DE2147132B2

DE2147132B2 - Mineralische isolieroele fuer elektrische geraete

Info

Publication number: DE2147132B2
Application number: DE19712147132
Authority: DE
Inventors: Tadashi Hitachi; Miyashita Takao Mito; Tsutsumi Yasuyuki; Numata Seiji; Sasaki Ken; Hitachi; Satou (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-09-24
Filing date: 1971-09-21
Publication date: 1973-03-22
Also published as: DE2147132A1; FR2107938A1; DE2147132C3; GB1342322A; FR2107938B1; JPS5015320B1

Description

Die HLB-Werte beeinflussen bis zum gewissen Grade die Wirksamkeit der nichtionischen oberflächenaktiven Mittel. Beim Zusatz zu Mineralölen sind die nichtionischen oberflächenaktiven Mittel mit höheren HLB-Werten hinsichtlich einer Verhinderung der Beeinträchtigung der Durchschlagsfestigkeitseigenschaften der Mineralöle durch Feuchtigkeit oder Verunreinigungen wirksamer als diejenige mit niedrigeren HLB-Werten. Verbindungen mit höheren HLB-Werten neigen jedoch dazu, schwerer in Lösung zu gehen als Verbindungen mit niedrigeren HLB-Werten. Weiterhin haben die Verbindungen mit niedrigeren HLB-Werten eine bessere Oberflächenaktivität bei hohen Temperaturen als Verbindungen mit höheren HLB-Werten, und sie werden daher als brauchbarer für bei höheren Betriebstemperaturen arbeitende elektrische Geräte angesehen. Danach können die HLB-Werte nach Belieben ausgewählt werden.

Für den beabsichtigten Zweck brauchbare nichtionische oberflächenaktive Mittel haben allgemein HLB-Werte von 5 bis 17, insbesondere von 7 bis 15. Gemäß der Erfindung können die oberflächenaktiven Mittel zur Erzielung des gleichen Effektes einzeln oder selbstverständlich auch in Kombination von zwei oder mehreren Verbindungen verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Isolieröl für elektrische Geräte kann mit zumindest einem der herkömmlich angewandten Additive für Isolieröle gemischt werden, zu denen Antioxydantien vom Phenoltyp wie beispielsweise Di-tert.butyl-p-kresol und Antioxydantien vom Amintyp wie Phenothiazin gehören. Die Anwesenheit eines solchen Zusatzes wird die Wirksamkeit der Erfindung nicht beeinträchtigen. Ebenso werden Adsorptionsmittel, wie aktives Aluminiumoxid oder Molekularsieb die Wirksamkeit der Erfindung nicht zumindesten beeinträchtigen.

Das erfindungsgemäße Isolieröl für elektrische Geräte ist für Geräte vom umhüllten Typ, wie beispielsweise umschlossene Transformatoren, ölgefüllte Kabel, ölgefüllte Kondensatoren, ölgefüllte Kraftwerks- und Verteilungstransfounatoren oder ölgefüllte Buchsen brauchbar. Der Grund für die Unzweckmäßigkeit der erfindungsgemäßen Isolieröle füi elektrische Geräte vom offenen Typ liegt in der starken Hygroskopizität der nichtionischen oberflächenaktiven Mittel, die bei »offenen« Geräten zur Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre führt, woraus sich eine Zunahme des Feuchtigkeitsgehalts ergibt, die wiederum eine Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften, wie der Durchschlagsfestigkeit und des dielektrischen Verlustfaktors zur Folge hat. Das erfindungsgemäße Isolieröl wird am vorteilhaftesten in elektrischen Geräten mit besonders hohem Potentialgefälle "erwendet, und zwar insbesondere in Geräten mit einem Betriebspotcntialgradienten über 2 kV/mm, insbesondere von 3 bis 16 kV/mm.

Das erfindungsgemäße Isolieröl für elektrische Geräte kann allein oder zusammen mit festen Isoliermaterialien verwendet werden, einschließlich cellulosehaltigen Isoliermaterialien, wie Kraftspapier, Linterspapier und Preßspan oder synthetischen Isolierharzen, wie Polyäthylenteerphthalat-Isoliermaterialien oder Polyimid-Isolierfilmen sowie mit Isoliergasen. Vor allem ist die Verwendung in Kombination mit Cellulose-Isoliermaterialien am wirksamsten.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Beispiels beschrieben.

