DE2838482A1

DE2838482A1 - Isolierfluessigkeiten fuer transformatoren

Info

Publication number: DE2838482A1
Application number: DE19782838482
Authority: DE
Inventors: Fred Berry Waddington
Original assignee: Micanite & Insulators Co Ltd
Current assignee: Micanite & Insulators Co Ltd
Priority date: 1978-09-04
Filing date: 1978-09-04
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2838482C2

Description

Isolierflüs sigkeiten für Transformatoren
Die Erfindung betrifft elektrische Vorrichtungen, die mit Flüssigkeiten isoliert sind, d.h. eine solche elektrische Vorrichtung, die zum Betrieb mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit imprägniert oder in diese eingetaucht ist, und insbesondere verbessert sie dielektrische Flüssigkeiten zur Verwendung für derartige Isolierzwecke.
In bestimmten elektrischen Installationen müssen Vorrichtungen, wie Transformatoren; Kondensatoren, Kabel und Schaltvorrichtungen, durch Imprägnierung mit einer dielektrischen Flüssigkeit oder durch Eintauchen in eine solche FlUssigkeit isoliert werden. Für diesen Zweck ist Petroleum verwendet worden, jedoch besitzt dieses den Nachteil, daß es sich sehr leicht entzündet und bei hohen Temperaturen zersetzt. Als Ersatz sind einige unbrennbare chlorierte Kohlenwasserstoffe verwendet worden, Jedoch bei der Herstellung dieser Materialien bestehen Vergiftungsgefahren. Es ist auch schon bekannt, Silikonöle zu verwenden, jedoch sind diese Substanzen etwas brennbar und besitzen den weiteren Nachteil, daß sie leicht polymerisieren, wenn sie einer elektrischen Teilentladung ausgesetzt werden, wobei gelatinöse Ablagerungen gebildet werden.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer elektrischen Vorrichtung, die mit einer gute dielektrische Eigenschaften aufweisenden Flüssigkeit isoliert ist, wobei die Flüssigkeit weniger von den oben erwähnten Nachteilen besitzt als die bisher bekannten entsprechenden Flüssigkeiten.
Gegenstand der Erfindung ist eine mit Flüssigkeit isolierte elektrische Vorrichtung,die zum Betrieb mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit imprägniert oder in eine derartige Flüssigkeit eingetaucht ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflüssigkeit aus einem aliphatischen Ester besteht, der durch Umsetzung eines methylolsubstituierten aliphatischen Ester besthet, der durch Umsetzung eines methylolsubstituierten niedrigmolekularen aliphatischen Kohlenwasserstoffs mit einer geradkettigen aliphatischen Monokarbonsäure mit sieben bis zehn Kohlenstoffatomen gebildet ist, oder aus einem aromatischen Ester, der durch Umsetzung von Trimeflthsäure und einem oder mehreren einwertigen aliphatischen Alkoholen mit zwei bis neun Kohlenstoffatomen oder aus einem Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Ester besteht.
Bevorzugte aliphatische Ester zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Tetraester von Pentaerythrit sowie die Triester von Trimethylolpropan, die durch Umsetzung von Pentaerythrit bzw. Trimethylolpropan mit Säuren, wie beispielsweise Caprylsäure, Heptansäure und Pelargonsäure gebildet sind. Die bevorzugten aromatischen Ester sind die Triester, die durch Umsetzung von Trimellithsäure mit entweder geradkettigen oder verzweigtkettigen, einwertigen aliphatischen Alkoholen, insbesondere den höhermolekularen Alkoholen mit sieben, acht oder neun Kohlenstoffatomen, gebildet sind, wobei Gemische aus den Alkoholen verwendet werden können.
Die aliphatischen Ester der oben erwähnten Klasse sind niedrigviskose, hochsiedende Flüssigkeiten mit stark verbesserter Flammfestigkeit im Vergleich zu der entsprechenden Sorte Petroleum. Die Flüssigkeiten bestizen außerdem gute elektrische Eigenschaften, insbesondere eine angemessene Dielektrizitätskonstante, einen niedrigen Verlustwinkel, einen hohen elektrischen Widerstand, sowie eine hohe Durchschlagsfestigkeit; die elektrischen Eigenschaften, insbesondere der Verlustwinkel und der Widerstand, werden mit steigendem Molekulargewicht und steigender Molekülsymmetrie verbessert. Die genannten aromatischen Ester besitzen eine höhere Viskosität und hohe Siedepunkte und ebenfalls eine gute Flammfestigkeit sowie gute elektrische Eigenschaften.
