技术领域
[0001] 本发明涉及电器绝缘技术领域，更具体地涉及一种六氟化硫替代气体的筛选方法。
相关背景技术
[0002] 六氟化硫(SF6)是电力行业应用最为广泛的绝缘和灭弧介质。然而，SF6具有极强的温室效应潜值(GWP＝23900)，其引起的环境问题逐渐成为制约我国电网绿色发展的重要因素。国际社会于2016年签订的《巴黎协定》明确要求在2050年实现温室气体零排放。寻找环境友好、性能优良的SF6替代气体是目前高压电气设备领域亟待解决的关键问题。
[0003] 目前，替代六氟化硫的技术路线主要包括两类。一类是使用氟化腈(Perfluoronitriles,PFN)、氟化酮(Perfluoroketones,PFK)气体与缓冲气体的混合气。例如C4‑PFN((CF3)2CFCN)、C5‑PFK(C5F10O、C6F12O)等，这些气体具有极高的绝缘强度，且其GWP值远低于SF6，对臭氧层无破坏性，但是由于这些气体的沸点较高，需要与缓冲气体CO2、N2或干燥空气混合使用。如C5F10O和C6F12O气体绝缘强度为SF6气体的两倍以上，但其液化温度较高，在标准气压下分别约为26.5℃和49℃。需要添加空气、CO2形成混合气体使用，美国ABB公司的击穿试验显示C5F10O和C6F12O混合气体的绝缘性能与SF6相当，具备代替SF6的潜力。
[0004] 另一类是使用干燥空气。干燥空气可用于高压开关中作为绝缘介质，还可以应用于高压真空断路器的绝缘介质，其标准大气压力下液化温度为‑193℃。瑞士ABB公司已于2014年研发出了环保型干燥空气绝缘充气柜，充气压力为0.08MPa。使用干燥空气的环保型系列开关设备将不再采用受限制的SF6气体，在气箱内充干燥空气并采用微正压的技术手段，为防止潮气的入侵对气箱内绝缘变化的影响，在设备使用寿命周期内不需要对气体进行回收处理。同时，用干燥空气绝缘的产品，其绝缘性能仅为SF6气体的1/3。
[0005] 以上替代方案均存在不同的问题：
[0006] (1)干燥空气的绝缘强度较低。
[0007] (2)c‑C4F8、CF3I、C5F10O、g3等气体由于液化温度较高，无法单独使用，需要与低液化温度的缓冲气体混合来避免液化。
具体实施方式
[0031] 除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。
[0032] 本发明步骤S1中的绝缘气体包含但不限于可满足本发明后续步骤筛选条件的具有绝缘特点的气体。优选氢氟烯烃、氢氟烃、氯氟烃、全氟酮、氢氟醚或氢氟硫醚气体。
[0033] 下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 以下实施例中组元气体的分子的极性率可采用文献“Fast Approaches for Molecular Polarizability Calculations[J].J.Phys.Chem.A 2007,111,20,4443‑4448中公开的方法计算；电子亲合能可采用文献“Accurate calculation of electron affinity for S3[J].Chinese Physics B,2019,28,013203中公开的方法计算；标准燃烧焓可采用“https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/”网站中公开的数据或来源于：ANSI/ASHRAE Addendum f to ANSI/ASHRAE Standard 34‑2019。
[0035] 实施例：
[0036] 该实施例在三氟碘甲烷(气体组元A)、3,3,3‑三氟丙烯(气体组元B)、反式‑1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯(气体组元C)、2,3,3,3‑四氟丙烯(气体组元D)、1,1,1,2,2,2,3‑七氟丙烯(气体组元E)、顺式‑1,3,3,3‑四氟丙烯(气体组元F)、二氟甲烷(气体组元G)、1,1,1,2‑四氟乙烷(气体组元H)、1,1,2‑三氟乙烯(气体组元M)、全氟己酮(气体组元N)、全氟戊酮(气体组元M)、共11种绝缘气体中筛选SF6替代气体。具体方法如下：
