Page 30 - 《精细化工》2022年第5期

·884· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

另外，四氟化碳具有良好的灭弧性能和较低的 相当的绝缘特性 [13] 。研究表明，CF 3 I 与 CO 2 的混合
液化温度，在六氟化硫中加入适量四氟化碳可实现 气体具有良好的绝缘性能。此外，CF 3 I 的电弧分解
在绝缘与灭弧性能下降不多的前提下，降低气体的 产物主要为 CF 4 、C 2 F 6 、C 3 F 8 、C 2 F 4 、C 3 F 6 、C 2 F 5 I
液化温度，从而满足高寒地区的需求。已经开发和 和 I 2 等 [14] ，其毒性远小于 SF 6 的电弧分解产物。
生产 115、245、550、800 kV，额定短路开断电流 CF 3 I 混合气体不能用于开断短路电流的开关，
均为 40 kA 等相当成熟的六氟化硫-四氟化碳混合气 且不适用于≥72.5 kV 的电力设备，只可用于小电流
体断路器，可在–40 ℃环境下工作。 开断的开关设备。
尽管稀释气体可降低 SF 6 对环境的影响，但无 2.3 HFOs
法彻底解决 SF 6 应用过程中带来的环境问题。 HFOs 依靠碳碳双键提升了能量 4 eV 以下的综
2.2 饱和卤代烃 合碰撞截面的面积，显著提高了气体的绝缘性质。
饱和卤代烃主要依靠分子的强电负性，在放电 E-1,3,3,3-四氟丙烯〔HFO-1234ze(E)〕、2,3,3,3-四氟
过程中吸附电子，从而提升电气绝缘性质 [12] 。一般 丙烯 （ HFO-1234yf ）、 E-1,1,1,4,4,4- 六氟 -2- 丁烯
可通过卤原子取代化合物中的氢原子，来增强气体 〔HFO-1336mzz(E)〕的绝缘性能见表 3。
分子的电负性。为兼顾气体低沸点的使用要求，卤
表 3 HFOs 的物化性能比较
原子一般考虑氟原子或氯原子，从而保证气体相对 Table 3 Comparison of physical and chemical properties
分子质量（简称分子量）不要太大、沸点不要太高。 of hydrofluoroolefins
另外，溴原子和碘原子由于原子本身较大，电子云 HFO-1234ze(E) HFO-1234yf HFO-1336mzz(E)
能级多，可提供更大的碰撞界面，提高气体阻断放 沸点/℃ –19.4 –29.4 8.5
电的能力。通过系列卤代烃绝缘强度的评价（见表 GWP 100 6 4 32
2），表明一氟甲烷的绝缘强度最低，而三氟碘甲烷 LC 50(4 h, 大鼠)/(g/g) >0.20 >0.40 >0.17
的绝缘强度最高，因此，在饱和卤代烃中优选三氟 可燃性 Flammable Flammable Flammable
碘甲烷作为 SF 6 的替代物。 长期稳定性 稳定 稳定 稳定
[15] [16]
表 2 饱和卤代烃的绝缘性能 [12] 相对 SF 6 的绝缘 0.98 — 1.27
Table 2 Insulation properties of saturated halogenated 强度(20 ℃,
hydrocarbons [12] 0.13 MPa)
注：“—”代表无数据。未标注文献号数据来源于行业报
化合物 相对 SF 6 的绝缘强度（化学计算值）
道，下同。LC 50 为半致死量，下同。
CH 3F 0.220
CH 2F 2 0.300 由表 3 可知，HFO-1234ze(E)、HFO-1234yf、
CHF 3 0.270 HFO-1336mzz(E)的 GWP 100 远低于 SF 6 ，环境性能优
CF 4 0.594 异，其绝缘强度与 SF 6 接近、甚至略高 [15-16] 。因此，
CF 3Cl 0.672 HFOs 被开发作为 SF 6 的替代物。
CF 2Cl 2 0.901
目前，施耐德和阿科玛等公司报道了 HFOs 与
CF 3I 1.217
空气、氧气、氮气、二氧化碳、HFCs、全氟酮等稀
CHF 2CH 3 0.700
释剂混合，用作绝缘或灭弧介质 [15,17-19] （见表 4），
C 2F 6 0.775
其中 ， HFOs 为 HFO-1234ze(E) 、 HFO-1234yf 、
C 3F 8 1.080
1,2,3,3,3-五氟丙烯（HFO-1225ye）、2,3,3,4,4,4-六氟-1-
CF 3 I 替代 GIS 中的填充绝缘介质 SF 6 时，其填 丁烯（HFO-1336yf）等。
充压力为 0.5 MPa [13] 。在此压力下，CF 3 I 的沸点为 HFOs 存在明显的缺陷，当 HFOs 发生闪络时，
25 ℃，属于易液化物质。因此，CF 3 I 无法在高压 固体绝缘层上会出现炭沉积物，形成导电层，会短
设备中单独使用，必须与 CO 2 等稀释气体混合使用。 路 GIS 设备中的绝缘子支撑 [13] 。到目前为止，仍没

n(CF 3 I)∶n(CO 2 )=60∶40 的混合气体具有与纯 SF 6 有关于 HFOs 作为绝缘气体投入实际应用的报道。

表 4 HFOs 用作绝缘介质的应用
Table 4 Applications of hydrofluoroolefins as an insulating medium
研究单位 混合物组分 用途
施耐德 [15] HFO-1234ze(E)/HFO-1234yf+N 2/O 2/Air/CO 2 中压电气设备中电的绝缘或灭弧介质
施耐德 [17] HFO-1234ze(E)/HFO-1234yf+HFO-1225ye+HFCs+Air/O 2/CO 2 中压和高压电气设备中的电绝缘或灭弧介质
施耐德 [18] HFO-1234ze(E)/HFO-1234yf/HFO-1225ye+全氟酮+Air/O 2 /CO 2 绝缘或灭弧介质
阿科玛 [19] HFO-1336mzz(E)/HFO-1336yf+惰性气体 电绝缘或灭弧介质
注：组分中“/”代表或。