DE2608464A1

DE2608464A1 - Dielektrische fluessigkeit

Info

Publication number: DE2608464A1
Application number: DE19762608464
Authority: DE
Inventors: Gary Allen Vincent
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1975-03-03
Filing date: 1976-03-01
Publication date: 1976-09-16
Also published as: FR2303068A1; FR2303068B1; US3984338A; CA1079952A; JPS5338172B2; GB1540130A; DE2608464B2; DE2608464C3; CH601896A5; JPS51111861A

Description

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DC 2048

Dow Corning Corporation, Midland, Michigan, V.St.A. Dielektrische Flüssigkeit

Bei zahlreichen elektrischen Vorrichtungen braucht man ein flüssiges Isolationsraedium, das als dielektrische Flüssigkeit bezeichnet wird. Diese Flüssigkeit verfügt über einen wesentlich höheren Durchschlagwiderstand 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 dazu, daß die verschiedenen elektrischen Vorrichtungen bei immmer höher werdenden Spannungen betrieben werden. Dies bedeutet, daß die bei solchen Vorrichtungen verwendeten dielektrischen Flüssigkeiten immer größer werdenden Beanspruchungen unterworfen sind. Diese Probleme machen natürlich die Suche nach besseren dielektrischen Flüssigkeiten erforderlich.

Mit Ausnahme bestimmter spezieller Anwendungen sind die polychlorierten Bipheny!verbindungen (die im allgemeinen als

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PCB-Verbindungen bezeichnet, v/erden) seit den dreißiger Jahren, als Mineralöl bei bestimmten Anwendungen durch polychlorierte Bipheny!verbindungen ersetzt wurde, die in elektrischen Vorrichtungen gewöhnlich verwendeten dielektrischen Flüssigkeiten. Als dielektrische Flüssigkeiten wurden auch bereits verschiedene andere Flüssigkeiten vorgeschlagen, zu denen auch einige Polysiloxane gehören. Hierzu wird beispielsweise auf US-PS 2 377 689 und 3838 056 sowie auf GB-PS 899 658 und 899 661 verwiesen. Vor kurzer Zeit zeigte sich, daß die PCB-Verbindungen ernsthafte negative Einflüsse auf die Umwelt haben, und es wird daher v/eltweit nach einem geeigneten Ersatz für diese Verbindungen gesucht.

Eine Corona- oder Teilentladung ist beispielsweise ein wesentlicher Faktor, der zu einem Verschleiß oder Versagen von Kondensatoren und anderen Korrekturvorrichtungen für den Spannungsfaktor führen. Ein bei Coronaspannung betriebener Kondensator hält nur wenige Minuten oder Stunden anstatt der erwarteten 20 Jahre. Ein Kodensator, der mit einer geeigneten dielektrischen Flüssigkeit entsprechend imprägniert ist, ist bis zu wenigstens dem zweifachen der berechneten Spannung praktisch frei von Coronaentladung. Wird eine dielektrische Flüssigkeit während des Betriebs einer zunehmenden Beanspruchung unterzogen, dann kommt man bis zu einem Punkt, an dem ein teilweises Durchschlagen auftritt. Diese Spannung, bei der der Kondensator plötzlich in einer Coronaentladung durchschlägt, wird als Coronaanfangsspannung (CIV) bezeichnet. Diese Spannung hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der die Spannung angelegt wird. Die verschiedenen Flüssigkeiten unterscheiden sich in ihrer Empfindlichkeit gegenüber der Geschwindigkeit, mit der die Spannung erhöht wird, stark voneinander. Die Coronaentladung verlischt jedoch unter Spannungserniedrigung wieder. Diese Coronaauslöschspannung (CEV) ist kein für jede Flüssigkeit fester Wert, sondern eine Funktion von der Intensität der Coronaspannung vor Abfall der Spannung. Beste Ergebnisse erhält man, wenn sowohl der CIV-Wert als auch der CEV-Wert möglichst hoch sind und möglichst dicht beieinander liegen.

