DE3003256C2 - Verwendung synthetischer Kohlenwasserstoffe als dielektrische Isolierflüssigkeit - Google Patents
Verwendung synthetischer Kohlenwasserstoffe als dielektrische IsolierflüssigkeitInfo
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Description
Auf dem Gebiet der Isolierflüssigkeiten ist die jo
Verwendung von halogenierten Diphenyl-Derivaten bekannt, deren Nachteil es aber ist, daß ihre
außergewöhnliche Stabilität zur Anreicherung in der Umgebung führt, mit den sich daraus ergebenden
Gefahren für Lebewesen. Weiterhin beschreibt die DE-AS 25 23 898 als flüssige Dielektrika die Verwendung
von Polychlorpolyphenylalkanen. also ebenfalls chlorierten Aromaten, die jedoch bei bestimmten
Anwendungen, insbesondere bei ihrer Verwendung als Imprägnierharze für Kondensatoren, des zusätzlichen
Einsatzes von HCl-Akzeptoren bedürfen, also nicht universell verwendbar sind.
Die Erforschung neuer, als Isolierflüssigkeiten verwendbarer Ersatzstoffe mußte zwangsläufig den Grad
der Unbedenklichkeit dieser Ersatzstoffe \om biologi- "5
sehen und ökologischen Standpunkt bewerten und berücksichtigen. Das Problem machte sich insbesondere
auf dem Gebiet der Kondensatoröle bemerkbar, wo die Möglichkeit des Austritts in die Umgebung nicht zu
unterschätzen ist. Deshalb war die Entwicklung des so
Standes der Technik im wesentlichen auf aliphatische Ester oder aromatische Äther einerseits und synthetische
Kohlenwasserstoffe andererseits gerichtet, da diese Verbindungen biologisch abbaubar und wenig
toxisch sind.
Im Bereich der synthetischen Kohlenwasserstoffe haben solche mit mehreren Benzolringen, die unterschiedlich
durch Methylenbrücken verbunden und bei denen Alkylreste verschiedener Art in Abhängigkeit
vom gewünschten Produkt an den Benzolring gebunden *>o
sind, besondere Bedeutung erlangt und werden zur Imprägnierung von Isolierpapier in Papierkondensatoren
verwendet.
Im Gegensatz hierzu muß bei Kondensatoren unter F.insatz von Kunststoff-Folien, beispielsweise Polypro- b=>
pylenfolien, die Isolierflüssigkeit als Schutzüberzug zwischen Metallblech und Kondensatorfolie so ausgebreitet
werden, daß jeder freie Raum ausgefüllt ist.
Während dieses Arbeitsganges, der meist bei mäßiger Temperatur und unter Vakuum durchgeführt wird, spielt
nicht nur die Viskosität dieser Flüssigkeit eine maßgebende Rolle, da die Isolieröle des vorstehend
genannten Typs in die Kunststoff-Folie einzudringen und alle in der Struktur der Folie vorhandenen Poren
und Hohlräume auszufüllen vermögen, vielmehr ist darüber hinaus eine nur geringe lösende oder quellende
Wirkung dieser Flüssigkeit erwünscht.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, dielektrische Isolierflüssigkeiten zu verwenden, die die oben
geschilderten Nachteile der bekannten Dielektrika nicht aufweisen und bei denen durch Kombination einer
niedrigen Viskosität mit einer erheblichen chemischen Indifferenz gegenüber Kunststoff-Folien deutliche Verbesserungen
erzielt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in der Verwendung von synthetischen Kohlenwasserstoffen
und Gemischen dieser Kohlenwasserstoffe der allgemeinen Formel
in der
Ar ein Benzolring oder ein Diphenylring ist,
R für H, CHj, C2H5, lsopropyl oder die höheren Homologe bis zu G) steht, die gleich oder verschieden sind, wenn die Zahl der Reste R höher istais 1,
η und m gleiche oder verschiedene ganze Zahlen im
R für H, CHj, C2H5, lsopropyl oder die höheren Homologe bis zu G) steht, die gleich oder verschieden sind, wenn die Zahl der Reste R höher istais 1,
η und m gleiche oder verschiedene ganze Zahlen im
Bereich von 1 bis 5 sind,
q eine ganze Zahl von 1 bis 4 und
R' einen cycloaiiphatischen Rest, vorzugsweise Cyclohexan oder Cyclopentan, bedeutet,
als dielektrische Isolierflüssigkeit. Wenn η größer ist als I, kann R in den verschiedenen Stellungen des BenzoIringE der gleiche oder ein unterschiedlicher Substituent sein.
