(57)【要約】  本発明は中または高電圧機器に関し、これは、電気コンポーネントと電気絶縁および／または前記の筐体内で起こり得るアークの消弧を保証するためのガス混合物とを含有する封止筐体を包含し、ガス混合物はヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンを包含する。本発明の電気機器の封止筐体は、さまざまな厚さを有する固体誘電層によってカバーされた電気コンポーネントを含有し得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止筐体を含む中または高電圧機器であって、
その中には、電気コンポーネントと電気絶縁を保証するためおよび／または前記の筐体内で起こり得るアークを消弧するためのガス混合物とがあり、
ガス混合物がヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含む、
中または高電圧機器。
【請求項２】
前記のガス混合物がさらに希釈ガスを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記の希釈ガスが二酸化炭素、窒素、酸素、空気、およびその混合物から選択される、
ことを特徴とする請求項２に記載の機器。
【請求項４】
ヘプタフルオロイソブチロニトリルが、前記の機器の最低利用温度においてヘプタフルオロイソブチロニトリルによって示される飽和蒸気圧の関数として選択される分圧で、前記の機器内に存在する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の機器。
【請求項５】
ヘプタフルオロイソブチロニトリルが、機器の最低利用温度においてヘプタフルオロイソブチロニトリルによって示される飽和蒸気圧に、前記の機器の充填温度において、対応する圧力の９５％および１００％の間の分圧で、前記の機器内に存在する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の機器。
【請求項６】
前記の機器の前記の最低利用温度が０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、−４０℃、−４５℃、および−５０℃から選択され、特に０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、および−４０℃から選択される、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の機器。
【請求項７】
前記のガス混合物が、
ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮの１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％と、
ＣＦ４の１ｍｏｌ％〜４０ｍｏｌ％と、
希釈ガス（特にＣＯ２）の４０ｍｏｌ％〜９８ｍｏｌ％と、
からなる三成分混合物である、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の機器。
【請求項８】
さまざまな厚さの固体誘電層によってカバーされる電気コンポーネントが前記の封止筐体内にある、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の機器。
【請求項９】
前記の固体誘電層の厚さが、最大電界Ｅｍａｘによって除算された平均電界（Ｕ／ｄ）の比として定義される電界利用率η（η＝Ｕ／（Ｅｍａｘ＊ｄ））の関数であり、
前記の固体誘電層が厚い層であり、０．２および０．４の間の利用率について、１ｍｍを上回りかつ１０ｍｍを下回る厚さを示す、
ことを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記の厚い固体誘電層を作るために選択される材料（単数または複数）が、６を下回るかそれに等しい、特に４を下回るかそれに等しい、特に３を下回るかそれに等しい比誘電率を示す、
ことを特徴とする請求項９に記載の機器。
【請求項１１】
前記の固体誘電層の厚さが、最大電界Ｅｍａｘによって除算された平均電界（Ｕ／ｄ）の比として定義される電界利用率η（η＝Ｕ／（Ｅｍａｘ＊ｄ））の関数であり、
前記の固体誘電層が薄い層であり、０．５を上回る、特に０．６を上回る利用率について、１ｍｍを下回る、有利には５００μｍを下回る、特に６０μｍおよび１００μｍの間の厚さを示す、
ことを特徴とする請求項８に記載の機器。
【請求項１２】
前記の薄い固体誘電層を作るために選択される材料（単数または複数）が、２および４の間、特に２．５および３．５の間の比誘電率を示す、
ことを特徴とする請求項１１に記載の機器。
【請求項１３】
前記の機器が、ガス絶縁変圧器、電気を送電もしくは分配するためのガス絶縁線路、ネットワーク内の他の機器への接続のための素子、または接続器／断路器である、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の機器。
【請求項１４】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の、場合によってはさまざまな厚さの固体絶縁層によってカバーされた電気コンポーネントを有する、中または高電圧機器における電気絶縁のためおよび／またはアーク消弧のためのガスとしての、請求項１〜７のいずれか一項に記載のヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含むガス混合物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中または高電圧機器における電気絶縁およびアーク消弧の分野に関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、中または高電圧機器における電気絶縁のためおよび／またはアーク消弧のためのガスとしてヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含むガス混合物の使用に関する。