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Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß man durch Einarbeiten bestimmter ausgewählter Ketone in flüssige Polyorganosiloxane eine Zubereitung erhält, die sich als dielektrische Flüssigkeit für elektrische Vorrichtungen eignet. Diese Zubereitungen stellen bei Verwendung als dielektrische Flüssigkeiten einen geeigneten Ersatz für die PCB-Verbindungen dar, welche bisher als dielektrische Flüssigkeiten verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine elektrische Vorrichtung, die eine dielektrische Flüssigkeit enthält, wobei die Verbesserung darin besteht, daß man als dielektrische Flüssigkeit eine Zubereitung verwendet, die im wesentlichen aus einer größeren Menge eines flüssigen Polyorganosiloxans und einer geringeren Menge einer in diesem Siloxan löslichen Verbindung besteht, wobei diese Verbindung R^C=O, Px¹R¹¹C=O oder Campher ist, worin die Substituenten R¹ jeweils Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeuten und der Substituent R¹' für einen Rest der Formel

0
R'-C-R¹¹¹-

steht, in der der Substituent R¹ obige Bedeutung hat und der Substituent R¹" ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine dielektrische Flüssigkeit, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie im wesentlichen aus einer größeren Menge eines flüssigen Polyorganosiloxans und einer geringeren Menge einer in diesem Siloxan löslichen Verbindung besteht, wobei diese Verbindung R'₂C=O₇ R¹R¹¹C=O oder Campher ist, worin die Substituenten R' jeweils Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeuten und die

Substituenten R¹' für einen Rest der Formel

R'-C-R¹V¹-

Il

stehen, in der R' obige Bedeutung hat und R¹ " ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist.

Die erfindungsgemäß geeigneten flüssigen Polyorganosiloxane sind vorwiegend aus Siloxan-Einheiten der Formel R₂SiO zusammengesetzt und können ferner auch geringere Mengen Siloxan-Einheiten der Formel R₃SiO₁ .^, RSiO_3/2 oder SiO,_/2 enthalten. Von besonderem Interess sind flüssige Polyorganosiloxane der Formel R^SiO(R-SiO) SiR.,. In diesen Formeln sind die Substituenten R vorzugsweise Kohlenwasserstoff- oder halogenierte Kohlenwasserstoffreste. Beispiele geeigneter Substituenten R sind Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Hexyl, Decyl, Dodecyl, Octadecyl, Vinyl, Allyl, Cyclohexyl, Phenyl, Xenyl, Tolyl, XyIyI, Benzyl, 2-Phenyläthyl, 3-Chlorpropyl, 4-Brombutyl, 3,3,3-Trifluorpropyl, Dichlorphenyl oder alpha,alpha,alpha-Trifluortolyl. Der Substituent R enthält vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome, wobei Methyl, Vinyl oder Phenyl besonders bevorzugt sind.

Die erfindungsgemäße dielektrische flüssige Zubereitung enthält zweckmäßigerweise mehr als 50 % flüssiges Polyorganosiloxan, und dieses macht vorzugsweise 80 bis 99,5 Gewichtsprozent der erfindungsgemäßen dielektrischen flüssigen Zubereitung aus. Diese flüssigen Polyorganosiloxane sind bekannte und im Handel erhältliche Materialien.

Die erfindungsgemäße flüssige Zubereitung enthält auch eine geringere Menge einer Verbindung der allgemeinen

B Π 9 S 3 8 / 0 6 U 2

Formeln R'.,C=O, R¹R¹¹C=O oder Campher, wobei die Substituenten R¹ Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen sind und der Substituent R¹' für einen Rest der Formel