q eine ganze Zahl von 1 bis 4 und
R' einen cycloaiiphatischen Rest, vorzugsweise Cyclohexan oder Cyclopentan, bedeutet,
als dielektrische Isolierflüssigkeit. Wenn η größer ist als I, kann R in den verschiedenen Stellungen des BenzoIringE der gleiche oder ein unterschiedlicher Substituent sein.
Die Verwendung der genannten Kohlenwasserstoffe als dielektrische Isolierflüssigkeiten kann erfindungsgemäß
auch so erfolgen, daß diese in Mischung mit Isolierölen bekannter Art eingesetzt werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Kohlenwasserstoffe kann nach klassischen Reaktionen
erfolgen, die in der Literatur beschrieben sind, so daß hier von einer ausführlichen Beschreibung abgesehen
werden kann, zumal für die Herstellung dieser Kohlenwasserstoffe kein Schutz begehrt wird.
Vorzugsweise können die erfindungsgemüß verwendeten
synthetischen Kohlenwasserstoffe durch Halogenierung, beispielsweise fotochemische Halogenierung
von cycloaiiphatischen Verbindungen erhalten werden, wobei sich als Ausgangsmaterial auch Cycloalkanole,
die nach Umsetzung mit wäßrigem Chlorwasserstoff ebenfalls Chlorcycloalkane ergeben, eignen. Anschließend
kann das Chlorcycloalkan durch Friedel-Crafts-Reaktion mit einem aromatischen System (R)n-Ar
entsprechend der oben genannten Formel, in der R für Wasserstoff, Methyl, Äthyl, lsopropyl oder höhere
Homologe steht, umgesetzt werden. Beispiele solcher aromatischen Verbindungen sind Benzol, Toluol, Xylol,
Diphenyl, Alkyldiphenyl und ihre Gemische. Anstellt von Chlorcycloalkanen können bei der vorstehend
genannten Kondensationsreaktion auch entsprechende Cycloalkane verwendet werden. Bei der hier nicht
beanspruchten Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Kohlenwasserstoffe ist es zweckmäßig, nach
der Entfernung der Katalysatoren und sorgfältiger
Neutralisation des Reaktionsgemisches das gewünschte Produkt durch Destillation oder Rektifikation abzutrennen
und mit aktiviertem Kieselgur oder Aluminiumoxid zu behandela Die folgenden Beispiele beschreiben die
Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Verbin- "> düngen sowie deren dielektrische Eigenschaften.
In einen mit Rührer versehenen Reaktor, der mit einer UV-Lampe bestrahlt wurde, wurde Cyclohexan i"
gegeben. Durch ein Tauchrohr wurde gasförmiges Chlor in einer solchen Menge eingeführt, daß die
Temperatur bei etwa 30° C gehalten wurde. Der entwickelte Chlorwasserstoff wurde durch eine geeignete
Apparatur absorbiert Nachdem 25 bis 30% der r> Cyclohexanmoleküle umgesetzt waren, wurde die
Halogenierung abgebrochen und der Gehalt an Halogenid durch gaschromatografisch,· Analyse bestimmt.
In einen zweiten Reaktor wurden 1062 g (10 Mol) trockenes Xylol gegeben. Nach Zugabe von iOg
wasserfreiem AICb wurden 2045 g der vorstehend beschriebenen Lösung, die 593 g Halogenid enthielt,
langsam eingeführt Der hierbei entwickelte Chlorwasserstoff wurde getrennt absorbiert. Die Reaktion wurde
1 Stunde bei Raumtemperatur durchgeführt und in weiteren 2 Stunden vollendet
Nach der Extraktion des katalysators mit Hilfe von Wasser unter Rühren wurde das Gemisch mit
Natriumbicarbonat neutralisiert und dann in einer Kolonne mit 30 Böden bei Normaldruck rektifiziert. Das
Cyclohexan ging bei 8I0C über und wurde zurückgewonnen.
