EP3762466A1 - Utilisation d'un mélange en tant que fluide diélectrique - Google Patents

Utilisation d'un mélange en tant que fluide diélectrique

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Publication number
EP3762466A1
EP3762466A1 EP19713531.2A EP19713531A EP3762466A1 EP 3762466 A1 EP3762466 A1 EP 3762466A1 EP 19713531 A EP19713531 A EP 19713531A EP 3762466 A1 EP3762466 A1 EP 3762466A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weight
composition
mixture
relative
total
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19713531.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérémie WALKER
Bernard Monguillon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP3762466A1 publication Critical patent/EP3762466A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/20—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances liquids, e.g. oils
    • H01B3/22—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances liquids, e.g. oils hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling

Definitions

  • the present invention relates to the use of a mixture comprising benzyltoluene and dibenzyltoluene as dielectric fluid, to improve the life of a transformer.
  • the invention also relates to specific mixtures comprising benzyltoluene and dibenzyltoluene.
  • Dielectric fluids are insulating materials conventionally used in electrical equipment, such as high-voltage cables and transformers, in which they are impregnated on a solid material used as an insulator, such as a polypropylene film, paper, possibly a combination of both called “mixed film-paper”.
  • the dielectric fluids most commonly used in transformers are mineral oils on the one hand for their physico-chemical properties and on the other hand for their low cost and availability.
  • mineral oils have the advantage of being good thermal conductors and of being able to effectively evacuate the heat produced by the current and through the windings and the magnetic circuit of a transformer, in particular a power transformer.
  • a power transformer is called a transformer having an apparent power strictly greater than 3 MVA (in three-phase). Transformers with a power of less than or equal to 3 MVA are distribution transformers.
  • the use of mineral oils poses problems in environmental matters, especially in case of leakage, and safety in case of fire due to a flash point and an ignition point that may be too low depending on the operating temperature of the transformer.
  • the mineral oils have good dielectric and thermal performance but their use requires specific precautions in terms of safety and waste treatment occurring at the end of life of the oil and / or transformer.
  • alternative fluids especially based on silicone oils or synthetic and natural esters, such as vegetable oils and fatty acid esters, have been developed. Indeed, the esters are biodegradable and the silicone oils are inert.
  • alternative fluids generally have flash and ignition points twice as high as mineral oil, which reduces the potential for ignition or even explosion of the transformer.
  • WO 2016/167176 discloses a dielectric fluid comprising at least one fatty acid ester.
  • the reciprocating fluids have a low caloric evacuation capacity during heating of the transformer, which may in certain cases lead to a change in the design of the fluid circulation channels inside the transformer, leading in particular to their enlargement.
  • their low chemical stability and oxidation resistance generally require the systematic presence of many additives.
  • the fluids generally used as insulating materials in transformers, including power gradually lose their dielectric properties with aging, caused by operating conditions, and above all by the temperature.
  • the use of fluids having better heat exchange characteristics allows the transformers to operate at lower temperatures, which could increase their service life.
  • US 4,523,044 discloses dielectric fluids mainly consisting of oligomers of benzyltoluene and a small proportion of ditolylphenylmethane oligomers.
  • a cellulosic insulation (called paper insulation) has also been designed to have an insulating material having better dielectric and thermal performance.
  • Such insulation can be achieved using layers of paper and / or polymeric films, such as polypropylene films, superimposed and dried, and then impregnated with dielectric fluids.
  • an insulating paper-based material has more affinity with water.
  • the thermal degradation of the paper produces water which remains preferentially in the paper, which most often results in a deterioration of the dielectric properties of the insulating material.
  • one of the objectives of the present invention is to implement dielectric fluids having increased thermal stability, improved heat exchange characteristics, in particular greater than those of mineral oils, as well as optimized electrical performance. to improve the life of the transformers.
  • the invention more particularly aims to provide dielectric fluids having suitable properties to improve the life of the transformers.
  • the Applicant has discovered that this need could be satisfied through the use of a particular mixture as a dielectric fluid. More particularly, the Applicant has discovered that this need could be satisfied through the use of a particular mixture as a dielectric fluid in a transformer.
  • the present invention relates to the use of a mixture, as a dielectric fluid, comprising a composition A comprising dibenzyltoluene and benzyltoluene, to improve the shelf life of a transformer, preferably a power transformer.
  • the invention relates to the use of a mixture as described above to increase the life of a transformer.
  • the invention relates to the use of a dielectric fluid comprising a composition A as described above to increase the life of a transformer.
  • the use of such a mixture improves the thermal performance, the heat exchange characteristics, in particular through a better efficiency with respect to the removal of calories during heating of the transformer. Indeed, this evacuation of calories is fast thanks to the use of such a mixture, which also reduces the temperature of the transformer, especially at full load.
  • the mixture allows to evacuate more calories in free convection and forced convection.
  • Another advantage of the use according to the present invention is that said mixture also slows the aging of the paper.
  • the fluid advantageously solubilizes water, especially more than mineral oils.
  • the use of such a mixture improves the electrical performance, in particular thanks to improved permittivity and dielectric strength.
  • the dielectric strength expressed in V / m, is the minimum electric field that causes the breakdown of a material, as mentioned in "Engineering Techniques d2470: Insulating liquids in electrical engineering, presentation general ", by No ⁇ lle Berger, May 2002.
  • the mixture thus has thermal and electrical advantages while respecting the requirements in terms of environmental protection and safety.
  • composition A comprises dibenzyltoluene and benzyltoluene.
  • dibenzyltoluene and benzyltoluene include their respective partially or fully hydrogenated counterparts.
  • composition A dibenzyltoluene and benzyltoluene may be replaced in whole or in part, preferably in part, by one or more of their partially and / or fully hydrogenated homologues, preferably their partially hydrogenated counterparts.
  • the composition A may also optionally comprise water within the meaning of the present invention. The water is nevertheless present in trace amounts when the composition A comprises, such that at a content less than or equal to 100 ppm relative to the total content of the composition A. The water may be present if however, preferably not added during the preparation of composition A but may correspond to the residual water provided by the mixed ingredients.