Es wurde außerdem gefunden, daß diese Ester beim Bombardieren mit Elektronen hoher Energie, wie sie bei elektrischen Teilentladungen stattfindet, nicht polymerisieren, so daß sie keine gelatiiösen Ablagerungen bilden, wenn sie einer derartigen Entladung ausgesetzt werden. Weitere Vorteile der genannten Materialien bestehen darin, daß sie ungiftig und verhältnismäßig wohlfeil sind, sowie nötigenfalls durch Verbrennen oder bakterielle Einwirkung leicht vernichtet werden können, so daß sie keine ökologische Gefahr darstellen.
Zwei oder mehr der genannten Ester können in beliebigen Mengenverhältnissen miteinander vermischt werden, um Isolierflüssigkeiten zu erzielen, die bestimmte Eigenschaften für bestimmte Zwecke besitzen. Es wurde gefunden, daß besonders vorteilhafte Ergebnisse durch Vermischen eines aromatischen mit einem aliphatischen Ester erhalten werden können: durch Veränderung der relativen Anteile an aromatischen und aliphatischen Estern in derartigen Gemischen kann eine Palette an Isolierflüssigkeiten mit gesteuerten aliphatisch/aromatischen Eigenschaften sowie gesteuerten elektrischen Eigenschaften, gesteuerter Viskosität und gesteuerter Flarninfestigkeit hergestellt werden.
Beispiele für typische Ester, die sich zur Verwendung für den erfindungsgemäßen Zweck eignen, sind zusammen mit Einzelheiten ihrer Eigenschaften weiter unten zusammengestellt. In Jedem Fall wurde die Durchschlagsfestigkeit nach British Standard No. 148, der Brennpunkt nach dem Verfahren aus Institute of Petroleum Handbook Nr. 36/63 und der Zündpunkt nach ASTM Nr. D-286-58T bestimmt.
Beispiel 1: Trimethylolpropantriheptanoat, erhalten durch Umsetzung von Trimethylolpropan (CH3-CH2-C(CH20H)3 mit Heptansäure (C6H13-C02H).
Eigenschaften: Viskosität bei 300 c 24 cSt Siedepunkt (imm Hg) 225 0C tg 6 0.026 Spez. Widerstand 1 x 101 Ohm cm DK 3.3 Durchschlagsfestigkeit 55 kV Brennpunkt 2770C (530°F) Zündpunkt 4460C (8350F) Beispiel 2: Trimethylolpropantricaprylat, erhalten durch Umsetzung von Trimethylolpropan mit Caprylsäure (C7H15-CO2H).
Eigenschaften: Viskosität bei 300C 30 cSt Siedepunkt (1mm Hg) 2400C tg 6 0.003 Spez. Widerstand 6 x 1012 Ohm - cm DK 3.2 Durchschlagsfestigkeit 70 kV Brennpunkt 2930C (5600F) Zündpunkt 4490C (8400F) Beispiel 3: Pentaerythrittetrapelargonat, erhalten durch Umsetzung von Pentaerythrit (C(CH20H)4) mit Pelargonsäure (C8H17 . C°2H) Eigenschaften: Viskosität bei 400C 34cSt Siedepunkt (1mm Hg) 2550C tg # 0.002 Spez. Widerstand 10 x 10i2 Ohm cm DK 3.1 Durchschlagsfestigkeit 70 kV Brennpunkt 3350C (6350F) Zündpunkt 4540C (850°F) Beispiel 4: Trimellithsäureester, erhalten durch Umsetzung von Trimellithsäure (Benzol-1, 2, 4-Tricarbonsäure) mit einem Gemisch aus den drei geradkettigen Alkoholen n-Heptanol (C7H150H), n-Octanol (C8H170H) und n-Nonanol (c9H190H).
Eigenschaften: Viskosität bei 1000C 7.5 cSt Viskosität bei 400C 53 cSt Gußpunkt -450C Siedepunkt (1mm Hg) 2500C Spezifisches Gewicht bei 200C 0.995 Brennpunkt 3000C Flammpunkt 276°C tg # 0.02 Spez. Widerstand 2 x 10¹² Ohm cm DK 5.0 Durchschlagsfestigkeit 55 kV Zufriedenstellende Isolierflüssigkeiten lassen sich herstellen, indem man dieses Trimellithsäureestergemisch mit Pentaerythrittetraheptanoat in beliebigen Mengenverhältnissen bis zu 50 Vol. Trimellithsäureester vermischt.
Gewünschtenfalls können die in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendeten Isolierflüssigkeiten mit herkömmlichen Antioxidationsmitteln, wie beispielsweise substituierten Phenolen oder alkylierten sekundären Aminen, die ihnen eine verbesserte Wärmestabilität verleihen, ohne ihre elektrischen Eigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen, vermischt werden.
Außerdem wurde gefunden, daß die Flammfestigkeit der Ester wesentlich durch Zusatz einer flammverzögernden Flüssigkeit verbessert werden kann. Beispiele für derartige Zusatzmittel sind Trichlorbenzol, Hexachlorbutadien, Tritoloylphosphat und andere organische Verbindungen mit Phosphat-oder Chlor-, Brom- oder Fluorsubstituenten. Derartige Verbindungen sind als Flammverzögerungsmittel wirksam, wenn sie der Isolierflüssigkeit in einem Verhältnis von 10 - 40%, bezogen auf das Volumen des Esters oder Estergemisches, zugesetzt werden.