【０００３】
より具体的には、本発明は、中または高電圧機器における電気絶縁のためおよび／またはアーク消弧のためのガスとしてヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含むガス媒体に基づく、低い環境影響を有する絶縁の使用に関する。
【０００４】
かかるガス混合物に基づくこの絶縁は、固体絶縁なしのシステムの破壊電界を上回る電界にさらされる導電性部品上に肉薄または肉厚の層として適用される低い比誘電率の固体絶縁と、任意に組み合わせられ得る。絶縁層の厚さは、最大電界Ｅｍａｘによって除算された平均電界（Ｕ／ｄ）の比（η＝Ｕ／（Ｅｍａｘ＊ｄ））として定義される電界利用率ηの関数であるので、層は０．３に近い利用率では厚く、０．９に近い利用率では薄い。
【０００５】
これは、中または高電圧機器にもまた関し、その中では、アーク消弧が、ヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含むガス媒体によって保証され、電気絶縁が、固体絶縁なしのシステムの破壊電界を上回る電界にさらされる導電性部品上に肉薄または肉厚の層として適用される低い比誘電率の固体絶縁と組み合わせた同じガスによって保証される。この機器は特に、電気の変圧器、例えば電力用もしくは計測用変圧器、電気を送電もしくは分配するためのガス絶縁送電線路（ＧＩＬ）、バスバーのセット、またはさらには電気の接続器／断路器（開閉装置ともまた呼ばれる）、例えば遮断器、スイッチ、スイッチをヒューズと組み合わせたユニット、断路器、接地スイッチ、またはコンタクタであり得る。
【背景技術】
【０００６】
中または高電圧サブステーション機器において、電気絶縁、および必要に応じてアーク消弧は、典型的には、前記の機器の内部に封じ込められたガスによって保証される。
【０００７】
現在、六フッ化硫黄（ＳＦ６）は機器のこの型において最も頻繁に用いられるガスである。このガスは相対的に高い誘電強度、良好な熱伝導率、および低い誘電損失を示す。これは化学的に不活性であり、人間および動物にとって非毒性であり、アークによって解離した後に、速やかにかつほぼ完全に再結合する。加えて、これは不燃性であり、その価格はなお控え目である。
【０００８】
しかしながら、ＳＦ６は、非特許文献１によれば（１００年についてＣＯ２と相対的に）２３５００という地球温暖化係数（ＧＷＰ）と３２００年という大気中滞留時間とを示す重大な不都合を有し、これは、それを強い温室効果のガスの中に位置づけている。それゆえ、ＳＦ６は非特許文献２においてその排出が限定される必要があるガスのリストに包含されている。
【０００９】
ＳＦ６排出を限定するための最良のやり方は前記のガスの使用を限定することにあり、これは製造者らにＳＦ６の代替を探索させた。
【００１０】
しかしながら、環境に負の影響を有さない空気または窒素などの「単純な」ガスは、ＳＦ６のものよりも大いに低い誘電強度を示す。そのため、サブステーション機器における電気絶縁および／またはアーク消弧への前記の「単純な」ガスの使用は、前記の機器の体積および／または充填圧力を抜本的に増大させることを要求するであろう。これは、コンパクトで、作業員にとって安全で、ますます空間を節約する機器を開発しようとする過去数十年に渡ってなされて来た努力に逆行する。
【００１１】
環境に及ぼすＳＦ６の影響を限定するために、ＳＦ６と窒素との混合物が用いられている。体積で１０％から２０％のＳＦ６の追加は、窒素の誘電強度をかなり改善することを可能にする。それにもかかわらず、ＳＦ６の高いＧＷＰの結果として、これらの混合物のＧＷＰは非常に高く留まる。それゆえ、かかる混合物は低い環境影響を有するガスであると見なされるべきではない。
【００１２】
特許文献１に記載され、約６０から９９．５モルパーセントのＳＦ６と飽和フルオロカーボンの約０．５から４０モルパーセントとを含み、特にＣ２Ｆ５ＣＮ、ＣＢｒＣｌＦ２、およびｃ−Ｃ４Ｆ８から選択される混合物についても同じである。
【００１３】
ペルフルオロカーボン（ＣｎＦ２ｎ＋２およびｃ−Ｃ４Ｆ８）は有利な誘電強度特性を一般的に示すが、典型的には５０００から１０，０００に至る範囲のＧＷＰを有する（ＣＦ４については６５００、Ｃ３Ｆ８およびＣ４Ｆ１０については７０００、ｃ−Ｃ４Ｆ８については８７００、Ｃ２Ｆ６については９２００）。
【００１４】
ＣＦ４が、非常に低い温度における適用のためのＳＦ６との混合物として既に用いられているということは留意されるべきである。実際に、ＣＦ４はＳＦ６のものに近いアーク消弧特性を示し、低い温度においてそれほど敏感ではないが、その誘電強度はＳＦ６のものほど良好ではない。それゆえに、それらのＳＦ６−ＣＦ４混合物を用いるときには、混合物の総合的な性能はＣＦ４によるその誘電特性の低減のため限定される。
【００１５】
特許文献２は、Ｃ２Ｆ５ＣＮと比較して、大きな絶縁特性と人間および動物にとっての控え目な毒性とをもまた示す電気装置のための絶縁ガス混合物を提供することを目指している。それゆえに、提案されるガス混合物はＣ２Ｆ５ＣＮと亜硝酸アルキル（より具体的には、亜硝酸メチル、亜硝酸エチル、亜硝酸プロピル、亜硝酸ブチル、および亜硝酸アミルからなる群から選択される）とを含む。加えて、かかる混合物はＳＦ６を包含し得る。しかしながら、混合物の絶縁特性に関しては情報がほとんど提供されていない。
【００１６】
特許文献３は、中または高電圧機器における電気絶縁およびアーク消弧の分野への使用のための数々の他の誘電ガスを記載している。
【００１７】