Beispiel

Jedes der nachfolgend angegebenen nichtionischen oberflächenaktiven Mittel wurde einzeln in unterschiedlichen ,Mengen zu einem Mineralöl mit einer dynamischen Viskosität von 14,4 cSt bei 30° C und einem Tropfpunkt von —32,5 "C zur Erzeugung von Isolierölen für elektrische Geräte zugesetzt:

Nichtionisches oberflächenaktives Mittel

Probe Nr. 1: Additionspolymeres von Polyoxyäthylen und Nonylphenol mit einem HLB-Wert von 10,0;

Probe Nr. 2: Polyoxyäthylenlaurinsäureester mit einem HLB-Wert von 10,5;

Probe Nr. 3: Polyoxyäthylenoleyläther mit einem
HLB-Wert von 10,4;

Probe Nr. 4: Kondensationsprodukt von Polyoxyäthylen und Polyoxypropylen mit einem HLB-Wert von 14,0 und

Probe Nr. 5: Polyoxyäthylen-Sorbitantriolectt mit einem HLB-Wert von 10,8.

Die Durchbruchsspannung der mit vorstehenden Proben versetzten Isolieröle wurde unmittelbar nach deren Herstellung (vor Absorption von Feuchtigkeit) und nach Absorption von 50 bis 60 ppm Feuchtigkeit (bei 25°C und 60 bis 70°/₀ relativer Feuchtigkeit) gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Zum Vergleich sind in dieser Tabelle ebenfalls die mit reinem Mineralöl erhaltenen Ergebnisse aufgeführt. Die in der Tabelle angegebenen »zugesetzten Mengen« bedeuten zugesetzte Mengen an nichtionischem oberflächenaktiven Mittel.

Tabelle 1

	Zugesetzte	Durchschiagsspannung	mm)
Isolieröl	Menge	(kV/	nach Feuchtig
mit Probe	Gewichts	vor Absorption	keitsaufnahme
	prozent	von Feuchtigkeit	21,7
Nr. 1	0,1	30,0	16,7
	0,3	27,4	21,3
	1,0	27,6	26,7
	3,0	29,3	28,3
	5,0	30,0	14,1
Nr. 2	0,1	27,7	14,5
	0,3	27,0	15,7
	1,0	27,3	19,0
	3,0	27,5	21,0
	5,0	27,1	13,5
Nr. 3	0,1	27,0	15,2
	0,3	25,5	17,1
	1,0	25,8	22,6
	3,0	26,4	24,5
	5,0	27,0	15,3
Nr. 4	0,1	28,0	16,7
	0,3	28,3	25,0
	1,0	27,0	29,6
	3,0	28,0	27,9
	5,0	28,2	15,0
Nr. 5	0,1	26,5	15,3
	0,3	25,0	16,4
	1,0	25,3	20,7
	3,0	27,0	21,8
	5,0	27,8	13,3
Mineralöl allein	27,5

An Hand von Tabelle 1 ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Isolieröl mit nichtionischem oberflächenaktiven Mittel im Gegensatz zum Mineralöl selbst nur geringe Abweichungen der Durchbruchsspannungen vor und nach Feuchtigkeitsabsorption zeigt, was besagt, daß das nichtionische oberflächenaktive Mittel eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften durch Feuchtigkeitseinfluß verhindert.

Tabelle 2

Isolieröl	Zugesetzte Menge	Durchschlagsspannung
mit Probe	Gewichtsprozent	(kV/mm)
Nr. 1	0,1	14,8
	0,3	12,5
%■	1,0	14,3
	3,0	20,0
	5,0	22,0
Nr. 2	0,1	10,0
	0,3	11.1
	1,0	12,0
	3.0	13,5
	5,0	15,0
Nr. 3	0,1	10,5
	0,3	10,9
	1,0	12,7
	3,0	15.9
	5,0	17,5
Nr. 4	0,1	12,5
	0,3	14,1
	1,0	18,2
	3,0	21,5
	5,0	23,0
Nr. 5	0,1	10,9
	0,3	11,5
	1,0	13,0
	3,0	15,7
	5,0	17,0
Mineralöl allein	10,4

gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Die »zugesetzte Menge« bedeutet auch in dieser Tabelle zugesetzte Menge an nichtionischem ooerflächenaktiven Mittel.

Die Daten von Tabelle 2 zeigen, daß das erfindungsgemäße Isolieröl für elektrische Geräte gegenüber Kontaminationen durch Verunreinigungen, wie CeIIulosefasermaterialien extrem stabil ist und seine ausgezeichneten Durchbruchscharakteristiken beibehält.