  • the traces of water that may possibly be present in the composition A may also come from other sources of trace water that are found in the dielectric fluid during its use in a transformer
  • the water may be derived from the degradation of the paper present in said transformer and mix with the dielectric fluid.
  • composition A can be made from commercial compounds taken separately or obtained by a method of coupling benzyl chloride on toluene in the presence of a Friedel and Crafts catalyst, and then distillation.
  • the composition A is prepared according to a process as described in document EP0435737, which uses ferric chloride as a catalyst.
  • the reaction can be conducted at a temperature of 50 ° C to 150 ° C.
  • the reaction mixture obtained is generally treated to remove, on the one hand, the excess toluene by distillation, and on the other hand, the organic chlorine products formed (for example by contacting, with heat and stirring, with an alcoholate ).
  • the partially and / or fully hydrogenated homologues explained above can be easily obtained by partial or total hydrogenation of the mixture present in the composition A or by partial or total hydrogenation of each of the components of the composition A, and then mixed.
  • the hydrogenation reactions and the operating conditions are now well known to those skilled in the art, and these hydrogenation reactions are advantageously catalytic reactions carried out under hydrogen pressure according to known and accessible procedures.
  • the benzyltoluene may be in the form of any isomer, especially chosen from ortho- (CAS 713-36-0), para- (CAS 620-83-7), meta-benzyltoluene, and mixtures thereof (in particular CAS 27776-01 -8). Any isomer of dibenzyltoluene and mixtures thereof can be used (CAS 26898-17-9, CAS 53585-53-8).
  • composition A comprises:
  • composition A from 2% to 30% by weight of dibenzyltoluene, relative to the total weight of composition A; and from 70% to 98% by weight of benzyltoluene, relative to the total weight of composition A.
  • the composition A comprises from 10% to 30% by weight of dibenzyltoluene, preferably from 12% to 28% by weight, more preferably from 22% to 25% by weight, relative to the total weight of the composition. AT.
  • the composition A comprises from 70% to 90% by weight of benzyltoluene, preferably from 72% to 88% by weight, more preferably from 75% to 78% by weight, relative to the total weight of the composition A.
  • composition A consists of 25% by weight of dibenzyltoluene and 75% by weight of benzyltoluene, relative to the total weight of composition A.
  • An example of composition A is especially commercially available. from ARKEMA under the trade name Jarythem ® BT06.
  • the invention relates to the use of a dielectric fluid comprising a composition A as described above to increase the life of a transformer.
  • the dielectric fluid that can be used in the context of the present invention and comprising composition A may contain one or more other components, among which may be mentioned, esters, oils, for example mineral oils, as well as all types of additives. well known to those skilled in the art of transformers.
  • the dielectric fluid used in the context of the present invention comprises a composition A as defined above, and at least one ester, preferably at least one organic acid ester.
  • the mixtures comprising a composition A as defined above and at least one ester are new and as such also form part of the present invention.
  • Said at least one organic acid ester that may be present in the dielectric fluid that may be used in the context of the present invention may be of any type that is well known to those skilled in the art and is preferably chosen from natural fatty esters. , artificial or synthetic, and more preferably from mono-, di-, tri- or tetraesters, obtained by reaction between at least one mono- or di-carboxylic fatty acid having from 5 to 30 carbon atoms with an alcohol , a diol, a triol or a linear or branched tetrol.
  • said at least one ester is chosen from the group consisting of the esters of formulas (I) and (II) following:
  • R 1 denotes a linear or branched, saturated or unsaturated carbon chain comprising from 5 to 30 carbon atoms, and preferably 5 to 20 carbon atoms;
  • R 2 denotes a linear or branched, saturated or unsaturated carbon chain comprising from 1 to 10 carbon atoms, for example methyl, ethyl, propyl, butyl, 2-ethylhexyl, 2-octyl, decyl,
  • R 3 , R 4 and R 5 denote, independently of each other, a carbon chain, linear or branched, saturated or unsaturated, comprising from 5 to 20 carbon atoms.
  • R 1 comprises from 7 to 20 carbon atoms.
  • R 2 comprises from 1 to 5 carbon atoms.
  • R 3 , R 4 and R 5 denote an identical carbon chain.
  • said at least one ester is selected from the group consisting of plant esters, vegetable oils and mixtures thereof.
  • methyl glutarate ethyl glutarate, methyl oleate, butyl oleate, methyl succinate , 1-methylpropyl succinate, castor oil methyl esters, animal fat esters such as tallow methyl esters.
  • Said esters may also be glycerides, for example those present in vegetable oils, such as olive oil, rapeseed oil, cocoa oil, peanut oil, coconut oil and the like. mustard, castor oil, cottonseed oil, sunflower oil, corn oil, safflower oil, palm oil, coconut oil, sesame oil, rice oil, linseed oil, grapeseed oil and soybean oil.
  • vegetable oils such as olive oil, rapeseed oil, cocoa oil, peanut oil, coconut oil and the like. mustard, castor oil, cottonseed oil, sunflower oil, corn oil, safflower oil, palm oil, coconut oil, sesame oil, rice oil, linseed oil, grapeseed oil and soybean oil.
  • the ester (s) that may be present in the dielectric fluid that can be used in the context of the present invention are those having a viscosity of less than or equal to 0.1 Pa.s. at 20 ° C, more preferably less than or equal to 0.06 Pa.s at 20 ° C, even more preferably less than or equal to 0.04 Pa.s at 20 ° C.
  • the viscosity is measured using a Ubbelholde glass capillary viscometer according to the ISO 3104 standard.
  • An example of such an ester is commercially available from the company ARKEMA under the trade name Esterai ® F.
  • the mixture comprises from 72% to 96% by weight of composition A, preferably from 72% to 85% by weight, relative to the total weight of the mixture.