トリフルオロヨードメタン（ＣＦ３Ｉ）などの、ＧＷＰおよび電気的特徴の観点から有望である他の代替が存在する。ＣＦ３Ｉは、５を下回るＧＷＰおよび０．００５年という大気中滞留時間に対して、ＳＦ６のものを上回る誘電強度を示し、これは一様な電界および非一様な電界両方に当てはまる。残念ながら、ＣＦ３Ｉは高価であるという事実に加えて、３から４パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）のオーダーの平均職業暴露限界（ＯＥＬ）を有し、発癌性、変異原性、および生殖毒性（ＣＭＲ）カテゴリー３物質に分類され、これは産業スケールでの使用にとっては受け入れられない。
【００１８】
特許文献４は、低い環境影響を有する電気絶縁および／またはアーク消弧手段として、空気との混合物としての１つの（またはより多くの）フルオロケトン（単数または複数）の使用を記載している。提案されている流体の高い沸点（すなわちフルオロケトンＣ６の４９℃およびフルオロケトンＣ５の２３℃）のため、それらの流体は中および高電圧機器の通常の最低圧力および運転温度においては液状で見いだされ、それゆえに、機器の温度をフルオロケトンの液化温度よりも上に維持するために、発明者が機器の外部に液相の気化または加熱のシステムを追加することを余儀なくさせる。この外部気化システム、特に加熱システムは、機器の設計を複雑にし、その電源が停止した場合のその信頼性を低減し、機器の寿命に際して１００メガワット時間（ＭＷｈ）に達し得る追加の電気消費を生じさせ、これは、機器の環境影響を低減する（特に、炭素排出を低減する）という目標に逆行する。低い温度における信頼性の観点からは、電源が低い温度において停止した場合に、フルオロケトン（単数または複数）のガス相は液化し、それによってガス混合物中のフルオロケトン（単数または複数）の濃度をかなり低下させ、それゆえに機器の絶縁を低減する。その機器は電源が復旧した場合の電圧に耐えることができないであろう。
【００１９】
ガス絶縁（例えば乾燥空気、窒素、またはＣＯ２）を固体絶縁と結びつけたハイブリッド絶縁システムを用いることもまた提案されている。特許文献５に記載されているように、その固体絶縁は、例えば、急な電気的勾配を示す通電部品をエポキシ樹脂型の樹脂などによってカバーすることにあり、それによって、通電部品がさらされるそれぞれの電界を低減することを可能にする。特許文献６は、ガス絶縁が希釈ガス中のヘプタフルオロイソブチロニトリルからなるハイブリッド絶縁システムを提案している。
【００２０】
しかしながら、もたらされる絶縁はＳＦ６によって提供される絶縁と同等ではなく、それらのハイブリッドシステムの使用は、ＳＦ６絶縁によって可能になる体積と相対的に機器の体積が増大することを要求する。
【００２１】
ＳＦ６なしにアークを消弧するためには、種々の解決法が存在する。油中における消弧、周辺空気中における消弧、真空遮断器を用いる消弧である。しかしながら、油中において消弧する機器は、消弧失敗または内的故障の場合に爆発するという重大な不都合を示す。アークが周辺空気中において消弧される機器は、一般的に大きい寸法、高コスト、および環境（湿気、汚染）に敏感である一方で、真空遮断器を有する機器（特にスイッチディスコネクター）は非常に高価であり、結果として、７２．５キロボルト（ｋＶ）を上回る電圧の市場においてあまり当たり前ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０１３１９２２号明細書、三菱電機株式会社名義、１９８５年１月２３日公開
【特許文献２】米国特許第４５４７３１６号明細書、三菱電機株式会社名義、１９８５年１０月１５日公開
【特許文献３】国際出願ＷＯ２００８／０７３７９０、ハネウェル・インターナショナルＩｎｃ．名義、２００８年６月１９日公開
【特許文献４】国際出願ＷＯ２０１２／０８０２４６、ＡＢＢテクノロジーＡＧ．名義、２０１２年６月２１日公開
【特許文献５】欧州特許出願公開第１７２４８０２号明細書、三菱電機株式会社名義、２００６年１１月２２日公開
【特許文献６】国際出願ＷＯ２０１４／０３７５６６、アルストム・テクノロジーＬｔｄ名義、２０１４年３月１３日公開
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】２０１３年の最新の気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）レポート
【非特許文献２】京都議定書（１９９７年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
それゆえ、上に鑑みて、本発明者は、機器のサイズまたはその内部のガスの圧力をあまり増大させることなしに、機器の特徴がその絶縁および消弧能力の観点からＳＦ６のものに近く維持されることを保証しながら、同一のＳＦ６機器と相対的に低い環境影響を有するＳＦ６の代替を見いだすことを一般的に目的とした。
【００２５】
加えて、本発明者は、機器の運転温度範囲を同等のＳＦ６機器のものに近く維持し、かつ外部のヒーター手段なしにそれをなすことを目的とした。
【００２６】
より具体的には、本発明者は、高電圧機器の分野における適用にとって十分でありかつ特にＳＦ６機器に匹敵する電気絶縁またはアーク消弧特性を示しながら、環境に及ぼす影響が低いかまたはゼロであるガスまたはガスの混合物を少なくとも含む絶縁システムを見いだすことを目的とした。
【００２７】
人間および環境にとって非毒性である絶縁システムと、特に前記のシステムに包含されるガスまたはガスの混合物とを提供することをもまた目的とした。
【００２８】
さらに、産業スケールでの使用に適合する製造または購入コストを有する絶縁システム、特にガスまたはガスの混合物を提供することを目的とした。
【００２９】
さらに、前記の絶縁システム（特にガスまたはガスの混合物）に基づき、ＳＦ６によって絶縁された同等の機器のものに近いサイズおよび圧力を有し、外部熱源の追加なしに最低利用温度において液化を示さない、中または高電圧機器を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