Claims

PatentangprUche 1. Mit einer Flüssigkeit isolierte elektrische Vorrichtung, e e zum Betrieb mit einer elektrisch isolierenden FlUssigkeit imprägniert oder in diese eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Flüssigkeit aus einem durch Umsetzung zwischen einem methylol- substituierten niedrigmolekularen aliphatischen Kohlenwasserstoff mit einer geradkettigen aliphatischen Monokarbonsäure mit sieben bis zehn Kohlenstoffatomen erhaltenen aliphatischen oder durch Umsetzung von Trimellithsäure mit einem oder mehreren einwertigen aliphatischen Alkoholen mit zwei bis neuen Kohlenstoffatomen erhaltenen aromatischen Ester oder aus einem Gemisch zweier oder mehrerer dieser Ester besteht.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester oder jeder Ester des Gemisches ein Tetraester von Pentaerythrit oder Triester von Trimethylolpropan oder ein Triester von Trimellithsäure ist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester oder Jeder Ester des Gemisches durch Umsetzung von Pentaerythrit oder Trimethylolpropan mit Caprylsäure, Heptansäureoder Pelargonsäure oder durch Umsetzung von Trimellithsäure mit einem oder mehreren einwertigen aliphatischen Alkoholen mit sieben, acht oder neun Kohlenstoffatomen gebildet ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflüssigkeit aus einem Gemisch aus mindestens einem aliphatischen und mindestens einem aromatischen Ester besteht.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, d a d u r c h g e-k e n n z e i c h n e t daß die Isolierflüssigkeit aus Trimethylolpropantriheptanoat, Trimethylolpropantricaprylat, Pentaerythrittetrapelargonat oder einem Trimellithsäureester von einem Gemisch aus n-Heptanol, n-Oktanol oder n-Nonanol oder aus einem Gemisch aus zweien oder mehreren dieser Ester besteht.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierflüssigkeit ein Antioxidationsmittel zugemischt ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h - g e k e n n z e i c h n e t, daß der Isolierflüssigkeit 10 bis 40%, bezogen auf das Volumen des Esters oder Estergemisches, einer Flammverzögerungsflüssigkeit zugemischt sind.