  • the content by weight of ester ranges from 2% to 26% by weight, preferably from 10% to 20% by weight, relative to the total weight of the mixture.
  • the dielectric fluid that can be used in the context of the present invention also comprises at least one additive chosen from the group consisting of antioxidants, passivators, pour point depressants and inhibitors. decomposition and mixtures thereof.
  • a most preferred dielectric fluid comprises a decomposition inhibitor.
  • antioxidants which can be advantageously used in the dielectric fluid, mention may be made, by way of non-limiting examples:
  • phenolic antioxidants such as dibutylhydroxytoluene, butylhydroxyanisole, phenyl- ⁇ -naphthylamine, N, N-di- (2-naphthyl) -para-phenylene;
  • amine-type antioxidants for example of the diamine type, such as tocopherol, -tocopherol, DL- ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocopherol acetate, DL- ⁇ -tocopherol acetate, acetate of tocopherol, ⁇ -tocopherol, ascorbic acid, ascorbic acid salts, esters of ascorbic acid, singly or in mixtures of two or more of them or with other components, as example green tea extracts, coffee extracts.
  • diamine type such as tocopherol, -tocopherol, DL- ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocopherol acetate, DL- ⁇ -tocopherol acetate, acetate of tocopherol, ⁇ -tocopherol, ascorbic acid, ascorbic acid salts, esters of ascorbic acid, singly or in mixtures of two or more of them or with other components, as example green tea extracts, coffee extracts.
  • the passivators that can be used as additives in the dielectric fluid that can be used in the context of the present invention are of any type known to those skilled in the art and are advantageously chosen from triazole derivatives, benzimidazoles, imidazoles, thiazole, benzothiazole.
  • triazole derivatives benzimidazoles, imidazoles, thiazole, benzothiazole.
  • dioctylaminomethyl-2,3-benzotriazolele and 2-dodecyldithioimidazole may be mentioned.
  • the preferred acrylic polymers are those whose molecular weight is between 50000 g mol 1 and 500000 g mol 1 .
  • Examples of these polymers acrylics include polymers which may contain linear alkyl groups having from 1 to 20 carbon atoms.
  • heptyl poly (nonyl acrylate), poly (nonyl methacrylate), poly (undecyl acrylate), poly (undecyl methacrylate), poly (tridecyl acrylate), poly (methacrylate) tridecyl), poly (pentadecyl acrylate), poly (pentadecyl methacrylate), poly (heptadecyl acrylate), and poly (heptadecyl methacrylate).
  • pour point depressant is commercially available from Sanyo Chemical Industries under the trade name ACLUBE.
  • the dielectric fluid that can be used in the context of the present invention comprises at least one decomposition inhibitor, as an additive.
  • the decomposition inhibitor may be of any type well known to those skilled in the art and in particular may be chosen from:
  • carbodi-imide derivatives such as diphenyl carbodiimide, di-tolyl carbodiimide, bis (isopropylphenyl) carbodiimide, bis (butylphenyl) carbodiimide;
  • alkyl glycidyl ethers, or esters alkyl glycidyl ethers, or esters
  • epoxidized derivatives such as vinylcyclohexene diepoxides, 3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl (3,4-epoxy-6-methyl-hexane) carboxylate, phenol novolak type epoxy resins, bisphenol epoxy diglycidyl ether A, such as DGEBA or CEL 2021 P, available especially from the company WHYTE CHEMICAL.
  • the mixture comprises a composition A and at least one decomposition inhibitor.
  • the mixture comprises a composition A, at least one ester and at least one decomposition inhibitor.
  • the content by weight of the additive, or additives optionally present in the dielectric fluid used in the context of the present invention may range from 0.0001% to 2% by weight, preferably 0.001%. at 1% by weight, more preferably from 0.01% to 0.5% by weight, relative to the total weight of the mixture.
  • Another object of the present invention is a mixture comprising: a composition A as defined above;
  • the mixture comprises:
  • composition A comprising:
  • composition A from 2% to 30% by weight of dibenzyltoluene, advantageously from 10% to 30% by weight of dibenzyltoluene, preferably from 12% to 28% by weight, more preferably from 22% to 25% by weight, relative to the weight total of composition A; and
  • composition A from 70% to 98% by weight of benzyltoluene, advantageously from 70% to 90% by weight, preferably from 72% to 88% by weight, more preferably from 75% to 78% by weight, relative to the total weight of composition A;
  • At least one organic acid ester preferably chosen from natural, artificial or synthetic fatty esters, and more preferably from mono-, di-, tri- or tetra-esters, obtained by reaction between at least one fatty acid; mono- or di-carboxylic acid having from 5 to 30 carbon atoms with an alcohol, a diol, a triol or a linear or branched tetrol. ; and
  • the mixture described above comprises:
  • composition A from 72% to 96% by weight of composition A, preferably from 72% to 85% by weight of composition A, relative to the total weight of the mixture;
  • the total content of additives (when present) ranging from 0.0001% to 2% by weight, preferably from 0.001% to 1% by weight, more preferably from 0.01% to 0.5% % by weight, based on the total weight of the mixture.
  • the mixture described above comprises:
  • composition A from 72% to 96% by weight of composition A, preferably from 72% to 85% by weight, relative to the total weight of the mixture, said composition A comprising:
  • dibenzyltoluene from 2% to 30% by weight of dibenzyltoluene, advantageously from 10% to 30% by weight of dibenzyltoluene, preferably from 12% to 28% by weight, more preferably from 22% to 25% by weight, relative to the weight total of composition A; and from 70% to 98% by weight of benzyltoluene, advantageously from 70% to 90% by weight, preferably from 72% to 88% by weight, more preferably from 75% to 78% by weight, relative to the total weight of composition A;
  • additives selected from the group consisting of antioxidants, passivators, pour point depressants, decomposition inhibitors and mixtures thereof, the total content of additives (where present) ranging from 0.0001% to 2% by weight, preferably from 0.001% to 1% by weight, more preferably from 0.01% to 0.5% by weight, relative to the total weight of the mixture.