これらの目的および他のものが本発明によって達成され、これは、固体絶縁システムと任意に組み合わせられる特定のガス混合物の使用を提案し、低い環境影響と改善された遮断能力とを有する中または高電圧機器を得ることを可能にする。
【００３１】
それゆえに、本発明の文脈において実装される絶縁システムは、中または高電圧機器における電気絶縁のためおよび／またはアーク消弧のためのガスとしての使用のためのテトラフルオロメタンとの混合物としてヘプタフルオロイソブチロニトリルを含むガス媒体に基づく。
【００３２】
一般的に、本発明は、封止筐体を包含する中または高電圧機器を提供し、その中には、電気コンポーネントと、電気絶縁を保証するためおよび／または前記の筐体内で起こり得るアークを消弧するためのガス混合物とがあり、ガス混合物はヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含む。
【００３３】
本発明の機器において、ガス絶縁は、ヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを包含するガス混合物を実装する。
【００３４】
上および下において、用語「中電圧」および「高電圧」は、従来受け入れられた様式で用いられる。すなわち、用語「中電圧」は、交流（ＡＣ）については１０００ボルト（Ｖ）または直流（ＤＣ）については１５００Ｖを上回るが、ＡＣについては５２，０００ＶまたはＤＣについては７５，０００Ｖを超えない電圧を言い、用語「高電圧」は、ＡＣについては５２，０００ＶおよびＤＣについては７５，０００Ｖを厳密に上回る電圧を言う。
【００３５】
式（Ｉ）：（ＣＦ３）２ＣＦＣＮ（Ｉ）のヘプタフルオロイソブチロニトリル（以下ではｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮと書かれる）は、２，３，３，３−テトラフルオロ−２−トリフルオロメチルプロパンニトリル、ＣＡＳ番号４２５３２−６０−５に対応する。この化合物は、
（ｉ）１０１３ヘクトパスカル（ｈＰａ）において−４．７℃という沸点（ＡＳＴＭのＤ１１２０−９４「エンジン冷却液の沸点の標準試験法」に従って計測される沸点）と、
（ｉｉ）１９５ｇ．ｍｏｌ−１というモル質量と、
（ｉｉｉ）２２１０というＧＷＰ（ＩＰＣＣ法（２０１３年）に従って１００年間について計算された）と、
（ｉｖ）０というオゾン破壊係数（ＯＤＰ）と、
を示す。
【００３６】
下の表Ｉは、それが代替することが望まれるガス、すなわちＳＦ６と相対的に正規化され、Ｎ２のものと比較された、式（Ｉ）を有するヘプタフルオロイソブチロニトリルの相対的な誘電強度を与えている。前記の誘電強度は、大気圧、ＤＣ電圧において、２．５４センチメートル（ｃｍ）の直径を有し０．１ｃｍ離間された２つのスチール電極の間で計測された。
【００３７】
【表１】
2018506947.tif 000002
【００３８】
式ＣＦ４およびＣＡＳ番号７５−７３−０のテトラフルオロメタン（または四フッ化炭素）は、
（ｉ’）１０１３ｈＰａにおいて−１２７．８℃という沸点（ＡＳＴＭのＤ１１２０−９４に従って計測された沸点）と、
（ｉｉ’）８８ｇ．ｍｏｌ−１というモル質量と、
（ｉｉｉ’）６５００というＧＷＰ（ＩＰＣＣ法（２０１３年）に従って１００年間について計算された）と、
（ｉｖ’）０というＯＤＰと、
を示す。
【００３９】
下の表ＩＩは、それが代替することが望まれるガス、すなわちＳＦ６と相対的に正規化された、式ＣＦ４を有するテトラフルオロメタンの相対的な誘電強度を与えている。前記の誘電強度は、大気圧、ＤＣ電圧において、２．５４ｃｍの直径を有し０．１ｃｍ離間された２つのスチール電極の間で計測された。
【００４０】
【表２】
2018506947.tif 000003
【００４１】
それゆえに、上に記載されているヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタン（これらは、毒性でも腐食性でも可燃性でもなく、ＳＦ６のものよりもかなり低いＧＷＰを示す）には、それら（場合によっては希釈ガスと混合される）が中または高電圧機器における電気絶縁および／またはアーク消弧のためのガスとしてＳＦ６を代替することを可能にする好適な電気絶縁およびアーク消弧特性が授けられている。
【００４２】
しかしながら、テトラフルオロメタンのＧＷＰが高いということは、ＳＦ６のものを下回るとは言え留意されるべきである。それゆえ、ガス混合物中のこの化合物の存在を最小化し、ガス混合物のターゲットとするＧＷＰの関数としてその量を決定することが適切である。
【００４３】
最後に、本発明のガス混合物中のヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとの間には予想外の相乗作用の要素があるということは留意されるべきであり、これは誘電および消弧特性を改善することを可能にする。このように得られた改善は、これらのガス混合物の成分それぞれの重み付きの寄与の合計を上回る。
【００４４】
より具体的には、本発明は低い環境影響を有するガス絶縁を提供し、低い環境影響（ＳＦ６と相対的に低いＧＷＰ）を有し、機器の最低利用温度と適合し、ＣＯ２、空気、または窒素などの従来のガスのものよりも良好である誘電、消弧、および熱散逸特性を有するガス混合物を含む。
【００４５】
本発明の文脈において、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、ひとたび機器内に封じ込められると、ガス媒体がさらされることを意図される全ての温度条件下において、専らまたはほぼ専らガス状で中または高電圧機器内に存在する。これをなすために、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、機器の最低利用温度においてそれらの化合物によって示されるそれぞれの飽和蒸気圧の関数として選択される分圧で機器内に存在するべきである。用語「最低利用温度」は、前記の機器が用いられるように設計された最も低い温度を言うために用いられる。