Durch anschließendes Anlegen von mäßigem Vakuum (333 mbar) in der gleichen Apparatur wurde
überschüssiges Xylol entfernt Abschließend wurde das Produkt ohne Rektifizierung bei 133 bis 2,7 mbar
destilliert wobei 905 g einer farblosen Flüssigkeit erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 96% der Theorie.
Das in dieser Weise erhaltene öl wurde durch mehrmalige Behandlung mit aktiviertem Aluminiumoxid
sorgfältig gereinigt Es hatte die folgenden physikalischen Eigenschaften:
Nach Beendigung der Anlagerung des Cyclohexylchlorids
an das Toluol wurde das Reaktionsgemisch weitere 3 Stunden bei der gleichen Temperatur und dann bis zur
Beendigung der Entwicklung von Chlorwasserstoff 1 Stunde bei 90°C gerührt
Nach der Zerstörung des katalytischen Komplexes mit Wasser, einigen weiteren Waschen mit Wasser und
nach Entfernung des überschüssigen Toluols durch Rektifizierung wurde das Syniheseprodukt unter
vermindertem Druck (2,7 mbar) destilliert. Als Produkt wurde Methylcyclohexylbenzo! in einer Ausbeute von
95%, bezogen auf eingesetztes Cyclohexylchlorid, erhalten.
Ferner wurde Cyclohexylchlorid mit Diphenyl in einer Friedel-Crafts-Reaktion umgesetzt Nach Rektifizierung
des überschüssigen Diphenyls und Destillation des Reaktionsprodukts bei 2,7 mbar wurde Cyclohexyldiphenyl
in einer Ausbeute von 70%, bezogen auf eingesetztes Halogenid, erhalten. Durch Mischen der
Produkte der beiden vorstehend genannten Reaktionen im Mengenverhältnis von 2 Teilen Toluolderivat und 1
Teil Diphenyiderivat wurde ein Gemisch erhalten, das nach Reinigung mit aktiviertem Aluminiumoxid oder
aktivierter Bleicherde die folgenden Eigenschaften hatte:
| Spezifisches Gewicht bei 20° C | 0,965 |
| Spezifisches Gewicht bei 90° C | 0,920 |
| aV zwischen 20° und 90°C | 4,87% |
| Viskosität bei 20°C | 10mm2/s |
| Flammpunkt (Penski-Martens | |
| in geschlossener Schale) | über 130°C |
| Fließpunkt | -50° C |
| Gasentwicklung | |
| (ASTM D23O0-76) | - 140μΙ/ιηίη. |
| bei80°C;10kV | |
| ε (90° C) | 2,4 |
| tangensox 100 (90° C) | 0,10 |
| Du rchsch lagsf estigkei t | 320 kV/cm |
| Spezifischer Widerstand | |
| (500 V, 1 min.) | 8 xlO13 |
| bei 90° C |
Spezifisches Gewicht bei 20° C 0,936
Viskosität bei 20° C 10,8 mmz/s
Fließpunkt unter-50° C
Brennpunkt 145° C
Siedebereich 263° bis 280° C
Dielektrische Eigenschaften:
j Dielektrizitätskonstante
j Dielektrizitätskonstante
Ι? (90° C, 50 Hz, 2000 V) 2,32
[' Verlustwinkel χ 100
ί (90° C, 50 Hz, 2000 V) 0,08
^, Durchschlagsfestigkeit 320 kV/cm
Mit diesem öl wurden aus metallisierter Kunststoffolie
gewickelte Kondensatoren mit geringer Kapazität hergestellt Die Kondensatoren zeigten sehr niedrige
Werte des dielektrischen Verlustfaktors und ausgezeichnete Isolierfestigkeit:
Das vorstehend beschriebene Isolieröl wurde zur Imprägnierung von Kondensatoren mit gemischtem
Dielektrikum, d. h. Kondensatoren mit drei Isolierschichten, nämlich einer Polypropylenfolie von. 12 μιη
Dicke, einem Papierblatt von 10 μιπ Dicke und einer
Polypropylenfolie von 15 μιη Dicke, verwendet. In
jedem Fall wurde eine glatte Folie verwendet. Die Kondensatoren hatten die folgenden Eigenschaften:
55
60
0,4 x
Verlustwinkel tangens ό
Isolationswiderstand
Isolationswiderstand
Cyclohexylchlorid wurde in Gegenwart von AICl3 mit
im Überschuß verwendetem Toluol bei 70°C umgesetzt.
