DE2608397B2

DE2608397B2 - Elektrisch isolierende fluessigkeit

Info

Publication number: DE2608397B2
Application number: DE19762608397
Authority: DE
Inventors: Gary Allen Midland Mich. Vincent (V.StA.)
Original assignee: Dow Corning Corp, Midland, Mich. (V.StA.)
Priority date: 1975-03-03
Filing date: 1976-03-01
Publication date: 1978-01-05
Also published as: JPS51113199A; DE2659903C3; CH628178A5; FR2303070B1; DE2659903B2; FR2303070A1; DE2608397C3; JPS5510930B2; GB1540131A; CA1079951A; DE2608397A1; DE2659903A1

Description

Bei zahlreichen elektrischen Vorrichtungen braucht man eine elektrisch isolierende Flüssigkeit als Isolationsmedium. Diese Flüssigkeit verfügt über einen wesentlich höheren Durchschlagswiderstand als Luft. Ersetzt man die zwischen Leitern bei einer elektrischen Vorrichtung oder Apparatur vorhandene Luft daher durch eine derartige Flüssigkeit, dann läßt sich hierdurch die Durchschlagspannung der elektrischen Vorrichtung erhöhen. Die ständig zunehmende Verfeinerung elektrischer Ausrüstungen führt da/u, daß die verschiedenen elektrischen Vorrichtungen bei immer höher werdenden Spannungen betrieben werden. Dies bedeutet, daß die bei solchen Vorrichtungen verwendeten elektrisch isolierenden Flüssigkeiten immer größer werdenden Beanspruchungen unterworfen sind. Aufgrund dieser Probleme müssen natürlich bessere derartige Flüssigkeiten gesucht werden.

Mit Ausnahme bestimmter spezieller Anwendungsarten sind die polychlorierten Biphenylverbindungen (die im allgemeinen als PCB-Verbindungen bezeichnet werden) seit den dreißiger Jahren, als Mineralöl bei bestimmten Anwendungen durch diese PCB-Verbindungen ersetzt wurde, die normale elektrisch isolierende Flüssigkeit in elektrischen Vorrichtungen. Als elektrisch isolierende Flüssigkeiten wurden auch bereits verschiedene andere Flüssigkeiten vorgeschlagen, zu denen auch einige Polysiloxane gehören. Hierzu wird beispielsweise auf US-PS 23 77 689 und 38 38 056 sowie auf GB-PS 8 99 658 und 8 99 661 verwiesen. Die Verwendung von Polyorganosiloxane!! als elektrisch isolierende Flüssigkeit ist ferner auch aus DT-AS 1189 170, 12 61573 sowie 1106 821 bekannt, wobei in letzterer bereits der Zusatz von Ketonen als Stabilisierungsmittel für das Organopolysiloxan beschrieben wird. Vor kurzem wurde festgestellt, daß sich die PCB-Verbindungcn negativ auf die Umwelt auswirken, und es wird daher weltweit nach einem geeigneten Ersatz für diese Verbindungen gesucht.

Eine Corona- oder Tcilentladung ist beispielsweise ein wesentlicher Faktor, der zu einer Zerstörung und einem Versagen von Kondensatoren und anderen Korrckturvorrichtungcn für die Stromstärke führen. Ein bei Coronaspannung betriebener Kondensator hält nur wenige Minuten oder Stunden anstatt der erwarteten 20 Jahre. Ein Kondensator, der mit einer geeigneten elektrisch isolierenden Flüssigkeit entsprechnd imprägniert ist, isl bis zu wenigstens dem Zweifachen der berechneten Spannung frei von Coronaentladung. Wird einir elektrisch isolierende Flüssigkeit während des Betriebs einer zunehmenden Beanspruchung unterzogen, dann kommt man bis zu einem Punkt, an dem ein teilweises Durchschlagen aultritt. Die Spannung.

bei der der Kondensator plötzlich zu einer Coronaentladung durchschlägt, wird als Coronaanfangsspannung (CIV) bezeichnet. Diese Spannung ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die Spannung angelegt wird. Die verschiedenen Flüssigkeiten sind was ihre Empfindlichkeit gegenüber der Geschwindigkeit der Spannungserhöhung betrifft, voneinandci sehr verschieden. Die Coronaentladung hört jedoch nach Spannungserniedrigung wieder auf. Diese Coronaauslöschspannung (CEV) ist kein für jede Flüssigkeil fester Wert, sondern eine Funktion von der Intensiiäi der Coronaspannung vor Abfall der Spannung. Beste Ergebnisse erhält man dann, wenn sowohl der ClV-Wert als auch der CEV-Wert möglichst hoch sind und möglichst dicht beieinander liegen.

