DE2446591B2

DE2446591B2 - Elektrisch isolierendes oel

Info

Publication number: DE2446591B2
Application number: DE19742446591
Authority: DE
Inventors: Masaaki; Ito Akira; Tokio; Seki Ikuo; Ogura Jiro; Hitachi Ibaragi; Igarashi Yuriko Mitaka Tokio; Sato Kiyotaka Hitachi Ibaragi; Takahashi (Japan)
Original assignee: Kureha Kagaku Kogyo KX., Tokio
Priority date: 1973-10-04
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1976-11-04
Also published as: FR2246628A1; GB1431527A; NL7413059A; US3925222A; BE820482A; CA1033568A; NL153259B; FR2246628B1; DE2446591A1

Description

-Rx

und Alkyl-pyrenen der allgemeinen Formel

Rx

verwenden, immer stärkere Anerkennung. Um diesem Erfordernis gerecht zu werden, wurde Silikonöl anstelle von Mineralöl verwendet, was bis dahin als elektrisch isolierendes öl verwendet worden war.

Das Silikonöl übersteigt tatsächlich das Mineralöl in bezug auf die Wärmebeständigkeit und die Nichtentflammbarkeit, wird jedoch vom Mineralöl in bezug auf die dielektrische Durchschlagsspannungsfestigkeit übertroffen, wie in der folgenden Tabelle gezeigt ist. Aus diesem Grunde bildet das Silikonöl selbst kein völlig befriedigendes elektrisch isolierendes öl.

«5 Viskosität
(CS'.)
bei 30° C

Dielektrische

Durchschlags-

spannungs-

festigkeit

/kV)

1.5 mm Dl-

schichtdicke

20 Dimethyl-polysiloxan*)
Mineralöl**)

10
10

26
50

ausgewählt ist, wobei R eine Alkylgruppe mit einem bis vier Kohlenstoffatomen und χ eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 4 bezeichnet und R, wenn χ eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder höher ist, gleich oder verschieden sein kann.

2. Elektrisch isolierendes öl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis, in dem wenigstens eine aus der Gruppe, bestehend aus den Alkyl-fluoranthenen und den Alkylpyrenen, ausgewählte Verbindung dem Silikonöl einverleibt ist,in den Bereich von0,1 bis 10Gew.-%

3. Elektrisch isolierendes öl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkyllluioranthen in Form einer Mischung seiner Isomeren vorliegt.

4. Elektrisch isolierendes öl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylpyren in Form einer Mischung seiner Isomeren vorliegt.

55

Die Erfindung betrifft ein elektrisch isolierendes öl, das zur Verwendung für im ölbad arbeitende elektrische Einrichtungen geeignet ist, z. B. für in öl eingetauchte Leistungskabel und Transformatoren.

In jüngster Zeit fand die Notwendigkeit, als elektrisch isolierendes öl zur Verwendung für im ölbad arbeitende elektrische Einrichtungen ein nicht entflammbares öl mit hoher Wärmebeständigkeit zu

6o *) KF-96-10, hergestellt von The Shin-Etsu Chemical Industry

CO., Ltd.
**) Isolieröl+ 2, beschrieben in JIS C-2320.

Damit das Silikonöl wirksam als ein elektrisch isolierendes öl verwendet werden kann, ist es wünschenswert, daß das Silikonöl in bezug auf seine dielektrische Durchschlagsspannungsfestigkeit verbessert wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisch isolierendes öl zu schaffen, das eine hervorragende elektrische Isolationsfähigkeit aufweist, indem das Silikonöl in seiner dielektrischen Durchschlagsspannungsfestigkeit verbessert wird, ohne daß die ihm innewohnenden Eigenschaften der hervorragenden thermischen Beständigkeit und der Nichtcntflammbarkeit verschlechtert werden.

Die Erfinder führten Untersuchungen durch, um Wege zur Vergrößerung der dielektrischen Durchschlagsspannungsfestigkeit des Silikonöls zu finden. Auf diesem Wege fanden sie, daß, wenn wenigstens eine Verbindung, die aus der Gruppe, bestehend aus speziellen Alkyl-fluoranthenen und speziellen Alkylpyrenen, ausgewählt ist, in das Silikonöl inkorporiert wird, die entstehende Mischung eine hohe dielektrische Durchschlagsspannungsfestigkeit erhält und daher ganz zufriedenstellend als ein elektrisch isolierendes öl verwendbar ist.