Mittlere Kapazität
tangensox 100
(bei 200C und 1000 Hz)
tangensox 100
(bei 2O0C und 50 Hz)
(bei 2O0C und 50 Hz)
Isolationswiderstand
(500 V, 1 min.)
(500 V, 1 min.)
147 μΡ
0,22, gemessen unter niedriger Spannung
0,07, gemessen bei 800 V
2,8 xlO10 Ω
Die erfindungsgemäß verwendeten Kohlenwasserstoffe weisen ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften
auf. Ihr Isolationswiderstand ist hoch bei einer Durchschlagsfestigkeit von mehr als 320 kV/cm und ihr
Verlustfaktor ungewöhnlich niedrig. Ferner sind ihre
physikalischen Eigenschaften interessanL Insbesondere wird durch den unter — 500C liegenden Fließpunkt die
Zone anomaler Dispersion in Richtung sehr tiefer Temperaturen verschoben und die Verwendung der
Isolierflüssigkeiten in Zonen mit sehr kaltem Klima ermöglicht. Ihre sehr niedrige Viskosirät gewährleistet
während der Herst<"'ling eines Folienwickelkondensators
die vollständige Ausfüllung a!!er Zwischenräume, und ihr hohes Isoliervermögen ermöglicht die weitgehende
Anwendung nicht nur für Kondensatoren, sondern auch in Transformatoren, wo die Dünnflüssigkeit
des Isolieröls die für die Wänr.edissipation in solchen Vorrichtungen unerläßlichen Konvektionsströmungen
begünstigt. Außerdem können sie auf Grund ihres im allgemeinen zwischen 250° und 3500C
liegenden sehr hohen Siedepunktes bei Normaldruck als Wärmeübertragungsflüssigkeiten in Heizgeräten verwendet
werden.
Claims (2)
1. Verwendung von synthetischen Kohlenwasserstoffen und Gemischen dieser Kohlenwasserstoffe
der allgemeinen Fonnel
[(R)n- Ar^(R'),,
in der Ar ein Benzolring oder ein Diphenylsystem ist,
R für H, CH3, C2H5, lsopropyl oder die höheren
Homologe bis zu C9 steht, die gleich oder verschieden sind, wenn die Zahl der Reste R
höher ist als 1,
/7 und m gleiche oder verschiedene ganze Zahlen im
Bereich von 1 bis 5 sind,
q eine ganze Zahl von 1 bis 4 und
R' einen cycloaiiphatischen Rest, vorzugsweise Cyclohexan oder Cyclopentan, bedeutet,
als dieleklrische Isolierflüssigkeit.
2. Verwendung der im Anspruch 1 genannten synthetischen Kohlenwasserstoffe in Mischung mit
Isolierölen bekannter Art für den im Anspruch 1 genannten Zweck.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT20101/79A IT1113015B (it) | 1979-02-09 | 1979-02-09 | Idrocarburi sintetici,particolarmente atti come fluidi isolanti dielettrici |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3003256A1 DE3003256A1 (de) | 1980-08-14 |
| DE3003256C2 true DE3003256C2 (de) | 1982-12-16 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3003256A Expired DE3003256C2 (de) | 1979-02-09 | 1980-01-30 | Verwendung synthetischer Kohlenwasserstoffe als dielektrische Isolierflüssigkeit |
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