Die bekannten elektrisch leitenden Flüssigkeiter werden dieser Forderung - selbst wenn sie bereit« stabilisierende Zusätze wie Ketone enthalten -jedoch noch nicht in dem heute gewünschten und benötigter Ausmaß gerecht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch isolierende Flüssigkeit zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß bei ihr die Werte füi die Coronaanfangsspannung und die Coronaauslöschspannung sehr hoch sind und besonders eng beisammen liegen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.

Die erfindungsgemäß geeigneten flüssigen Polyorganosiloxane sind vorwiegend aus Siloxaneinhcitcn der Formel R₂SiO zusammengesetzt, und sie können ferner auch geringere Mengen Siloxancmhciten dei Formeln

R₁SiO,/,, RSiO₁/,

SiO,/,

enthalten. Von besonderem Interesse sind flüssige Polyorganosiloxane der Formel

R,SiO(R_,SiO)_ASiR, .

Bei den vorgenannten Formeln sind die Substituenten R vorzugsweise Kohlenwasserstoff- oder halogeniert Kohlenwasserstoffreste. Beispiele geeigneter Substituenten R sind Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Hcxyl. Decyl, Dodecyl, Octadccyl, Vinyl, Allyl, Cyclohexyl. Phenyl, Xenyl, ToIyI, XyIyI, Benzyl, 2-Phcnäthyl. 3-Chlorpropyl, 4-Brombutyl, 3,3,3-TrifIuorpropyl, Diehlorphcnyl oder ζ,ζ,ζ-Trifiuortolyl. Der Substituent R enthält vorzugsweise 1 bis 6 KohlcnstolTalomc, wobei Methyl, Vinyl oder Phenyl besonders bevorzugt sind.

!Tie erfindungsgemäße elektrisch isolierende Flüssigkeit enthält zweckmäßigerweisc mehr als 50% flüssiges Polyorganosiloxan, und dieses macht vorzugsweise 80 bis 99,5 Gcw.-% der erfindungsgcmiißcn Flüssigkeit aus. Diese flüssigen Polyorganosiloxane sind bekannte und im Handel weltweit erhältliche Materialien.
Der erfindungsgemäße Zusatz an nilrosuhsliUiicrtem Kohlenwasserstoff macht bei der vorliegenden elektrisch isolierenden Flüssigkeit weniger als 50% aus. Im allgemeinen werden diese Materialien in Mengen von 0,5 bis 20 Gew.-% eingesetzt. Es eignen sich hierzu zwar alle angeführten Nitroverbindungen, Mononitroverbindungen mit I bis 10 Kohlenstoffatomen werden jedoch besonders bevorzugt.

Die erfindungsgeiTK'ßen Flüssigkeiten können ferner auch geringe Mengen üblicher Zusätze enthalten wie C'hlorw.isscrstoHanger, Korrosionsinhibitoren und

andere herkömmliche Additive, wie sie normalerweise bei solchen Flüssigkeiten verwendet werden, solern diese die Wirkungsweise dieser Flüssigkeiten nicht nachteilig beeinflussen.

Die zwei wichtigsten elektrischen Vorrichtungen, bei denen die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten eingesetzt werden können, sind Kondensatoren und Transformatoren. Die erfindungsgemüßen Flüssigkeiten lassen sich mit Vorteil auch bei anderen elektrischen Vorrichtungen verwenden wie Elektrokabeln, Gleichrichtern, Elektromagneten, Schaltern, Sicherungen und Stromkreisunterbrechern, und sie können auch als Kühlmittel und Isolatoren für elektrisch isolierende Vorrichtungen verwendet werden wie Sender, Empfänger, Rücklaufspulen, Schallbojen oder Spielzeuge. Die Methoden zum Einsatz der elektrisch isolierenden Flüssigkeiten bei diesen verschiedenen Anwendungsai ten (bei denen sie beispielsweise als Flüssigkeitsreservoir oder als Imprägniermittel eingesetzt werden) sind dem Fachmann bekannt. Beste Ergebnisse erhält man mit Flüssigkeiten mit Viskositäten von 5 bis 500 cSt bei 25 C. Liegt die Viskosität bei über 50OcSt, dann läßt sich die Flüssigkeit nur schwierig als Imprägniermittel verwenden, und bei einer Viskosität von unter 5 cSt treten Probleme wegen der Flüchtigkeit auf, sofern man es nicht mit einem geschlossenen System zu tun hat.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert. Alle darin enthaltenen Teil- und Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen, und alle Viskositätswerte sind bei einer Temperatur von 25 C gemessen, sofern nichts anderes gesagt ist.