Die Erfindung beruht auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Untersuchungen und betrifft ein elektrisch isolierendes öl, das Silikonöl enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in Silikonöl wenigstens ein Glied inkorporiert ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, beetehend aus Alkyl-fluoranthenen der allgemeinen Formel

Rx

und Alkyl-pyrenen der allgemeinen Formel

Rx

wobei R eine Alkylgruppe bezeichnet, die ein bis vier Kohlenstoffatome enthält, und χ eine ganze Zahl bezeichnet, die eisen Wert von 1 bis 4 besitzt, und wobei ferner R, wenn χ eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder höher ist, gleich oder verschieden sein kann. Die Alkyl-fluoranthene, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind solche, die durch die allgemeine Formel

Rx

dargestellt werden können, wobei R eine Alkylgruppe mit einem bis vier Kohlenstoffatomen und χ eine ganze Zahl bezeichnet, die einen Wert von 1 bis 4 besitzt, und ferner R, wenn χ eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder höher ist, gleich oder verschieden sein kann. Wie aus der Strukturformel ersichtlich ist, sind diese Alkyl-fluoranthene derart aufgebaut, daß wenigstens eine Alkylgruppe, die aus der Klasse, bestehend aus Methyl, Äthyl, Propyl und Butyi, ausgewählt ist, an eine der vier möglichen Stellungen des Fiuoranthenkernes gebunden ist. Derartige Alkyl-fluoranthene können leicht durch Isolation aus den Fraktionen von Steinkohlenteer und Erdölteer, die reich an polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen sind, oder durch Alkylierung von Fluoranthenen mit einem niederen Olefin mit bis zu vier Kohlenstoffatomen in Anwesenheit eines Friedel-Craft-artigen Katalysators wie Aluminiumchlorid oder eines festen Säurekatalysators wie Siliciumoxid-Aluminiumoxid. erhalten werden. Im allgemeinen besitzt Alkyl-fluoranthen viele Isomere. Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung muß ein ausgewähltes Alkylfluoranthen nicht immer eine reine Substanz sein, sondern es kann in Form einer Mischung aus ihren eigenen Isomeren vorliegen.

Die Alkyi-pyrene, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind solche, die durch die allgemeine Formel

R.x

dargestellt werden, wobei R eine Alkylgruppe mit einem bis vier Kohlenstoffatomen und χ eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 4 bezeichnet und wobei ferner R, wenn χ eine ganze Zahl mit dem Wert 2 oder höher ist, gleich oder verschieden sein kann. Aus dieser Strukturformel ist ersichtlich, daß diese Alkyl-pyrene so aufgebaut sind, daß wenigstens eine Alkylgruppe, die aus der Klasse, bestehend aus Methyl, Äthyl, Propyl und Butyl, ausgewählt ist, an eine von vier möglichen Stellungen an dem Pyrenkern gebunden ist. Derartige Alkyl-pyrene können leicht durch Isolation aus Fraktionen wie beispielsweise Steinkohlenteer und Erdölteer, die reich an polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen sind, oder durch Alkylieren von Pyrenen mit einem niederen Olefin mit bis zu vier Kohlenstoffatomen in Anwesenheit eines Friedel-Craft-artigen Katalysators wie Aluminiumchlorid oder eines festen Säurekatalysators wie Siliciumoxid-Aluminiumoxid erhalten werden. Im allgemeinen besitzt Alkyl-pyren viele Isomere. Bei der Verwendung in der vorliegenden Erfindung muß ein ausgewähltes Alkyl-pyren nicht immer eine reine Substanz sein, es kann auch in Form einer Mischung ihrer eigenen Isomere vorliegen.

Die Erfindung erfordert das Inkorporieren von wenigstens einer Verbindung, die aus der Gruppe, bestehend aus Alkyl-fluoranthenen und Alkyl-pyrenen der oben beschriebenen Art, ausgewählt ist, in das Silikonöl. In diesem Falle ist es wünschenswert, daß das Verhältnis, in dem die Verbindung in das

Silikonöl inkorporiert wird, insbesondere in dem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Silikonöl, fällt. Wenn das Verhältnis dicht an die untere Grenze von 0,1 Gew.-% fällt, liefert das Inkorporieren keinen merklichen Effekt für die erwartete Verbesserung der dielektrischen Durchschlagsspannungsfestigkeit. Wenn das Verhältnis andererseits die obere Grenze von 10 Gew.-% überschreitet, dann zeigt die entstehende Mischung einen Grad der dielektrischen DurchschSagsspannungsfestigkeit, der niedriger ist als der, der durch eine Mischung erhalten wird, die die Verbindung in dem Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% enthält, und, was weitergehend ist, die Verbindung ist nicht homogen mit dem Silikonöl gemischt, was praktisch unabhängig von der speziellen Art des verwendeten Silikonöls ist.