0
R'-C-R'''-

steht, in der R¹ obige Bedeutung hat und R¹¹¹ ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist. Es wird als wesentlich erachtet, daß diese Ketonverbindungen in dem in der Zubereitung vorhandenem flüssigen Polyorganosiloxan löslich sind. Bei den obigen Formeln kann der Substituent R¹ für einen Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoff rest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen stehen. Beispiele für den Substituenten R¹ sind Methyl, Äthyl, Isopropyl, Butyl, Hexyl, 2-Äthylhexyl, Dodecyl, Vinyl, Allyl, Hexenyl, Phenyl, Benzyl, Tolyl, Chlorpropyl, Trifluormethyl oder Dichlorphenyl. Der Substituent R¹' ist bei obigen Formeln ein Rest der Formel

0
R'-C-R¹''-,

in der R¹ obige Bedeutung hat und R"¹ ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest ist, wie -CH₂-, -(CH₂J₂-, - (CH₂J₃-, -(CH₂Jg- oder -CH₂CH(CH₃)-. Erfindungsgemäß sind zwar alle oben angeführten Verbindungen geeignet, bevorzugt werden jedoch die Verbindungen der Formel R'C=O, in der R¹ für einen Halogenkohlenwasserstoff rest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen steht. Die erfindungsgemäß verwendeten Ketonverbindungen machen einen geringeren Anteil, nämlich weniger als 50 %, der erfindungsgemäßen Zubereitung aus. Im allgemeinen werden diese Materialien vorzugsweise jedoch in Mengen von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent der Zubereitung eingesetzt.

Die erfindungsgemäßen dielektrischen flüssigen Zubereitungen können ferner auch geringe Mengen üblicher Zusätze enthalten, wie Chlorwasserstoffanger, Korrosionsinhibitoren sowie andere

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herkömmliche Additive, die normalerweise bei solchen Zubereitungen verwendet v/erden, sofern diese die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zubereitungen nicht nachteilig beeinflussen.

Die zwei wichtigsten elektrischen Vorrichtungen, bei denen die erfindungsgemäßen dielektrischen Flüssigkeiten eingesetzt werden können, sind Kondensatoren und Transformatoren. Die erfindungsgemäßen dielektrischen 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 dielektrische Vorrichtungen verwendet werden, wie Sender, Empfänger, Rücklaufspulen, Schallbojen, Spielzeuge und militärische Elektronikboxen. Die Methoden zum Einsatz der dielektrischen Flüssigkeiten bei diesen verschiedenen Anwendungsarten (bei denen sie beispielsweise als Flüssigkeitsreservoir oder, als Imprägniermittel verwendet werden) sind dem Fachmann bekannt. Beste Ergebnisse erhält man mit einer solchen erfindungsgemäßen dielektrischen Zubereitung, die über eine Viskosität im Bereich von 5 bis 500 cSt bei 25 ⁰C verfügt. Liegt die Viskosität bei über 500 cSt, dann ist die Zubereitung nur schwierig als Imprägniermittel zu verwenden, und bei einer Viskostität von unter 5 cSt treten Probleme wegen der Flüchtigkeit der Zubereitung auf, sofern man sie nicht in einem geschlossenen System anwendet.

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 ⁰C gemessen, sofern nichts anderes gesagt ist.

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Beispiel

Es wird eine Untersuchungsmethode zur Beurteilung dielektrischer Flüssigkeiten entwickelt, die gut mit den Versuchsergebnissen übereinstimmen dürfte, die man unter Verwendung von Versuchskondensatoren erhält. Das v/esentliche Bauteil der für diesen Versuch verwendeten Vorrichtung ist ein Biddle-Corona-Detektor mit einer von Hand bedienbaren Variac-Steuerung. Die Versuchszelle besteht aus einem zylindrischem Glasbehälter. Der Fuß der Zelle ist ein mit Keramik gefüllter 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 :
gfenzung.

von 1,67 χ 10 Ohm. Dieser Widerstand dient zur Strombe-

Während des Versuchs werden einige ecm der zu untersuchenden Flüssigkeit in den Behälter gegeben, den man dann mit der Abdeckung versieht. Mit zunehmender Spannung kommt es zu einer Teilentladung zwischen der Spitze der Elektrode und der geerdeten Platte. Hierdurch wird Strom abgeführt, der die angelegte Spannung auf unter die Entladungsspannung erniedrigt. Wird kein Strom abgeführt, dann befindet sich die angelegte Spannung wieder auf einem 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.