【００４６】
それゆえに、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、中または高電圧機器内に封じ込められるガス媒体の唯一の成分であり得る。
【００４７】
しかしながら、中および高電圧機器に一般的に推奨される充填圧力レベル（これは典型的には数バールである）に鑑み、第１に通常の大気圧（１０１３．２５ｈＰａ）におけるヘプタフルオロイソブチロニトリルの液化温度、第２にテトラフルオロメタンのＧＷＰに鑑みて、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、最も多くの場合には、ヘプタフルオロイソブチロニトリルが前記の機器の利用温度の全範囲においてガス状に維持されることを担保しながら、当の機器に推奨される充填圧力レベルを得るような様式で少なくとも１つの他のガスによって希釈されて用いられる。
【００４８】
本発明においては、前記の他のガス（希釈ガスまたはキャリアガスまたはバッファガスとして公知）が存在するときに、これは次の４つの基準を満たすガスから選択される。
（１）機器の最低利用温度を下回る非常に低い沸騰温度を示し、前記の沸騰温度は標準圧力において典型的には−５０℃に等しいかまたはそれを下回ること、
（２）二酸化炭素の誘電強度を計測するために用いられるものと同一の試験条件（すなわち、同じ機器、同じ幾何学的構成、同じ運転パラメータ…）において、前記二酸化炭素のものを上回るかまたはそれに等しい誘電強度を示すこと、
（３）人間および環境にとって非毒性であること、ならびに
（４）ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンの混合物のものよりも低いＧＷＰを示し、その結果、この混合物を希釈ガスによって希釈することが混合物の環境影響を低下させるという効果をもまた有すること。なぜなら、ガス混合物のＧＷＰは、その対応するＧＷＰによって乗算された混合物中の化合物それぞれの重量分率の合計から導出される重み付きの平均であるからである。
【００４９】
通常用いられる希釈ガスは中性ガスであり、非常に低い、典型的には５００に等しいかまたはそれを下回る、より好ましくは１０に等しいかまたはそれを下回るＧＷＰを有する。
【００５０】
特性のこのセットを示すガスは、例えば空気、有利には乾燥空気（０というＧＷＰ）、窒素（０というＧＷＰ）、ヘリウム（０というＧＷＰ）、二酸化炭素（１というＧＷＰ）、酸素（０というＧＷＰ）、および亜酸化窒素（３１０というＧＷＰ）である。これらのガスのいずれか１つまたはそれらの混合物もまた本発明において希釈ガスとして用いられ得る。
【００５１】
本発明の文脈において、ヘプタフルオロイソブチロニトリルは、機器の最低利用温度においてヘプタフルオロイソブチロニトリルによって示される飽和蒸気圧に機器の充填温度において対応する圧力の有利には９０％および１００％の間、特に９８％および１００％の間の分圧で、機器内に存在する。それゆえに、ガス媒体の誘電特性は直接およびトラッキングにおいて可能な限り高く、ＳＦ６のものに最も良く近づく。
【００５２】
換言すると、液相を生ずることなしに本発明の機器の最低利用温度においてヘプタフルオロイソブチロニトリルの最大量を有するためには、ガス媒体の組成は、機器の最低利用温度、またはさらには前記の最低利用温度をわずかに（特に３℃）上回る温度について、ラウールの法則に従って定義される。それゆえ、特に、ヘプタフルオロイソブチロニトリル（ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮ）とテトラフルオロメタン（ＣＦ４）と希釈ガスとを含む三成分混合物において、コンポーネントのそれぞれの圧力は次の等式
Ｐ総体＝（Ｐｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮ＋ＰＣＦ４）／［（Ｐｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮ／ＰＶＳｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮ）＋（ＰＣＦ４／ＰＶＳＣＦ４）］＋Ｐ希釈ガス
によって定義され、ＰＶＳｉＣ３Ｆ７ＣＮ＝ヘプタフルオロイソブチロニトリルの飽和蒸気圧、ＰＶＳＣＦ４＝テトラフルオロメタンの飽和蒸気圧である。
【００５３】
有利には、本発明の文脈において、最低利用温度Ｔｍｉｎは０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、−４０℃、−４５℃、および−５０℃から選択され、特に０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、および−４０℃から選択される。
【００５４】
具体的な実装において、本発明の文脈において実装されるガス混合物は、
ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮの１モルパーセント（ｍｏｌ％）から２０ｍｏｌ％と、
ＣＦ４の１ｍｏｌ％から４０ｍｏｌ％と、
希釈ガスの４０ｍｏｌ％から９８ｍｏｌ％と、
を含むかまたはこれらからなる三成分混合物である。
【００５５】
本発明における使用のためのガス混合物の具体的な例は、ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮとＣＦ４とＣＯ２とを含むか、またはこれらからなる。本発明における使用のためのガス混合物のより具体的な例は、ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮの１ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％とＣＦ４の１ｍｏｌ％〜４０ｍｏｌ％とＣＯ２の４０ｍｏｌ％〜９８ｍｏｌ％とを含むか、またはこれらからなる。
【００５６】