'5 Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele spe?jeller beschrieben.

Beispiel 1

Die als Glieder aus der Gruppe, die aus den oben beschriebenen Alkyl-fluoranthenen und Alkyl-pyrenen besteht, ausgewählten Verbindungen wurden einzeln und in Form von Mischungen mit den Gewichtsverhältnissen (%), die in Tabelle 1 angegeben sind, jeweils zu Dimethyl-polysiloxan (KF-96-10, hergestellt von The Shin-Etsu Chemical Industry Co.. Ltd) hinzugegeben, und die entstandenen Mischungen wurden auf dielektrische Durchschlagsfestigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Dielektrische Durchschlagsspannungsfestigkeit (kV. 1.5 mm öldicke)

Substanz-Name

Siedepunkt Zugegebene Menge (Gew-%)

(⁰C) (0) (0.1) ((Ul (0.51 (1.0)

(1,5) (2.5) (5.0) (10.0) (11.01

Methyl-pyren 390^110 26,3 31,C 37,3 47,0 49,5 48,0 35,3 34,7 30,0 26,8

Äthyl-pyren 400-^20 26,3 30,5 37,5 47,3 49,5 43,2 35,6 35,0 30,6 28,6

Butyl-pyren 420—460 26,3 31,0 37,0 46.1 48,3 42,5 37,0 34,9 31,5 27.3

Propyl-pyren 410—430 26,3 30,4 36,5 45,2 49,1 48.5 37,4 35,8 32.3 28,0

Methyl- 380—440 26,3 30,8 37,0 47.1 49,0 47.5 35.5 34.0 29,7 27.3 fluoranthen

Äthyl- 390-410 26,3 30,3 38,2 46,7 48,5 40,7 38,2 35.5 32,0 28,2 Dielekfluoranthen trische

Butyl- 410—450 26,3 29,8 37,5 45,5 43,6 42,4 37,0 36,2 31,0 26,3 Durchfluoranthen schlags-

Propyl- 400—420 26,3 30,2 38,1 46,0 46,3 40,5 36,6 35.1 30,1 26.8 ^span" fluoranthen ^nunf" .

Mischung 1 390—520 26,3 30,6 37,0 46.3 40,5 41,3 35,9 35,8 31,5 26,5 ^estl^^ke"

Mischung 2 410—450 26,3 30,0 37,0 45,5 45,8 46.0 37,0 35,5 30,3 27,0

Mischung 3 400—500 26,3 31,0 38,0 46,3 42,6 42,0 36,5 36,4 30,6 27,2

Mischung 4 400—495 26,3 30,3 37,3 45,2 45,2 43,3 37,0 36,0 31,2 28,1

Mischung 1

Pyren 5 Gew-%

Monopropyl-pyren 50 Gew.-% Dipropyl-pyren 30 Gew.-% Tripropyl-pyren 10 Gew.-% Tetrapropyl-pyren 5 Gew.-%

Mischung 3

Propyl-pyren 50 Gew.-%

Athyl-pyren 50 Gew.-%

Mischung 2

Propyl-pyren 50 Gew -%

Propyl-fluoranthen 50 Gew-%

Mischung 4

Propyl-fluoranthen 50 Gew.-%

Äthyl-fluoranthen 50 Gew.-% Beispiel 2

Dimethyl-polysiloxan (KF-96-10, hergestellt von The Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd) und Mischungen, die durch Hinzugeben der das Glied aus der Gruppe, bestehend aus den beschriebenen Alkylfluoranthenen und Alkyl-pyrenen, bildenden Verbindungen einzeln und in Form von Mischungen mit einem festen Gewichtsverhältnis von 0,5%, wie in Tabelle 2 angegeben ist, jeweils zu Dimethyl-polysiloxan erhalten worden waren, wurden auf dielektrische Eigenschaften (dielektrischen Verlustwinkel (Tangens) und dielektrische Konstante), Wärmebeständigkeit (Stabilität gegen Oxidation) und Nichtentflammbarkeit (Flammpunkt) geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Eigenschaft
Subslanznamc

