DE2659903C3 - Electrically insulating liquid - Google Patents
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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 dazu, daß die verschiedenen elektrischen Vorrichtungen bei im^ner 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.Many electrical devices need an electrically insulating liquid as Isolation medium. This liquid has a significantly higher breakdown resistance than Air. Replaces the existing between conductors in an electrical device or apparatus Air through such a liquid, then the breakdown voltage of the electrical Increase device. The ever increasing refinement of electrical equipment leads to that the various electrical devices are operated at increasingly higher voltages. This means that the electrically insulating liquids used in such devices always are subject to increasing loads. Because of these problems must of course better such liquids are sought.
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 anderen Flüssigkeiten vorgeschlagen, zu denen auch einige Polysiloxane gehören. Hierzu wird beispielsweise auf US-PS 2377 689 und 3 838 056 sowie auf GB-PS 899 658 und 899661 verwiesen. Die Verwendung von Polyorganosiloxanen als elektrisch isolierende Flüssigkeit ist ferne/ auch aus DE-AS 1189170, 1261573 sowie 1 106821 bekannt, wobei in letzterer bereits der Zusatz von Ketonen als Stabilisierungsmittel für das Organopolysiloxan beschrieben wird. Vor kurzem wurde festgestellt, daß sich die PCB-Verbindungen negativ auf die Umwelt auswirken, und es wird daher weltweit nach einem geeigneten Ersatz für diese Verbindungen gesucht.With the exception of certain special uses, the polychlorinated are biphenyl compounds (commonly referred to as PCB compounds) since the 1930's, as mineral oil In certain applications these PCB connections have been replaced by the normal electrical ones insulating liquid in electrical devices. As electrically insulating liquids were various other liquids have also been proposed, including some polysiloxanes. For this purpose, for example, US-PS 2,377,689 and 3,838,056 and GB-PS 899 658 and 899661 referenced. The use of polyorganosiloxanes as an electrically insulating liquid is distant / also from DE-AS 1189170, 1261573 as well 1 106821 known, with the addition of ketones as a stabilizer for the organopolysiloxane is described. Recently was found that the PCB compounds have a negative impact on the environment and it is therefore used worldwide searched for a suitable replacement for these compounds.
Eine Corona- oder Teilentladung ist beispielsweise ein wesentlicher Faktor, der zu einer Zerstörung und einem Versagen von Kondensatoren und anderen Korrekturvorrichtungen für die Stromstärke führen. Ein bei Coronaspannung betriebener Kondensator hält nur wenige Minuten oder Stunden anstatt der erFor example, a corona or partial discharge is an essential factor that can lead to destruction and failure of capacitors and other amperage correction devices. A capacitor operated at corona voltage only lasts a few minutes or hours instead of it
warteten 20 Jahre, Ein Kondensator, der mit einerwaited 20 years, A capacitor that comes with a
geeigneten elektrisch isolierenden Flüssigkeit ent-suitable electrically insulating liquid
• sprechend imprägniert ist· ist bis zu wenigstens dem• is impregnated to speak · is up to at least that
Zweifachen der berechneten Spannung frei von Coro-Twice the calculated stress free of coro-
naentladung. Wird eine elektrisch isolierende Flüssigkeit während des Betriebs einer zunehmenden Beanspruchung unterzogen, dann kommt man bis zu einem Punkt, an dem ein teilweises Durchschlagen auftritt. Die Spannung, bei der der Kondensator plötzlich zuna discharge. Becomes an electrically insulating liquid subjected to increasing stress during operation, then you come up to one Point at which partial strike-through occurs. The voltage at which the capacitor suddenly increases
ίο 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, voneinander sehr verschieden. Die Coronaentladung hört jedoch nach Spannungserniedrigung wieder auf. Diese Coronaauslöschspannung (CEV) ist kein für jede Flüssigkeit fester Wert, sondern ein'; Funktion von der Intensität der Coronaspannung vor Abfall der Spannung. Beste Ergebnisse erhält man dann, wenn sowohl der CIV-Wert als auch der CEV-Wert möglichst hoch sind und möglichst dicht beieinanderliegen. ίο a corona discharge breaks through is called the corona initial voltage (CIV). This voltage depends on the speed at which the voltage is applied. The different liquids are, in terms of their sensitivity to the rate of voltage increase, very different from each other. However, the corona discharge stops again after the voltage has been reduced. This corona extinction voltage (CEV) is not a fixed value for every liquid, but a '; function on the intensity of the corona voltage before the decrease in the Tension. The best results are obtained when both the CIV value and the CEV value are as close as possible are high and as close together as possible.