  • the mixture according to the invention comprises at least one ester chosen from the group consisting of the esters of formulas (I) and (II) described above.
  • the mixture described as described above, used as a dielectric fluid can improve the life of a transformer.
  • the mixture according to the invention is used to improve the service life of distribution, power or measurement transformers, or high-voltage transformers, preferably distribution and power transformers. More preferably, the mixture according to the invention is used to improve the life of power transformers.
  • the present invention relates to a transformer, preferably a power transformer, comprising a composition A as defined above, preferably comprising a mixture as defined above.
  • a dielectric fluid, by way of comparison (B), and two dielectric fluids that can be used in the context of the invention (C and D), are prepared according to the compositions as indicated in the Table. 1 below:
  • Composition A Jarytherm ® BT06, marketed by Arkema, and consisting of 25% by weight of dibenzyl toluene, based on the total weight of the composition A and 75% by weight of benzyltoluene, based on the total weight of composition A
  • the water content of fluids B and C was measured before impregnation of paper in each of these fluids. It is respectively 20.8 ppm for the fluid B and 81.4 ppm for the fluid C. Then paper was impregnated with fluid B and fluid C. The aging of the paper in each of these fluids was studied. at different temperatures and durations.
  • the fluids B and C are tested at 70 ° C, 100 ° C 130 ° C for periods of 250 hours and 500 hours respectively.
  • the water content was measured at room temperature.
  • the degree of polymerization was measured for the experiments conducted at 100 ° C. and 130 ° C. The results are summarized in Table 2 below. - Table 2 -
  • the water content in the fluids is high. Water, being more soluble in paper, will migrate into the paper during impregnation at room temperature.
  • the water content in the fluid C is always greater, regardless of the temperature and the duration of the tests. This indicates that the water will migrate faster in the fluid C which will keep the paper drier relative to the fluid B, thanks to its greater solubility of the water in the fluid C, at a given temperature, compared to fluid B.
  • Table 3 clearly shows a greater temperature difference between the output of the transformer and the refrigerant outlet when the fluids C and D are used with respect to the fluid B.
  • dielectric fluids C or D are used.
  • the use of dielectric fluids C or D therefore allows a more efficient heat exchange.
  • a more efficient heat exchange helps to slow the aging of the paper, in which the dielectric fluids are impregnated, therefore to improve the life of a transformer.

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Abstract

La présente invention concerne l'utilisation d'un mélange, en tant que fluide diélectrique, comprenant une composition A comprenant du dibenzyltoluène et du benzyltoluène, pour améliorer la durée de vie d'un transformateur. La présente invention concerne également un mélange comprenant ladite composition A avec au moins un ester et éventuellement au moins un additif. La présente invention concerne enfin un transformateur comprenant ladite composition A ou un mélange comprenant ladite composition A avec au moins un ester et éventuellement au moins un additif.

Description

Utilisation d’un mélange en tant que fluide diélectrique
[0001 ] La présente invention concerne l’utilisation d’un mélange comprenant du benzyltoluène et du dibenzyltoluène en tant que fluide diélectrique, pour améliorer la durée de vie d’un transformateur. L’invention concerne également des mélanges spécifiques comprenant du benzyltoluène et du dibenzyltoluène.
[0002] Les fluides diélectriques sont des matériaux isolants classiquement utilisés dans des équipements électriques, tels que les câbles haute tension et les transformateurs, dans lesquels ils sont imprégnés sur un matériau solide servant d’isolant, tel qu’un film de polypropylène, de papier, éventuellement une combinaison des deux appelée « mixte film-papier ».
[0003] Le marché des fluides diélectriques est en plein essor avec la demande en énergie et la croissance démographique.
[0004] Les fluides diélectriques les plus communément utilisés dans les transformateurs sont des huiles minérales d’une part pour leurs propriétés physico chimiques et d’autre part pour leur faible coût et leur disponibilité. Les huiles minérales présentent notamment l’avantage d’être de bons conducteurs thermiques et de pouvoir évacuer efficacement la chaleur produite par le courant et à travers les enroulements et le circuit magnétique d’un transformateur, notamment d’un transformateur de puissance. On appelle un transformateur de puissance un transformateur ayant une puissance apparente strictement supérieure à 3 MVA (en triphasé). Les transformateurs ayant une puissance inférieure ou égale à 3 MVA sont des transformateurs de distribution.
[0005] Cependant, l’emploi d’huiles minérales pose des problèmes en matière environnementale, en particulier en cas de fuite, et de sécurité en cas d’incendie du fait d’un point éclair et d’un point d’inflammation qui peuvent s’avérer trop faibles selon la température de fonctionnement du transformateur. Autrement dit, les huiles minérales présentent de bonnes performances diélectriques et thermiques mais leur utilisation nécessite de prévoir des précautions spécifiques en termes de sécurité et de traitement des déchets survenant en fin de vie de l’huile et/ou du transformateur.
[0006] Afin de surmonter ces inconvénients, des fluides alternatifs, notamment à base d’huiles de silicone ou d’esters synthétiques et naturels, tels que les huiles végétales et des esters d’acides gras, ont été développés. En effet, les esters sont biodégradables et les huiles de silicone sont inertes. De plus, les fluides alternatifs ont en général des points d’éclair et d’inflammation deux fois plus élevés que l’huile minérale, ce qui réduit les éventuels risques d’inflammation, voire d’explosion, du transformateur.
[0007] À cet effet, le document WO 2016/167176 divulgue un fluide diélectrique comprenant au moins un ester d’acide gras.
[0008] Néanmoins, leur utilisation reste encore trop souvent limitée à cause de leur coût élevé et de leurs faibles performances diélectriques et thermiques. En particulier, les fluides alternatifs présentent une faible capacité d’évacuation des calories lors de réchauffement du transformateur, ce qui peut entraîner dans certains cas un changement dans la conception des canaux de circulation des fluides à l’intérieur du transformateur, conduisant notamment à leur élargissement. De plus, leur faible stabilité chimique et résistance à l’oxydation nécessitent généralement la présence systématique de nombreux additifs.