総合的な誘電強度を改善するために、ハイブリッド絶縁システムにおいて、ヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含むガス混合物は（特に低い比誘電率の）固体絶縁との組み合わせで用いられ得、これは、固体絶縁なしの中または高電圧機器の破壊電界を上回るそれぞれの電界にさらされる導電性部品上にさまざまな厚さの絶縁層として適用される。
【００５７】
実際に、本発明の中または高電圧機器は、固体誘電層によってカバーされていないいくつかの電気コンポーネントを示す。
【００５８】
換言すると、さまざまな厚さの固体誘電層によってカバーされた電気コンポーネントが、本発明の中または高電圧機器の封止筐体内にある。
【００５９】
本発明に用いられる誘電／絶縁層は低い比誘電率を示す。「低い比誘電率」は、６を下回るかまたはそれに等しい比誘電率を言う。材料の比誘電率（その誘電定数としてもまた公知であり、εｒと書かれる）は下の式（ＩＶ）および（Ｖ）によって定義され得る無次元量であるということが思い起こされるべきであり、
εｒ＝ε／ε０      （ＩＶ）
ε＝（ｅ＊Ｃ）／Ｓかつε０＝１／（３６π＊１０９）      （Ｖ）
式中、
εは材料の絶対誘電率に対応し（ファラド／メートル（Ｆ／ｍ）で表される）、
ε０は真空の誘電率に対応し（Ｆ／ｍで表される）、
Ｃは、誘電率を決定すべき材料の層をそれらの間に配置した２つの平行電極を含む平板キャパシタのキャパシタンス（ファラド（Ｆ）で表される）に対応し、前記の層は試験片に相当し、
ｅは、平板キャパシタの２つの平行電極の間の距離（メートル（ｍ）で表される）に対応し、これはこの場合には試験片の厚さに対応し、
Ｓは、平板キャパシタを構成するそれぞれの電極の面積に対応する（平方メートル（ｍ２）で表される）。
【００６０】
本発明の文脈において、キャパシタンスは、ＩＥＣ規格６０２５０ｅｄ１．０のように、すなわち、材料から構成された試験片に固定された５０ｍｍおよび５４ｍｍの間の直径の２つの円形電極を含むキャパシタを用いることによって決定され、前記の電極はガード装置によって導電性塗料をスプレーすることによって得られる。試験片は１００ｍｍ×１００ｍｍの寸法および３ｍｍの厚さを示す。それゆえ、上で挙げられたパラメータｅに対応するキャパシタの電極の間の距離は３ｍｍである。
【００６１】
加えて、キャパシタンスは、５００ボルト二乗平均平方根（Ｖｒｍｓ）という励起レベルを用いて、５０ヘルツ（Ｈｚ）という周波数、２３℃という温度、５０％という相対湿度において決定される。上で挙げられた電圧が印加される時間は１分（ｍｉｎ）である。
【００６２】
「さまざまな厚さの絶縁／誘電層」は、本発明の文脈において、電気コンポーネントまたは導電性部品上に積層または適用される誘電材料が、それが積層される導電性部品または導電性部品の一部の関数としてさまざまである厚さを示すということを意味する。層の厚さは機器の使用中に変動しないが、機器を構成する素子の準備の際に決定される。
【００６３】
本発明の文脈において、絶縁層は、固体絶縁なしのシステムの破壊電界を上回る電界にさらされる導電性部品上に肉薄または肉厚の層として適用される。
【００６４】
より具体的には、本発明の文脈において実装される絶縁層の厚さは、最大電界Ｅｍａｘによって除算された平均電界（Ｕ／ｄ）の比として定義される電界利用率η（η＝Ｕ／（Ｅｍａｘ＊ｄ））の関数であるので、層は０．３に近い（すなわち０．２および０．４の間の）利用率では厚く、層は０．９に近い（すなわち０．５を上回る、特に０．６を上回る）利用率では薄い。
【００６５】
本発明の文脈において、「厚い層」は、１ｍｍを上回りかつ１０ｍｍを下回る厚さの層を言い、「薄い層」は、１ｍｍを下回る、有利には５００マイクロメートル（μｍ）を下回る、特に６０μｍおよび１００μｍの間の厚さの層を言う。
【００６６】
本発明の文脈において実装される固体絶縁層は単一の誘電材料または複数の異なる誘電材料を含み得る。加えて、絶縁層の組成、すなわち層が含む誘電材料（単数または複数）の性質は、固体絶縁層が積層される導電性部品または導電性部品の一部の関数として異なり得る。
【００６７】
特に、本発明において、厚い絶縁層を作るために用いられる材料は、低い、すなわち６を下回るかまたはそれに等しい比誘電率を示す。本発明の具体的な実施形態において、厚い固体層を作るために用いられる絶縁材料の比誘電率は、約３、さらには下回る比誘電率（すなわち４を下回るかまたはそれに等しい、特に３を下回るかまたはそれに等しい比誘電率）を示す。本発明の機器における厚い固体誘電層を作ることへの使用に好適な材料の例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、パリレンＮ（商標）、Ｎｕｆｌｏｎ（商標）、シリコーン、およびエポキシ樹脂が挙げられ得る。
【００６８】
薄い層を作るために用いられる材料に関する限り、本発明の文脈において選択される材料は、３のオーダーの（すなわち２および４の間、特に２．５および３．５の間の）比誘電率を示す。本発明の機器における薄い固体誘電層を作ることへの使用に好適な材料の例としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、エチレン−モノクロロトリフルオロエチレン、パリレンＮ（商標）、Ｎｕｆｌｏｎ（商標）、ＨＡＬＡＲ（商標）、およびＨＡＬＡＲ−Ｃ（商標）が挙げられ得る。
【００６９】
本発明において、機器は第１にガス絶縁された電気の変圧器、例えば電力用変圧器または計測用変圧器であり得る。
【００７０】
これは、架空もしくは地中ガス絶縁線路、または電気を送電もしくは分配するためのバスバーのセットでもまたあり得る。
【００７１】
ネットワーク内の他の機器への接続のための素子、例えば架空線路または隔壁ブッシングもまたあり得る。
【００７２】