Die Transformatoren und Kondensatoren mit den bekannten elektrisch leitenden Flüssigkeiten werden dieser Forderung-selbst wenn diese bereits stabilisierende Zusätze wie Ketone enthalten — jedoch noch nicht in dem heute gewünschten und benötigten Aus-The transformers and capacitors are made with the well-known electrically conductive liquids However, this requirement - even if they already contain stabilizing additives such as ketones - still applies not in the way desired and required today
jo maß gerecht.jo measured fair.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch isolierende Flüssigkeit zu schaffen, deren Werte für die Coronaanfangsspannung und die Coronaauslöschspannung sehr hoch sind und beson-The invention is therefore based on the object of creating an electrically insulating liquid whose Values for the initial corona voltage and the corona extinction voltage are very high and particularly
jr] ders eng beisammenliegen.j r ] ders are close together.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention specified in the claim.
Die erfindungsgemäß geeigneten flüssigen Polyorganosiloxane sind vorwiegend aus Siloxaneinheiten der Formel R2SiO zusammengesetzt, und sie können ferner auch geringere Mengen Siloxaneinheiten üer Formeln R3SiO1^, RSiO?/2 und SiO4^ enthalten. Von besonderem Interesse sind flüssige Polyorganosiloxane der Formel RjSiO(R2SiO)^SiR3. Bei den vorge-The liquid polyorganosiloxanes suitable according to the invention are composed predominantly of siloxane units of the formula R 2 SiO, and they can also contain smaller amounts of siloxane units of the formulas R 3 SiO 1 ^, RSiO 2 and SiO 4 ^. Liquid polyorganosiloxanes of the formula RjSiO (R 2 SiO) ^ SiR 3 are of particular interest. In the proposed
nannten 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,mentioned formulas, the substituents R are preferably hydrocarbon or halogenated hydrocarbon radicals. Examples of suitable substituents R are methyl, ethyl, propyl, butyl, hexyl, decyl, dodecyl, octadecyl, vinyl, allyl, cyclohexyl, phenyl,
-,ο Xenyl, Tolyl, XyIyI, Benzyl, 2-Phenäthyt, 3-Chlorpropyl, 4-Brombutyl, 3,3,3-Trifluopropyl, Dichlorphenyl oder α,α,α-Trifluortolyl. Der Substituent R enthält vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoff atome, wobei Methyl, Vinyl oder Phenyl besonders bevorzugt sind.-, ο Xenyl, Tolyl, XyIyI, Benzyl, 2-Phenäthyt, 3-Chlorpropyl, 4-Bromobutyl, 3,3,3-Trifluopropyl, Dichlorphenyl or α, α, α-Trifluortolyl. The substituent R preferably contains 1 to 6 carbon atoms, methyl, vinyl or phenyl being particularly preferred.
Die erfindungsgemäß eingesetzte elektrisch isolierende Flüssigkeit enthält zweckmäßigerweise mehr als 50% flüssiges Polyorganosiloxan, und dieses macht vorzugsweise 80 bis 99.5 Gew.% der erfindungsgemäß verwendeten Flüssigkeit aus. Diese flüssigen Po-The electrically insulating liquid used according to the invention advantageously contains more than 50% liquid polyorganosiloxane, and this preferably makes up 80 to 99.5% by weight of that according to the invention used liquid. These liquid po-
(,o lyorganosiloxane sind bekannte und im Handel weltweit erhältliche Materialien.(, o lyorganosiloxanes are well known and in trade worldwide available materials.
Als nitrosubstituierte Kohlenwasserstoffe eignen sich vorliegend zwar alle angeführten Nitroverbindungen, Mononitroverbindungen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen werden jedoch besonders bevorzugt. Die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten können ferner auch geringe Mengen üblicher Zusätze enthalten wie Chlorwasserstoffänger, Korrosionsinhibitoren undIn the present case, all of the nitro compounds listed are suitable as nitro-substituted hydrocarbons, However, mononitro compounds having 1 to 10 carbon atoms are particularly preferred. The liquids according to the invention can also contain small amounts of customary additives such as hydrogen chloride scavengers, corrosion inhibitors and
andere herkömmliche Additive, wie sie normalerweise bei solchen Flüssigkeiten verwendet werden, sofern diese die Wirkungsweise dieser Flüssigkeiten nicht nachteilig beeinflussen,other conventional additives normally used in such fluids, as long as these do not adversely affect the mode of action of these liquids,
Außer bei Kondensatoren und Transformatoren können die vorliegend eingesetzten elektrisch lebenden Flüssigkeiten mit Vorteil auch bei anderen elektrischen Vorrichtungen wie Elektrokabeln, Gleichrichtern, Elektromagneten, Schaltern, Sicherungen und Stromkreisunterbrechern und auch als Kühlmittel und Isolatoren für elektrisch isolierende Vorrichtungen wie Sender, Empfänger, Rücklaufspulen, Schallbojen oder Spielzeuge verwendet werden. Die Methoden zum Einsatz der elektrisch isolierenden Flüssigkeiten bei diesen verschiedenen Anwendungsarten (bei denen sie beispielsweise als Flüssigkeitsreservoir oder als Imprägniermittel eingesetzt werden) sind dem Fachmann bekannt.Except for capacitors and transformers, the electrically living ones used here can be used Liquids are also beneficial for other electrical devices such as electrical cables, rectifiers, Electromagnets, switches, fuses and circuit breakers and also as coolants and isolators for electrically isolating devices such as transmitters, receivers, rewind coils, sound buoys or toys are used. The methods of using the electrically insulating Liquids in these different types of applications (for example, where they are used as a liquid reservoir or used as impregnating agents) are known to the person skilled in the art.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels weiter erläutert. Alle darin enthaltenen Teil- und Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen, und alle Viskositätswerte sjnd bei einer Temperatur von 25 ° C gemessen, sofern nichts anderes gesagt ist.The invention is further illustrated by the following example. All parts and percentages contained therein are based on weight and all viscosity values are at a temperature of 25 ° C measured unless otherwise stated.