[0009] En d’autres termes, ces fluides s’avèrent être plus respectueux de l’environnement que les huiles minérales mais présentent de plus faibles performances thermiques qui ont tendance à conduire à une augmentation de la taille des transformateurs, et par conséquent de leur coût.
[0010] De plus, la durée de vie des transformateurs mis en oeuvre à l’aide de tels fluides n’excède pas celle des transformateurs mis en oeuvre avec des huiles minérales.
[0011] En effet, les fluides utilisés de manière générale comme matériaux isolants dans les transformateurs, notamment de puissance, perdent peu à peu leurs propriétés diélectriques avec le vieillissement, causé par les conditions de fonctionnement, et avant tout par la température. En outre, l’utilisation de fluides ayant de meilleures caractéristiques d’échange thermique permet aux transformateurs de fonctionner à des températures plus faibles, ce qui pourrait augmenter leur durée de vie.
[0012] Dans cette optique, d’autres fluides diélectriques ont été alors mis sur le marché, par exemple, des mélanges complexes d’hydrocarbures obtenus par raffinage d’huiles minérales issues du pétrole.
[0013] Ainsi, le document US 4,523,044 divulgue des fluides diélectriques constitués majoritairement des oligomères du benzyltoluène et d’une faible proportion d’oligomères du ditolylphénylméthane.
[0014] En outre, le remplacement de transformateurs en fin de vie par des transformateurs neufs est une source de dépense élevée. Les industriels choisissent généralement la solution du ré-remplissage (« retro-filling » en langue anglaise) car elle est économiquement intéressante quand bien même elle pourrait être une source de problèmes liés par exemple à une vidange de l’ancien fluide pas forcément correctement effectuée. De plus, la conception du transformateur n’est pas toujours adaptée vis-à-vis du nouveau fluide.
[0015] Par ailleurs, une isolation cellulosique (appelée isolation papier) a également été conçue pour disposer d’un matériau isolant ayant de meilleures performances diélectrique et thermique. Une telle isolation peut être réalisée à l’aide de couches de papiers et/ou de films polymériques, tels que des films de polypropylène, superposés et séchés, puis imprégnés de fluides diélectriques.
[0016] Toutefois, un matériau isolant à base de papier a plus d’affinité avec l’eau. La dégradation thermique du papier produit de l’eau qui reste préférentiellement dans le papier, ce qui entraîne le plus souvent une détérioration des propriétés diélectriques du matériau isolant.
[0017] En d’autres termes, il existe un réel besoin de proposer des fluides diélectriques capables d’améliorer la durée de vie des transformateurs sans impacter sur leurs performances et leur taille, c’est-à-dire tout en maintenant une amélioration dans la réduction de leur taille.
[0018] Ainsi, l’un des objectifs de la présente invention est de mettre en œuvre des fluides diélectriques ayant une stabilité thermique accrue, des caractéristiques d’échange thermique améliorées, notamment supérieures à celles des huiles minérales, ainsi que des performances électriques optimisées afin d’améliorer la durée de vie des transformateurs.
[0019] Au vu de ce qui précède, l’invention a plus particulièrement pour objectif de proposer des fluides diélectriques ayant des propriétés adaptées pour améliorer la durée de vie des transformateurs.
[0020] La Demanderesse a découvert que ce besoin pouvait être satisfait grâce à l’utilisation d’un mélange particulier en tant que fluide diélectrique. Plus particulièrement, la Demanderesse a découvert que ce besoin pouvait être satisfait grâce à l’utilisation d’un mélange particulier en tant que fluide diélectrique dans un transformateur.
[0021] Ainsi, et selon un premier aspect, la présente invention a pour objet l’utilisation d’un mélange, en tant que fluide diélectrique, comprenant une composition A comprenant du dibenzyltoluène et du benzyltoluène, pour améliorer la durée de vie d’un transformateur, de préférence un transformateur de puissance.
[0022] En d’autres termes, l’invention concerne l’utilisation d’un mélange tel que décrit précédemment pour augmenter la durée de vie d’un transformateur. Autrement dit, l’invention concerne l’utilisation d’un fluide diélectrique comprenant une composition A telle que décrite précédemment pour augmenter la durée de vie d’un transformateur. [0023] L’utilisation d’un tel mélange permet d’améliorer les performances thermiques, les caractéristiques d’échange thermique, notamment grâce à une meilleure efficacité en ce qui concerne l’évacuation des calories lors de réchauffement du transformateur. En effet, cette évacuation des calories est rapide grâce à l’utilisation d’un tel mélange, ce qui permet également de diminuer la température du transformateur, notamment en pleine charge. En particulier, le mélange permet d’évacuer davantage les calories en convection libre et en convection forcée.
[0024] Un autre avantage de l’utilisation selon la présente invention est que ledit mélange permet également de ralentir le vieillissement du papier. En effet, lorsque l’isolant est à base de papier, le fluide solubilise avantageusement l’eau, notamment davantage que les huiles minérales.
[0025] Grâce à un tel mélange, un gain en puissance du transformateur peut être obtenu pour une même charge de matériaux. Ainsi, la taille du transformateur peut être réduite tout en gardant la même puissance.
[0026] L’utilisation d’un tel mélange permet d’améliorer les performances électriques, notamment grâce à une permittivité et une rigidité diélectrique améliorées. Au sens de l’invention, la rigidité diélectrique, exprimée en V/m, est le champ électrique minimal qui provoque le claquage d’un matériau, comme cela est mentionné dans « Techniques de l’Ingénieur d2470 : Liquides isolants en électrotechnique, présentation générale », par Noëlle Berger, mai 2002.
[0027] Le mélange présente ainsi des avantages thermiques et électriques tout en respectant les exigences en termes de protection de l’environnement et de sécurité.