最後に、機器は、例えば遮断器、例えば「デッドタンク」型の遮断器、「パッファ」もしくは「セルフブラスト」型遮断器、ダブルモーションアーク接触子を有するパッファ型遮断器、シングルモーションアーク接触子を有する熱昇圧パッファ型遮断器、接触ピンの部分的な動きを有する熱昇圧パッファ型遮断器、スイッチ、断路器、例えば空気絶縁開閉装置（ＡＩＳ）もしくはガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）、スイッチをヒューズと組み合わせたユニット、接地スイッチ、またはコンタクタなどの接続器／断路器（開閉装置ともまた呼ばれる）でもまたあり得る。
【００７３】
本発明は、中または高電圧機器における電気絶縁のためおよび／またはアーク消弧のためのガスとして、ヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを含むガス混合物の使用をもまた提供し、その中の電気コンポーネントは上で定義されているさまざまな厚さの固体絶縁層によってさらにカバーされ得る。
【００７４】
本発明の他の特徴および利点は、例示的で限定しない例として与えられる下の追加の記載から明らかに分かるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
本発明は、希釈ガスありまたはなしに、上で定義されているようにヘプタフルオロイソブチロニトリルとテトラフルオロメタンとを組み合わせた、低い環境影響と改善された遮断能力とを有する特定のガス混合物の使用に基づく。
【００７６】
本発明において、表現「希釈ガス」、「中性ガス」、または「バッファガス」は同等であり、交換可能に用いられ得る。
【００７７】
有利には、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、前記の機器の利用温度の全範囲において専らまたはほぼ専らガス形態で機器内に存在する。それゆえ、機器内のヘプタフルオロイソブチロニトリルの分圧は、前記の機器の最も低い利用温度においてこの化合物によって示される飽和蒸気圧（ＰＶＳ）の関数として選択されることが適切である。
【００７８】
しかしながら、機器は通常は周辺温度においてガスを充填されるので、機器にヘプタフルオロイソブチロニトリルを充填するために参照がなされる圧力は、前記の機器の最低利用温度Ｔｍｉｎにおいて前記の化合物によって示されるＰＶＳに充填温度（例えば２０℃）において対応する圧力ＰＴ充填である。この対応は、それぞれの化合物について式
ＰＴ充填＝（ＰＶＳＴｍｉｎ×２９３）／Ｔｍｉｎ
によって与えられ、Ｔｍｉｎはケルビンで表される。
【００７９】
例として、下の表ＩＩＩは、０℃、−５℃、−１０℃、−１５℃、−２０℃、−２５℃、−３０℃、−３５℃、および−４０℃という温度においてヘプタフルオロイソブチロニトリルによって示される飽和蒸気圧（ＰＶＳｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮと印され、ヘクトパスカルで表されている）、そして２０℃まで戻されたそれらの飽和蒸気圧に対応する圧力（Ｐｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮと印され、ヘクトパスカルで表されている）を与えている。
【００８０】
【表３】
2018506947.tif 000004
【００８１】
−１２８℃のオーダーの沸点を有するテトラフルオロメタンは、中および高電圧機器の通常の最大圧力および最低温度においては常にガス状である。結果として、飽和蒸気圧はこの化合物については与えられていない。なぜなら、それらは達されることがないからである。
【００８２】
それゆえに、例えば、−３０℃という最低温度で用いられるために設計された機器は、前記の機器の利用温度の全範囲において前記の機器内でこの化合物をガス状に維持することが望ましい場合には、２０℃において３６８ｈＰａを超えないヘプタフルオロイソブチロニトリルの分圧で、２０℃という温度において充填されるであろう。
【００８３】
機器に応じて、ガス媒体の充填のための推奨される総体的な充填圧力はさまざまである。しかしながら、前記の圧力は典型的には数バール、すなわち数１００キロパスカル（ｋＰａ）である。
【００８４】
また、理論上は、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンはガス媒体の唯一のコンポーネントに相当し得るが、それらは通常はそこに追加された希釈ガス（またはキャリアガスまたはバッファガス）を有し、充填圧力の推奨されるレベルを得ることを可能にする。
【００８５】
好ましくは、希釈ガスは、第１に、機器の最低利用温度を下回るかまたはそれに等しい非常に低い沸騰温度と、第２に、二酸化炭素の誘電強度を計測するために用いられるものと同一の試験条件（同じ機器、同じ幾何学的構成、同じ運転パラメータ…）において二酸化炭素のものを上回るかまたはそれに等しい誘電強度とを示すガスから選択される。
【００８６】
加えて、希釈ガスは非毒性であり、かつ低いかまたはゼロであるＧＷＰを示すことが好ましく、その結果、前記のガスによるテトラフルオロメタンの希釈は前記の化合物の環境影響を低減するという効果をもまた有する。なぜなら、ガス混合物のＧＷＰはそのコンポーネントのそれぞれの分圧に比例するからである。
【００８７】
また、希釈ガスは、好ましくは、１に等しいＧＷＰを有する二酸化炭素、０に等しいＧＷＰを有する窒素、酸素、もしくは空気、有利には乾燥空気、またはその混合物である。
【００８８】
ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、希釈ガスとして用いられ得るガスのものを上回る誘電強度を有するので、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンによる機器の充填を最適化することが望ましい。それゆえ、機器は、機器の最低利用温度においてこの化合物によって示される飽和蒸気圧に充填温度において対応する圧力の有利には９５％および１００％の間、より好ましくは９８％および１００％の間の分圧で、ヘプタフルオロイソブチロニトリルを充填されるべきである。
