減少させてもよい。
【０１７１】
本願の全体にわたって、以下の点が適用されるべきである：
フルオロケトンとは異なる上記ガス成分ｂ）もしくはガス成分要素ｂ１）、ｂ２）、．．．ｂｎ）に含まれていてもまたはこれであってもよい、キャリアガスまたはバルクガスまたはバッファガスという用語は、誘電強度に寄与するが、典型的には誘電的により活性またはより強力なフルオロケトン（複数可）よりも弱い誘電強度を有する誘電性絶縁媒体のガス状部分を示すべきである。このようなキャリアガス、例えば、空気、窒素または二酸化炭素は、典型的にはフルオロケトン（複数可）の凝縮温度Ｔcondよりもずっと低い凝縮温度を有する。
【０１７２】
誘電性絶縁媒体の構成要素または成分、例えば種々の種類のフルオロケトンおよびキャリアガスは、任意の組合せで可能であることまたは存在することがこれにより明示的に開示され、対での組合せ、３つ組での組合せ、４つ組での組合せなどであってもよい。そのため、全てのこのような組合せの任意のリストアップがこれにより本開示の一部にされる。
【０１７３】
「好ましい」、「好まれる」、「より好ましい」、「特に」という用語は、「代表的な」を意味するに過ぎず、そのため、態様または例のみを示すべきである、すなわち、任意のものとして理解すべきである。
【０１７４】
参照符号のリスト
２…開閉装置、４…ハウジング、４’…ハウジングの壁、６…絶縁空間、８…電気活性部品、１０ａ…温度制御ユニット、１０ｂ…流体処理ユニット、１４…エアロゾル、１６…ノズル、１８…開口部、２０…チャネル、２２…断路器、２４、ガスセンサ、ガス圧力センサ、ガス密度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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