[0028] Il est précisé que les expressions « de... à ... » utilisées dans la présente description doivent s’entendre comme incluant chacune des bornes mentionnées.
[0029] D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à l’examen de la description détaillée.
[0030] Ainsi que cela a été mentionné ci-avant, la composition A comprend du dibenzyltoluène et du benzyltoluène. Dans la présente invention, les dénominations « dibenzyltoluène » et « benzyltoluène » comprennent leurs homologues respectifs partiellement ou totalement hydrogénés.
[0031] Ainsi, dans la composition A, le dibenzyltoluène et le benzyltoluène peuvent être remplacés, en totalité ou en partie, de préférence en partie, par un ou plusieurs de leurs homologues partiellement et/ou totalement hydrogénés, de préférence leurs homologues partiellement hydrogénés. [0032] La composition A peut également éventuellement comprendre de l’eau au sens de la présente invention. L’eau est néanmoins présente à l’état de traces lorsque la composition A en comprend, telle qu’en une teneur inférieure ou égale à 100 ppm par rapport à la teneur totale de la composition A. L'eau éventuellement présente n’est toutefois de préférence pas ajoutée lors de la préparation de la composition A mais peut correspondre à l'eau résiduelle apportée par les ingrédients mélangés.
[0033] Les traces d’eau qui peuvent éventuellement être présentes dans la composition A peuvent également provenir d’autres sources d’eau à l’état de traces qui se retrouvent dans le fluide diélectrique au cours de son utilisation dans un transformateur Par exemple, et de manière non limitative, l’eau peut être issue de la dégradation du papier présent dans ledit transformateur et se mélanger au fluide diélectrique.
[0034] Cette composition A peut être réalisée à partir des composés commerciaux pris séparément ou encore obtenus suivant un procédé de couplage du chlorure de benzyle sur le toluène en présence d'un catalyseur de Friedel et Crafts, puis distillation.
[0035] De manière préférée, la composition A est préparée selon un procédé tel que décrit dans le document EP0435737, qui utilise le chlorure ferrique comme catalyseur. La réaction peut être conduite à une température de 50°C à 150°C. Le mélange réactionnel obtenu est généralement traité pour éliminer, d'une part, le toluène excédentaire par distillation, et, d'autre part, les produits chlorés organiques formés (par exemple par mise en contact, à chaud et sous agitation, avec un alcoolate).
[0036] Les homologues partiellement et/ou totalement hydrogénés explicités ci-dessus peuvent être facilement obtenus par hydrogénation partielle ou totale du mélange présent dans la composition A ou encore par hydrogénation partielle ou totale de chacun des composants de la composition A, puis mélangés. Les réactions d’hydrogénation et les conditions opératoires sont maintenant bien connues de l’homme du métier, et ces réactions d’hydrogénation sont avantageusement des réactions catalytiques réalisées sous pression d’hydrogène selon des modes opératoires connus et accessibles.
[0037] Le benzyltoluène peut être sous forme de tout isomère, notamment choisi parmi Yortho- (CAS 713-36-0), le para- (CAS 620-83-7), le méta-benzyltoluène, ainsi que leurs mélanges (notamment CAS 27776-01 -8). On peut utiliser tout isomère du dibenzyltoluène et ses mélanges (CAS 26898-17-9, CAS 53585-53-8).
[0038] Selon un mode de réalisation préféré, la composition A comprend :
- de 2% à 30% en poids de dibenzyltoluène, par rapport au poids total de la composition A ; et - de 70% à 98% en poids de benzyltoluène, par rapport au poids total de la composition A.
[0039] Avantageusement, la composition A comprend de 10% à 30% en poids de dibenzyltoluène, de préférence de 12% à 28% en poids, plus préférentiellement de 22% à 25% en poids, par rapport au poids total de la composition A.
[0040] Avantageusement encore, la composition A comprend de 70% à 90% en poids de benzyltoluène, de préférence de 72% à 88% en poids, plus préférentiellement de 75% à 78% en poids, par rapport au poids total de la composition A.
[0041] De manière particulièrement préférée, la composition A est constituée de 25% en poids de dibenzyltoluène et de 75% en poids de benzyltoluène, par rapport au poids total de la composition A. Un exemple de composition A est notamment disponible dans le commerce auprès de la société ARKEMA sous la dénomination commerciale Jarythem® BT06.
[0042] Comme indiqué précédemment, l’invention concerne l’utilisation d’un fluide diélectrique comprenant une composition A telle que décrite précédemment pour augmenter la durée de vie d’un transformateur. Le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention et comprenant la composition A, peut contenir un ou plusieurs autres composants, parmi lesquels on peut citer, des esters, des huiles, par exemple des huiles minérales, ainsi que tous types d’additifs bien connus de l’homme du métier spécialiste des transformateurs.
[0043] Selon un aspect préféré de la présente invention, le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention comprend une composition A telle que définie précédemment, et au moins un ester, de préférence au moins un ester d’acide organique. Les mélanges comprenant une composition A telle que définie précédemment et au moins un ester sont nouveaux et à ce titre font également partie de la présente invention.
[0044] Ledit au moins un ester d’acide organique pouvant être présent dans le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention peut être de tout type bien connu de l’homme du métier et est de préférence choisi parmi les esters gras naturels, artificiels ou synthétiques, et de préférence encore parmi les mono-, di- , tri- ou tétra- esters, obtenus par réaction entre au moins un acide gras mono- ou di-carboxylique comportant de 5 à 30 atomes de carbone avec un alcool, un diol, un triol ou un tétrol linéaire ou ramifié.
[0045] Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, ledit au moins un ester est choisi dans le groupe constitué par les esters de formules (I) et (II) suivantes :
R1-C(0)0-R2 (I) R3-C(0)-0-CH2-CH(0C(0)R4)-CH2-0-C(0)-R5 (II), dans lesquelles :
- R1 désigne une chaîne carbonée, linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée, comprenant de 5 à 30 atomes de carbone, et de préférence 5 à 20 atomes de carbone ;
- R2 désigne une chaîne carbonée, linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée, comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, par exemple méthyle, éthyle, propyle, butyle, 2-éthylhexyle, 2-octyle, décyle,
- R3, R4 et R5 désignent, indépendamment les uns des autres, une chaîne carbonée, linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturé, comprenant de 5 à 20 atomes de carbone.