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 für diesen Versuch eingesetzten Vorrichtung ist ein Biddle-Corona-Detektor mit einer von Hand bedienbaren Variac-Steucning. Die Versuchszeiie bestem aus einem zylindrischen 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 X 10" Ohm. Dieser Widerstand dient zur Strombegrenzung. An examination method for assessing electrically insulating liquids is being developed, which should agree well with the test results obtained using test capacitors receives. The essential component of the device used for this experiment is a Biddle corona detector with a manually operated variac control. The trial is best from a cylindrical glass container. The base of the cell is a plastic filled with ceramic and contains a metal plate made of stainless steel that is directly earthed. The cover of the container is a Stainless steel plate connected to a high-voltage electrode that can be adjusted using a micrometer at the end of which is a steel phonograph needle. The point of this needle is Placed 0.0635 cm above the grounded foot. In the high voltage line connected to the electrode there is a resistance of 1.67 X 10 "ohms. This resistor is used to limit the current.
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 Teilentladung 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 ej-During the experiment, a few cubic centimeters of the liquid to be examined will be in the container given, which is then provided with the cover. With increasing tension, it comes to a partial discharge between the tip of the electrode and the grounded plate. This discharges electricity, the applied voltage decreasing to below the discharge voltage. Will no electricity dissipated, then there is the applied voltage again to partial discharge potential, current is discharged again through discharge, whereupon the Process repeated. As a result, ej-
nem sehr raschen An- und Abschalten des Stroms, wodurch niemals ein totales Durchschlagen der Flüssigkeit auftreten kann.The electricity is switched on and off very quickly, which means that there is never a total breakdown of the liquid can occur.
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 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 erniedrigt man die Spannung langsam, bis man durch das teilweise Aufhören der Entladun-During operation, the applied voltage is slowly increased. The partial discharges that occur are observed one on the oscilloscope of the corona detector. The point at which the elliptical display on the grid is flooded by discharges and at which from the cell there is a constantly audible crack is applied as the initial corona voltage (CIV). The rate of increase in the applied Voltage may be a few hundred volts per second. After determining the CIV value, the voltage is slowly lowered until the partial cessation of the discharge
-M gen wieder 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).-M gen again an elliptical display on the grid sees. The point at which this occurs is also recorded and this is the corona extinction voltage ' (CEV).
Man stellt eine Reihe elektrisch isolierender Flüs-A series of electrically insulating fluids is
2'> sigkeiten her, die im wesentlichen aus einem flüssigen trimethylsilylendblockierten Polydimethylsiloxan mit einer Viskosität von 50 cSt und aus verschiedenen nitrosubstituierten Kohlenwasserstoffen in verschiedenen Mengen bestehen. Diese Flüssigkeiten werden nach dem oben erwähnten Verfahren untersucht. Die hierzu jeweils verwendeten speziellen nitrosubstituierten Kohlenwasserstoffe, die davon verwendeten 2 '> liquids which essentially consist of a liquid trimethylsilyl endblocked polydimethylsiloxane with a viscosity of 50 cSt and of various nitro-substituted hydrocarbons in various amounts. These liquids are examined according to the above-mentioned method. The special nitro-substituted hydrocarbons used for this purpose, those used
' fviciigeir(dei Rest ist-jeweils das Siloxan) und die dabei erhaltenen Versuchsergebnisse gehen aus der fol-'fviciigeir (the remainder is - in each case the siloxane) and the test results obtained are based on the following
»> genden Tabelle hervor. Eine Zahl mit einem ( + ) dahinter bedeutet, daß der Versuch an diesem Punkt abgebrochen wird und der tatsächliche Wert etwas größer ist als der angegebene Wert.»> From the table. A number with a (+) after it means that the attempt is aborted at this point and the actual value is something is greater than the specified value.
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