[0037] 步骤S1：在“https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/”网站中查询各气体在标准大气压下的液化温度，各种气体的液化温度计算结果见表1，表1所示气体的液化温度均在‑90℃～20℃的温区范围；
[0038] 步骤S1筛选出的结果是：三氟碘甲烷、3,3,3‑三氟丙烯、反式‑1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯、2,3,3,3‑四氟丙烯、1,1,1,2,2,2,3‑七氟丙烯、顺式‑1,3,3,3‑四氟丙烯、二氟甲烷、1,1,1,2‑四氟乙烷、1,1,2‑三氟乙烯共9种气体。
[0039] 表1步骤S1筛选气体组合结果表
[0040]
[0041] 步骤S2：采用式(1)和式(2)计算以上S1筛选出7种气体的相对绝缘强度Er.i和燃烧下限LFLi；
[0042] 表2步骤S2筛选气体组合结果表
[0043]
[0044]
[0045] 表2中No指不可燃，没有燃烧上限或燃烧下线。
[0046] 步骤S3：根据步骤S2的计算结果和本发明的筛选条件，将二氟甲烷、1,1,2‑三氟乙烯气体作为气体1；三氟碘甲烷、1,1,1,2,2,2,3‑七氟丙烯、1,1,1,2‑四氟乙烷、反式‑1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯为气体2；
[0047] 步骤S4：采用式(3)和式(4)计算二氟甲烷、1,1,2‑三氟乙烯两种气体1和三氟碘甲烷、1,1,1,2,2,2,3‑七氟丙烯、1,1,1,2‑四氟乙烷、反式‑1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯四种气体2的混合气体组合的抑制燃烧系数Qmix；计算以上S1筛选出7种气体的相对绝缘强度Er.i和燃烧下限LFLi；
[0048] 表3步骤S4筛选气体组合结果表
[0049]气体1 气体2 x1 x2 Er.mix Qmix
二氟甲烷 三氟碘甲烷 0.5 0.5 0.805 0.62
二氟甲烷 1,1,1,2,2,2,3‑七氟丙烯 0.5 0.5 0.71 0.82
二氟甲烷 1,1,1,2‑四氟乙烷 0.5 0.5 0.57 0.67
二氟甲烷 反式‑1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯 0.5 0.5 1.03 0.88
1,1,2‑三氟乙烯 三氟碘甲烷 0.5 0.5 0.83 0.86
1,1,2‑三氟乙烯 1,1,1,2,2,2,3‑七氟丙烯 0.5 0.5 0.83 0.94
1,1,2‑三氟乙烯 1,1,1,2‑四氟乙烷 0.5 0.5 0.83 0.75
1,1,2‑三氟乙烯 反式‑1‑氯‑3,3,3‑三氟丙烯 0.5 0.5 1.05 0.82
[0050] 步骤S5，根据步骤S4的结果，筛选同时满Er.mix>0.55、抑制燃烧系数Qmix>0.9的气体组合，满足筛选条件的气体组合为1,1,2‑三氟乙烯+1,1,1,2,2,2,3‑七氟丙烯。
[0051] 上述实施例中公式(3)和公式(4)中选取摩尔比为1：1的气体1和气体2用于筛选具有高绝缘强度、不可燃性的混合气体，对于本领域技术人员，还可以根据气体的绝缘强度、液化温度、可燃性实验进一步优化混合气体的配比范围，混合气体的配比不限定于摩尔比1：1。
[0052] 上述筛选的各混合气体具有绝缘强度高于干燥空气(干燥空气相对于六氟化硫的绝缘强度为0.31)、液化温度低于氟化腈、氟化酮等气体、不可燃(据论文Combustion inhibition and enhancement of cup‑burner flames by CF3Br,C2HF5,C2HF3Cl2,and C3H2F3Br Proceedings of the Combustion Institute Volume 35,Issue 3,2015,Pages 2741‑2748的记载，Qmix大于0.9时，混合气体为不可燃)、低液化温度的特征，可作为替代六氟化硫气体的绝缘介质。
[0053] 以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