Veiter wurden Untersuchungen über den Einfluß des erfindungsgemäßen Isolieröls auf Isolierpapier durchgeführt, das in Kombination mit dem öl verwendet wurde. Diese Untersuchungen wurden folgendermaßen durchgeführt: Ein elektrisch isolierendes Papier und die Probe eines Isolieröls wurden in ein ampullenähnliches Glasgefäß gebracht. Nach Aufheizen auf 150^cC wurde die thermische Schädigung des Isolierpapiers durch Messung der Zugfestigkeit mit Hilfe einer Schopper-Prüfmaschine geprüft. Dabei wurden drei Arten von Isolierpapieren verwendet, und zwar ein mit Dicyandiamid behandeltes Papier von 125 μ Dicke, ein cyanoäthyliertes Papier von 125 μ Dicke und ein Kraftspapier von 250 μ Dicke, die alle durch Aufheizen unter vermindertem Druck getrocknet wurden.

Als Testproben für die Isolieröle wurden zwei Arten von ölen verwendet, und zwar zum einen ein gemäß oben angegebener Probe Nr. 5 mit drei Gewichtsprozent eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels versetztes öl und zum anderen das Mineralöl selbst. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle 3

35

40

Danach wurde die Durchbruchsspannung der vorstehend angegebenen Isolieröle für elektrische Geräte nach Zumischen von Preßspanpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 mm (Feuchtigkeitsgehalt von 2⁰I₀), das als Verunreinigung gewählt wurde (Zugabe von 13 mg pro 250 ml Isolieröl) und zusätzlich nach Feuchtigkeitsaufnahme von 50 bis 60 ppm (bei 25° C und 60 bis 70% relativer Feuchtigkeit)

Isolieröl	Aufheiz	Zugfestigkeit (kg/mrr	cyanoäthy	i²)
mit Probe	dauer	Dicyandi-	liertes Papier	Krafts
	(Tage)	amid-Papier	9,1	papier
Nr. 5	0	14,7	9,5	7,1
	10	15,2	10,5	6,4
	45	15,5	9,1	5,3
Mine	0	14,7	9,1	7,1
ralöl	10	15,6	10,2	6,0
allein	45	15,2	5,5

Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, beschleunigt das nichtionische oberflächenaktive Mittel niemals die thermische Schädigung des mit ihm in Kontakt befindlichen Cellulose-Isoliermaterials.

Claims

Wirkung auf die Wärmeresistenz der Hauptisolier- Patentansprüche: materialien^ wie Isolierpapie.r, Preßspan und derglei chen haben und' die Lebensdauer der elektrischen

1. Mineralische Isolieröle für umhüllte elek- Geräte merklich erhöht werden. ,
trische Geräte, gekennzeichnet durch 5 Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße einen Gehalt von 0,1 bis 8 Gewichtsprozent an Isolieröl ist gekennzeichnet durch einen Gehalf von nichtionischem oberflächenaktivem Mittel. 0,1 bis 8 Gewichtsprozent an nichtionischem ober-

2. Isolieröl nach Anspruch 1, dadurch gekenn- flächenaktiven Mittel.

zeichnet, daß der Gehalt an nichtionischem ober- Die Erfindung basiert auf der Entdeckung der

flächenaktiven Mittel bei 0,5 bis 5 Gewichtsprozent io charakteristischen Eigenschaften und Wirkungen von

liegt. nichtionischen oberflächenaktiven Mitteln gegenüber

3. Isolieröl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Mineralöl. Der Zusatz eines nichtionischen obergekennzeichnet, daß als nichtionisches oberflächen- flächenaktiven Mittels zu einem synthetischen öl mit aktives Mittel zumindest eine Verbindung aus der stark polaren Gruppen, wie beispielsweise Trichlor-Gruppe der Äther von Alkylalkoholen mit Poly- 15 diphenyl und Pentachlordiphenyl, hat dagegen keine o.xyäthylenen, der Äther von AJkylarylalkoholen praktische Bedeutung. Die charakteristische Wirkung mit Polyoxyäthylenen, der Verbindungen von des nichtionischen oberflächenaktiven Mittels scheint Polyoxyäthylenen mit Polyoxypropylenen, der durch folgenden Mechanismus erklärbar: Wenn ein Fster von Polyoxyäthylenen mit Carbonsäuren und damit versetztes Mineralöl mit Wasserdampf oder der Pentaerythritester verwendet wird. 20 anderen Verunreinigungen kontaminiert wird, orien-

4. Isolieröl nach einem der vorangehenden tieren sich die Moleküle des nichtionischen oberflä-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das chenaktiven Mittels derart, daß sie die Verunreinigunnichtionische oberflächenaktive Mittel einen HLB- gen bzw. Fremdstoffe einschließen und unter Mitwir-Wert von 5 bis 17, insbesondere 7 bis 15 hat. kung ihrer hydrophilen bzw. lyophilen Gruppen die