[0046] De manière préférée, R1 comprend de 7 à 20 atomes de carbone. De manière préférée, R2 comprend de 1 à 5 atomes de carbone. De manière préférée, R3, R4 et R5 désignent une chaîne carbonée identique.
[0047] Selon un mode tout particulièrement avantageux de réalisation de la présente invention, ledit au moins un ester est choisi dans le groupe constitué par les esters végétaux, les huiles végétales et leurs mélanges.
[0048] Parmi les esters végétaux, on peut citer, de manière non limitative, et à titre purement illustratif, le glutarate de méthyle, le glutarate d’éthyle, l’oléate de méthyle, l’oléate de butyle, le succinate de méthyle, le succinate de 1 -méthylpropyle, les esters méthyliques d’huile de ricin, les esters de graisse animale tels que les esters méthyliques de suif.
[0049] Lesdits esters peuvent également être des glycérides par exemple ceux présents dans les huiles végétales, telles que l’huile d’olive, l’huile de colza, l’huile de cacao, l’huile de cacahuète, l’huile de moutarde, l’huile de ricin, l’huile de coton, l’huile de tournesol, l’huile de maïs, l’huile de carthame, l’huile de palme, l’huile de coco, l’huile de sésame, l’huile de riz, l’huile de lin, l’huile de pépin de raisin et l’huile de soja.
[0050] Parmi les esters synthétiques qui peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention, on peut citer, à titre d’exemples non limitatifs, les composés de marque Midel® commercialisés par la société M&l, pour ne citer que certains d’entre eux.
[0051] Selon encore un mode de réalisation tout particulièrement préféré, le ou les esters qui peuvent être présents dans le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention, sont ceux qui présentent une viscosité inférieure ou égale à 0,1 Pa.s à 20°C, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,06 Pa.s à 20°C, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,04 Pa.s à 20 °C. La viscosité est mesurée à l’aide d’un viscosimètre capillaire en verre de type Ubbelholde selon la norme ISO 3104. [0052] Un exemple d’un tel ester est disponible dans le commerce auprès de la société ARKEMA sous la dénomination commerciale Esterai® F.
[0053] Avantageusement, le mélange comprend de 72% à 96% en poids de composition A, de préférence de 72% à 85% en poids, par rapport au poids total du mélange. Avantageusement, la teneur en poids en ester va de 2% à 26% en poids, de préférence de 10% à 20% en poids, par rapport au poids total du mélange.
[0054] Selon un mode de réalisation préféré, le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention comprend en outre au moins un additif choisi dans le groupe constitué par les antioxydants, les passivateurs, les abaisseurs de point d’écoulement, les inhibiteurs de décomposition et leurs mélanges. Un fluide diélectrique tout particulièrement préféré comprend un inhibiteur de décomposition.
[0055] Parmi les antioxydants qui peuvent être avantageusement utilisés dans le fluide diélectrique, on peut citer, à titre d’exemples non limitatifs :
- les antioxydants phénoliques, tels que le dibutylhydroxytoluène, le butylhydroxy- anisole, la phényl-a-naphtylamine, le N,N-di-(2-naphtyl)-para-phénylène ;
- les antioxydants de type amine, par exemple de type diamine, tels que le tocophérol, le -tocophérol, le DL-a-tocophérol, l’acétate de a-tocophérol, l’acétate DL-a-tocophérol, l’acétate de tocophérol, l’a-tocophérol, l’acide ascorbique, les sels de l’acide ascorbique, les esters de l’acide ascorbique, seuls ou en mélanges de deux ou plusieurs d’entre eux ou avec d’autres composants, comme par exemple les extraits de thé vert, les extraits de café.
[0056] Un exemple d’un tel antioxydant est disponible dans le commerce auprès de la société BRENNTAG sous la dénomination commerciale IONOL.
[0057] Les passivateurs qui peuvent être utilisés comme additifs dans le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention sont de tout type connu de l’homme du métier et sont avantageusement choisis parmi les dérivés du triazole, les benzimidazoles, les imidazoles, le thiazole, le benzothiazole. À titre d’exemple et de manière non limitative, le dioctylaminométhyl-2,3-benzotriazolele et le 2-dodécyldithio- imidazole peuvent être mentionnés.
[0058] Parmi les abaisseurs de point d’écoulement qui peuvent être présents dans le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut citer, à titres d’exemples non limitatifs les esters d’acide gras de sucrose, les polymères acryliques tels que le poly(méthacrylate d’alkyle) ou le poly(acrylate d’alkyle).
[0059] Les polymères acryliques préférés sont ceux dont le poids moléculaire est compris entre 50000 g mol 1 et 500000 g mol 1. Des exemples de ces polymères acryliques incluent des polymères pouvant contenir des groupes alkyles linéaires comprenant de 1 à 20 atomes de carbone.
[0060] Parmi ceux-ci, et toujours à titre d’exemples non limitatifs, on peut citer le poly(acrylate de méthyle), le poly(méthacrylate de méthyle), le poly(acrylate d’heptyle), le poly(méthacrylate d’heptyle), le poly(acrylate de nonyle), le poly(méthacrylate de nonyle), le poly(acrylate de undécyle), le poly(méthacrylate de undécyle), le poly(acrylate de tridécyle), le poly(méthacrylate de tridécyle), le poly(acrylate de pentadécyle), le poly(méthacrylate de pentadécyle), le poly(acrylate d’heptadécyle), et le poly(méthacrylate d’heptadécyle).
[0061] Un exemple d’un tel abaisseur de point d’écoulement est disponible dans le commerce auprès de la société Sanyo Chemical Industries sous la dénomination commerciale ACLUBE.