【００８９】
換言すると、ヘプタフルオロイソブチロニトリルは、好ましくは９５ｍｏｌ％および１００ｍｏｌ％の間、より好ましくは９８ｍｏｌ％および１００ｍｏｌ％の間のモルパーセンテージでガス媒体中に存在する。モルパーセンテージＭはそれぞれの化合物について式
Ｍ＝（ＰＴ充填／Ｐ媒体）×１００
によって与えられ、式中、
ＰＴ充填は、ヘプタフルオロイソブチロニトリルについて、機器の最低利用温度において前記の化合物によって示される飽和蒸気圧に充填温度において対応する圧力に相当し、
Ｐ媒体は、充填温度におけるガス媒体（ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮ＋ＣＦ４＋希釈ガス）の総体的な圧力に相当する。
【００９０】
−３０℃という最低温度における本発明への使用のための三成分ガス混合物の第１の具体的な例は、
ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮの４．１ｍｏｌ％と、
ＣＦ４の２０ｍｏｌ％と、
ＣＯ２の７５．９ｍｏｌ％と、
からなる。
【００９１】
かかる混合物は、純粋なＳＦ６の炭素換算の９０．２％のオーダーの低減を得ることを可能にする（表Ｖ）。
【００９２】
【表４】
2018506947.tif 000005
【００９３】
−２５℃という最低温度における本発明への使用のための三成分ガス混合物の第２の具体的な例は、
ｉ−Ｃ３Ｆ７ＣＮの６．３ｍｏｌ％と、
ＣＦ４の２０ｍｏｌ％と、
ＣＯ２の７３．７ｍｏｌ％と、
からなる。
【００９４】
かかる混合物は、純粋なＳＦ６の炭素換算の９０．０％のオーダーの低減を得ることを可能にする（表ＶＩ）。
【００９５】
【表５】
2018506947.tif 000006
【００９６】
実際的な観点からは、油式真空ポンプの手段によって真空を作った後に、−３０℃における使用のための５バール（５００ｋＰａ）の市販の機器が、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンの圧力と希釈ガスの圧力との間の比をコントロールすることを可能にするガスミキサーの手段によって充填され得る。前記の比は、充填中は精密質量流量計を用いることによって一定に保たれ、ヘプタフルオロイソブチロニトリルについては６．３ｍｏｌ％に、テトラフルオロメタンについては２０ｍｏｌ％に等しい。真空（０ｋＰａから０．１ｋＰａ）は好ましくは機器内に予め作られる。
【００９７】
加えて、将来的な機器は無水硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）型のモレキュラーシーブを備えるであろうということが留意されるべきである。これは、ガスの湿気を吸着し、それゆえ、潜在的な毒性分子（典型的にはＨＦ）によって引き起こされる部分的な排出後のガス媒体の毒性および酸性を低減する。
【００９８】
加えて、その寿命の終わりにまたは遮断試験後に、ガス媒体はコンプレッサーおよび真空ポンプを用いる従来の回収技術によって回収され得る。それから、ヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、小さいサイズの希釈ガスのみをトラッピング可能なゼオライトを用いることによって希釈ガスから分離され得る。代替的には、希釈ガスを逃がしヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンを保持する選択的分離膜を用いることが可能である。なぜなら、前記のヘプタフルオロイソブチロニトリルおよびテトラフルオロメタンは、希釈ガスよりも大きなモル質量を有するからである。当然のことながら、いずれかの他のオプションが企図され得る。
【００９９】
それゆえに、本発明は、低い環境影響を有するガス混合物を提案し、非常に実質的な（９０％のオーダーの）ＣＯ２換算の低減率を有し、機器の最低利用温度と適合し、その遮断能力を改善しながら、ＣＯ２、空気、または窒素などの典型的なガスと相対的に改善されかつ純粋なＳＦ６のものに近い誘電特性を有する。このガス媒体は、有利には、機器の設計をほとんどまたは全く改変することなしに、機器に現在用いられているＳＦ６を代替し得る。充填に用いられるガス媒体のみを変更することによって、同じ製造ラインが用いられ得る。
【０１００】
低い温度におけるその性能を低減することなくまたは圧力の総量を増大させることなしに、ＳＦ６との誘電の同等性（ＳＦ６の強度の１００％に達する）を得るために、上に示されているガス混合物は、固体絶縁なしのシステムの破壊電界を上回るそれぞれの電界にさらされる導電性部品上に適用された低い比誘電率の固体絶縁との組み合わせで用いられ得る。
【０１０１】
本発明の文脈において実装される固体絶縁は、所与の機器についてさまざまである厚さの層の形態である。実装される絶縁層は肉薄（薄い層）または肉厚（厚い層）を示し得る。
【０１０２】
絶縁層の厚さは、最大電界Ｅｍａｘによって除算された平均電界（Ｕ／ｄ）の比として定義される電界利用率η（η＝Ｕ／（Ｅｍａｘ＊ｄ））の関数であるので、層は０．３に近い利用率では厚く、層は０．９に近い利用率では薄い。
【０１０３】
それゆえ、この解決法は、ガス相における最大電界を低減し、それゆえに、固体絶縁およびガス絶縁から連続的に作られる「混合型の」総体的な絶縁の誘電強度を増大させることを可能にする。ガス相に作用する電界を低減するこの現象は、固体層の比誘電率が低いときにより顕著である。
【国際調査報告】
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2018506947.tif 000008
2018506947.tif 000009
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