5. Verwendung der Isolieröle nach einem der 25 Auflösung oder Dispersion der Verunreinigungen im vorangehenden Ansprüche für umhüllte elektrische Mineralöl erleichtern und lokale Ansammlungen Geräte, die mit Betriebspotentialgradienten von oder Abscheidungen von Verunreinigungen, welche zumindest 2 kV/mm betrieben werden. die Durchschlagseigenschaften beeinträchtigen könnten, verhindern helfen. Als Mineralöl wird gemäß der

30 Erfindung ein Öl gemeint, das als Isolieröl hergestellt

ist. Ein besonders brauchbares Mineralöl ist ein für elektrische Isolation verwendbares Öl mit einer dyna-

Die Erfindung bezieht sich auf mineralische Isolier- mischen Viskosität von weniger als 3OcSt bei 30^cC

öle für umhüllte elektrische Geräte. und einem Tropfpunkt von — 10⁰C oder darunter.

Herkömmliche Isolieröle (Mineralöle) mit aus- 35 Es wurde festgestellt, daß alle nichtionischen obergezeichneter Durchschlagsfestigkeit in extrem reinem flächenaktiven Mittel vergleichbare Wirkungen und Zustand und bei Vermeidung aller Verunreinigungen Effekte gegenüber Mineralöl zeigen. Einige Beispiele zeigen leider eine merkliche Beeinträchtigung der für nichtionische oberflächenaktive Mittel sind Äther Durchschlagseigenschaften, wenn geringe Mengen von Alkylalkoholen und Polyoxyäthylenen; Äther Wasserdampf oder Staub zugegen sind. So findet man 40 von Aikylarylalkohoien und Polyoxyäthylenen; Verbeispielsweise bei einem gereinigten Mineralöl mit bindungen von Polyoxyäthylenen mit Polyoxyproeiner Durchschlagsspannung von über 24 kV/mm beim pylenen; Ester aus Polyoxyäthylenen und Carbontatsächlichen Einsatz in einem elektrischen Gerät, wie säuren; Ester von Pentaerythrit; Monoalkylester von beispielsweise einem Transformator, häufige Durch- Sorbitan; verschiedene Monoglyceride und höhere schlage bei Einwirkung elektrischer Felder von nur 45 Alkyläther. Der vom Einbringen des nichtionischen etwa 10 kV/mm, selbst wenn angenommen werden oberflächenaktiven Mittels erwartete Effekt tritt nicht kann, daß das öl sorgfältig raffiniert wurde. Der in Erscheinung, wenn nicht zumindest 0,1 Gewichts-Minimalwert der Durchbruchsspannung, der bei prozent desselben zugesetzt werden. Seine Wirkung 10 0001 eines von Transformatoren abgezogenen steigt annähernd proportional zur eingebrachten Mineralöls gemessen wurde, lag z. B. bei 6 kV/mm. 50 Menge, bis 8 Gewichtsprozent erreicht werden, wonach Ein derart niedriger Wert ist natürlich der Wirkung sich der Effekt wegnivelliert. Die wirksamsten Mengen von Verunreinigungen zuzuschreiben. an nichtionischem oberflächenaktiven Mittel liegen

Aus dem vorstehenden folgt, daß es zur Verminde- im Bereich von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent. Die ver-

rung des Volumens der Isolation bzw. zur Erhöhung schiedenen nichtionischen oberflächenaktiven Mittel

ihrer Belastbarkeit grundsätzlich zweckmäßiger ist, 55 weichen je nach Art bezüglich der HLB-Werte (Hydro-

Feuchtigkeit oder suspendierte Feststoffteilchen vom phil-Lipophil-Gleichgewicht) voneinander ab. Der

Öl fernzuhalten oder irgendwelche Maßnahmen zu HLB-Wert wird bekanntlich durch folgende Glei-

ergreifen, die eine Beeinträchtigung der Durchschlags- chung gegeben:

festigkeit des Öls durch Verunreinigungen verhindern, „_|RW„. ,_nn <-,,,, _m

als die dem Öl eigene Durchschlagsfestigkeit etwa 60 HLB-Wert - 2U (1 - i/,1) (1)

durch Änderung seines molekularen Aufbaus oder mit S = Verse.fungszahl und

Steigerung seiner Viskosität zu erhöhen. ^A = Saurezahl der Fettsaure

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Isolieröl für °

elektrische Gerat«, mit verminderter Anfälligkeit HLB-Wert = (E + P)j5 (Ii)

bezüglich einer Beeinträchtigung der dielektrischen 65 mit E = Gewichtsprozent Polyoxyäthyleii im

Durchbruchscharakteristiken durch die Wirkung von Molekül

Verunreinigungen, wie Feuchtigkeit oder Staub. Dabei P = Gewichtsprozent mehrwertiger Al-

soll das Öl insbesondere praktisch keine nachteilige kohol im Molekül.