Beispiel

Es wird eine Untersuchungsmethode zur Beurteilung elektrisch isolierender Flüssigkeiten entwickelt, die mit den Versuchsergebnissen gut übereinstimmen dürfte, die man unter Verwendung von Versuchskondensatoren erhält. Das wesentliche Bauteil der Tür diesen Versuch eingesetzten Vorrichtung ist ein Biddle-Corona-Detektor mit einer von Hand bedienbaren Variac-Stcucrung. Die Versuchszelle besteht aus einem zylindrischen Glasbehälter. Der Fuß der Zelle ist ein mit Keramik gelullter Kunststoff und enthält eine Metallplatte aus rostfreiem Stahl, die direkt geerdet ist. Die Abdeckung des Behälters ist eine Platte aus rostfreiem Stahl, die mit einer über ein Mikrometer einstellbaren Hochspannungselektrode verbunden ist, an deren Ende sich eine Phonographennadel aus Stahl befindet. Die Spitze dieser Nadel ist 0,0635 cm oberhalb des geerdeten Fußes angeordnet. In der mit der Elektrode verbundenen Hochspannungsleitung herrscht ein Widerstand von 1,67 ■ 10* Ohm. Dieser Widerstand dient zur Strombegrenzung.

Während des Versuchs werden einige Kubikzentimeter der zu untersuchenden Flüssigkeit in den Behälter gegeben, den man dann mit der Abdeckung versieht. Mit zunehmender Spannung kommt es zu einer Tcilentladung zwischen der Spitze der Elektrode und der geerdeten Platte. Hierdurch wird Strom abgeführt, wobei sich die angelegte Spannung auf unter die Entladungsspannung erniedrigt. Wird kein Strom abgeführt, dann befindet sich die angelegte Spannung wiederum auf Teilentladungspotential. Durch Entladung wird erneut Strom abgeführt, worauf sich der Vorgang wiederholt. Es kommt infolgedessen zu einem sehr raschen An- und Abschalten des Stroms, wodurch niemals ein totales Durchschlagen der Flüssigkeit auftreten kann.

in Beim Betrieb wird die angelegte Spannung langsam erhöht. Die dabei auftretenden Teilentladungen beobachtet man auf dem Oszilloskop des Coronadetektors. Der Punkt, an dem die ellipsenförmige Anzeige auf dem Gitter von Entladungen überflutet wird und an

η dem aus der Zelle ein ständig hörbares Krachen kommt, wird als Coronaanfangsspannung (CIV) aufgetragen. Die Geschwindigkeit des Anstiegs der angelegten Spannung beträgt möglicherweise einige hundert Volt pro Sekunde. Nach Ermittlung des CIV-Wertes ernied-

2i) rigt man die Spannung langsam, bis man durch das teilweise Aufhören der Entladungen wieder eine elliptische Anzeige auf dem Gitter sieht. Der Punkt, an dem dies auftritt, wird ebenfalls aufgezeichnet, und hierbei handelt es sich um die Coronaauslöschspan-

2-> nung (CEV).

Man stellt eine Reihe elektrisch isolierender Flüssigkeiten her, die im wesentlichen aus einem flüssigen trimethylsilylendblockierten Polydimethylsiloxan mit einer Viskosität von 5OcSt und aus verschiedenen

ι» nitrosubstituierten Kohlenwasserstoffen in verschiedenen Mengen bestehen. Diese Flüssigkeiten werden nach dem obenerwähnten Verfahren untersucht. Die hierzu jeweils verwendeten speziellen nitrosubstituierten Kohlenwasserstoffe, die davon verwendeten

ii Mengen (der Rest ist jeweils das Siloxan) und die dabei erhaltenen Versuchsergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle hervor. Eine Zahl mit einem (+) dahinter bedeutet, daß der Versuch an diesem Punkt abgebrochen wird und der tatsächliche Wert etwas

4(1 größer ist als der angegebene Wert.

	*)	Nitrcverbindung	Menge	CIV	CIiV
	**)		(Gcw.-%)	(in kV)	(in kV)
A*)	keine	0	15,6	14,8
B	Nitrobenzol	5	18,0	14,5
		2,5	20,0	18,8
		1	19,2	17,6
C	2-Nitropropan	10	19,8	17,0
		5	18,4	17,6
		2,5	20,0+	18,0
		1	20,0+	19,0
D	o-Nitrotoluol	1	19	18
	o-Nitrodiphcnyl-	<1	18	16,4
	amin
Vergleich.
Gesäumte Lösung.

Claims

Patentanspruch:

Elektrisch isolierende Flüssigkeit, bestehend aus einem flüssigen Polyorga;iosiloxan und einem Zusatz, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz eine geringe Menge eines in einem Siloxan löslichen nitrosubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoffs, nitrosubstituierten aliphatischen Kohlenwasserstoffs, nitrosubstituierten cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffs oder eines Gemisches hieraus verwendet wird.