Dielektrischer Dieleklriziläts-

Verluslwinkel Ig Λ (%) konstante ι

30" C

8OC

30" C C

Spezifischer
Volumenwiderstand >> (liem)

30" C

80 C

Stabilität*)

gegen

Oxidation

Flammpunkt··)

If]

Keine Zugabe 0,003 0,003 2,64 2,45

Methyl-pyren 0,004 0,004 2,65 2,46

Äthyl-pyren 0,004 0,005 2,66 2,46

Butyl-pyren 0,005 0,005 2,68 2,45

Propyl-pyren 0,005 0,004 2,64 2,47

Methyl-fluoranthen 0,004 0,005 2,65 2,47

Äthyl-fluoranthen 0,005 0,005 2,68 2,47

Butyl-fluoranthen 0,004 0,005 2,67 2,45

Propyl-fluoranthen 0,004 0,005 2,64 2,48

Mischung 1 0,003 0,003 2,65 2,47

Mischung 2 0,005 0,004 2,65 2,47

Mischung 3 0,004 0,004 2,64 2,46

Mischung 4 0,005 0,005 2,64 2,45

3· ΙΟ¹⁶
2· 10¹⁶
2· 1Ö¹⁶
2- IQ¹⁶
2· 10¹⁶
2 · 10¹⁶
3· ΙΟ¹⁶
3· 10¹⁶
2 · 10¹⁶
2 10¹⁶
2- ΙΟ¹⁶
2· ΙΟ"⁶
3· ΙΟ¹⁶

1 · 10"·
■ 10¹⁶

ΙΟ¹⁶
•1(?⁶
■ΙΟ¹⁶
•10¹⁶
•1Ö¹⁶
•ΙΟ¹⁶

ΙΟ¹⁶ •ΙΟ¹⁶

ΙΟ¹⁶
■10¹⁶
■10¹⁶

0,004 0,004 0,004 0,005 0,005 0,005 0,005 0,004 0,004 0,004 0,006 0,006 0,006

154 153 154 153 152 153 154 155 156 155 154 155 154

Mischung I

Pyren 5 Gew-%

Monopropyl-pyren 50 Gew.-%

Dipropyl-pyren 30 Gew-%

Tripropyl-pyren IO Gew.-%

Tetrapropyl-pyren S Gew.-%

Mischung 3

Propyl-pyren 50Gew-%

Äthyl-pyren 50 Gew.-%

Mischung 2

Propyl-pyren 50 Gcw-%

Propyl-fluoranthen 50 Gew-%

Mischung 4

Propyl-fluoranthen 50 Gew-%

Äthyl-fluoranthen 50 Gew-%

*) Stabilität gegen Oxidation — Diese wurde in Werten des dielektrischen Verlustwinkels Tangens (%) erhalten, der gemessen wurde.

nachdem eine vorgegebene Probe in Luft kontinuierlich 4 Tage lang auf 10ö"C erhitzt worden war. **) Flammpunkt — Dieser wurde nach dem Pensky-Martens-Verfahren gemessen, das in JlS K-2265 vorgeschrieben ist.

Aus den vorstehenden zwei Arbeitsbeispielen geht klar hervor, daß die vorliegende Erfindung ermöglicht, daß das Silikonöl merklich in seiner dielektrischen Durchschlagsspannungsfestigkeit verbessert wird, ohne daß die hervorragenden dielektrischen Eigenschaften, Wärmebeständigkeit und Nichtentflammbarkeit, die ihm eigen sind, hierdurch verschlechtert werden.

Da das elektrisch isolierende öl der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen, in hohem Maße wünschenswerten Eigenschaften besitzt, ist es speziell zur Isolation von elektrischen Hochspannungseinrichtungen geeignet. Es kann ebenfalls mit einem Kunststoffmaterial kombiniert werden, um so ein zusammengesetztes Isoliermaterial zu bilden, das als isolierende Schicht in ölgefüllten Hochspannungs-Leistungskabeln verwendbar ist.

«09545/:

Claims

24 46581

Patentansprüche:

I. Elektrisch isolierendes Dl, das Silikonöl enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dem Silikonöl wenigstens ein Glied einverleibt ist, das aus der Gruppe, bestehend aus Alkyl-fluoranthenen der allgemeinen Formel