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Beim Betrieb wird die angelegte Spannung langsam erhöht. Die dabei auftretenden Teilentladungen beobachtet man auf dem Oscilloskop des Corona-Detektors. Der Punkt, an dem die ellipsenförmige Anzeige auf dem Gitter von Entladungen überflutet wird und an dem aus der Zelle ein ständig hörbares Krachen kommt, wird als Coronaanfangsspannung (CIV) aufgetragen. Die Geschwindigkeit der Erhöhung der angelegten Spannung beträgt möglicherweise einige 100 Volt pro Sekunde. Nach Ermittlung des CIV-Wertes erniedrigt man die Spannung langsam, bis man durch das teilweise Aufhören der Entladung wiederum eine elliptische Anzeige auf dem Gitter sieht. Der Punkt, an dem dies auftritt, wird ebenfalls aufgezeichnet, und hierbei handelt es sich um die Coronaauslöschspannung (CEV).

Man stellt eine Reihe dielektrischer Flüssigkeiten her, die im wesentlichen aus einem flüssigen trimethylsilylendblockierten Polydimethylsiloxan mit einer Viskosität von 50 cSt und aus verschiedenen Ketonen in verschiedenen Mengen bestehen. Diese Zubereitungen werden dann nach dem obigen Verfahren untersucht. Die hierzu jeweils verwendeten speziellen Ketone, die jeweils hiervon eingesetzten Mengen (der Rest besteht jeweils aus dem Siloxan) und die dabei erhaltenen Versuchsergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle hervor. Eine Zahl mit einem Plus (+) dahinter bedeutet, daß dieser Versuch an dem genannten Punkt abgebrochen worden ist und der tatsächliche Wert etwas größer ist als der angegebene Wert.

6 [I 9 B 3 H / (1 H /₊ 2

. ,.■ GOPY

Menge CIV CEV

Ketonverbindung (Gewichtsprozent) (in KV) (in KV)

A keine keine 15,6 14,8 B (CH₃)₂C=O

C (CH₃)(C₂H₅)C=O

D (CH₃)(C₆H₅)C=O F (CF₂Cl)₂C=O

Il

G (CH₃CCH₂)(CH₃)C=O

10	19,4	16,8
5	16,0	13,8
1	17,3	15,3
10	16,9	15,9
5	16,6	15,0
1	16,2	15,1
4	20,0+	18,8
2	21,O	18,4
1	19,2	18,0
10	21,0	16,0
5	18,8	16,8
2,5	20,0	19,2
1	20,0	17,0
10	20,0	16,4
5	20,0	18,0
2,5	20,0	18,0
1	20,0	18,0

10	5	20,0	16,8
5		22,0	20,0
2,	21,0	19,6
1	20,0+	18,4

C CH₂

H CH₃C - C(CH₃J₂ - CH 10 17,0 15,6

(Campher)

= Vergleich

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^/iS*^: COPY

Claims

Patentansprüche

1, Dielektrische Flüssigkeit, dadurch g e "K^e η η ζ e i c h η e t, daß sie im wesentlichen aus einer größeren Menge eines flüssigen Polyorganosiloxans und einer geringeren Menge einer in diesem Siloxan löslichen Verbindung besteht, wobei diese Verbindung R'₂C=O, R¹R¹¹C=O oder Campher ist, worin die Substituenten R¹ jeweils Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffreste mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeuten und der Substituent R¹* für einen Rest der Formel

0
R'-C-R¹¹·-

Steht, in der der Substituent R' obige Bedeutung hat und der Substituent R¹" ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist.
2. Dielektrische Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Siloxan die Formel R₇SiO(R₀SiO) SiR, hat, worin R ein Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest ist und χ eine ganze Zahl bedeutet, und das Keton die Formel R¹R¹¹C=O besitzt.

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