[0062] Selon un aspect tout particulièrement préféré, le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention comprend au moins un inhibiteur de décomposition, en tant qu’additif. L’inhibiteur de décomposition peut être de tout type bien connu de l’homme du métier et en particulier peut être choisi parmi :
- les dérivés carbodi-imides tels que le diphényle carbodi-imide, le di-tolyle carbodi- imide, le bis (isopropylphényl)carbodi-imide, le bis(butylphényl)carbodi-imide ;
- les phényl glycidyl éthers, ou esters ;
- les alkyl glycidyl éthers, ou esters ;
- le carboxylate de 3,4-époxycyclohexylméthyle-(3,4-époxycyclohexane) ;
- les dérivés époxydés tels que les vinylcyclohexène diépoxydes, le carboxylate de 3,4-époxy-6-méthylcyclohexylméthyle-(3,4-époxy-6-méthyl-hexane), les résines époxy type phénol novolak, les diglycidyl éther époxy de bisphénol A, tels que la DGEBA ou la CEL 2021 P, disponibles notamment auprès de la société WHYTE CHEMICAL.
[0063] Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, le mélange comprend une composition A et au moins un inhibiteur de décomposition. Avantageusement, le mélange comprend une composition A, au moins un ester et au moins un inhibiteur de décomposition.
[0064] La teneur en poids de l’additif, ou des additifs éventuellement présent(s) dans le fluide diélectrique utilisable dans le cadre de la présente invention peut aller de 0,0001 % à 2% en poids, de préférence de 0,001% à 1% en poids, plus préférentiellement de 0,01 % à 0,5% en poids, par rapport au poids total du mélange.
[0065] Comme indiqué précédemment, un autre objet de la présente invention est un mélange comprenant : - une composition A, telle que définie précédemment ;
- au moins un ester d’acide organique ; et
- éventuellement au moins un additif.
[0066] Selon un mode de réalisation préféré, le mélange comprend :
- une composition A, ladite composition A comprenant :
- de 2% à 30% en poids de dibenzyltoluène, avantageusement de 10% à 30% en poids de dibenzyltoluène, de préférence de 12% à 28% en poids, plus préférentiellement de 22% à 25% en poids, par rapport au poids total de la composition A ; et
- de 70% à 98% en poids de benzyltoluène, avantageusement de 70% à 90% en poids, de préférence de 72% à 88% en poids, plus préférentiellement de 75% à 78% en poids, par rapport au poids total de la composition A ;
- au moins un ester d’acide organique de préférence choisi parmi les esters gras naturels, artificiels ou synthétiques, et de préférence encore parmi les mono-, di- , tri- ou tétra-esters, obtenus par réaction entre au moins un acide gras mono- ou di-carboxylique comportant de 5 à 30 atomes de carbone avec un alcool, un diol, un triol ou un tétrol linéaire ou ramifié. ; et
- éventuellement au moins un additif.
[0067] Selon un autre mode de réalisation préféré, le mélange décrit ci-dessus comprend :
- de 72% à 96% en poids de composition A, de préférence de 72% à 85% en poids de composition A, par rapport au poids total du mélange ;
- de 2% à 26% en poids, de préférence de 10% à 20% en poids, par rapport au poids total du mélange d’au moins un ester d’acide organique ; et
- éventuellement au moins un additif, la teneur totale en additifs (lorsque présents) allant de 0,0001 % à 2% en poids, de préférence de 0,001% à 1% en poids, plus préférentiellement de 0,01 % à 0,5% en poids, par rapport au poids total du mélange.
[0068] Selon encore un mode de réalisation préféré, le mélange décrit ci-dessus comprend :
- de 72% à 96% en poids de composition A, de préférence de 72% à 85% en poids, par rapport au poids total du mélange, ladite composition A comprenant :
- de 2% à 30% en poids de dibenzyltoluène, avantageusement de 10% à 30% en poids de dibenzyltoluène, de préférence de 12% à 28% en poids, plus préférentiellement de 22% à 25% en poids, par rapport au poids total de la composition A ; et - de 70% à 98% en poids de benzyltoluène, avantageusement de 70% à 90% en poids, de préférence de 72% à 88% en poids, plus préférentiellement de 75% à 78% en poids, par rapport au poids total de la composition A ;
- de 2% à 26% en poids, de préférence de 10% à 20% en poids, par rapport au poids total du mélange d’au moins un ester d’acide organique de préférence choisi parmi les esters gras naturels, artificiels ou synthétiques, et de préférence encore parmi les mono-, di-, tri- ou tétra-esters, obtenus par réaction entre au moins un acide gras mono- ou di-carboxylique comportant de 5 à 30 atomes de carbone avec un alcool, un diol, un triol ou un tétrol linéaire ou ramifié ; et
- éventuellement au moins un additif choisi dans le groupe constitué par les antioxydants, les passivateurs, les abaisseurs de point d’écoulement, les inhibiteurs de décomposition et leurs mélanges, la teneur totale en additifs (lorsque présents) allant de 0,0001 % à 2% en poids, de préférence de 0,001% à 1% en poids, plus préférentiellement de 0,01 % à 0,5% en poids, par rapport au poids total du mélange.
[0069] Selon encore un autre mode de réalisation préféré, le mélange selon l’invention comprend au moins un ester choisi dans le groupe constitué par les esters de formules (I) et (II) décrites plus haut.
[0070] Comme indiqué précédemment, le mélange décrit tel que décrit précédemment, utilisable en tant que fluide diélectrique, permet d’améliorer la durée de vie d’un transformateur.
[0071] De préférence, le mélange selon l’invention est utilisé pour améliorer la durée de vie des transformateurs de distribution, de puissance ou de mesure, ou des transformateurs haute tension, de préférence des transformateurs de distribution et de puissance. Plus préférentiellement, le mélange selon l’invention est utilisé pour améliorer la durée de vie de transformateurs de puissance.
[0072] Selon encore un autre aspect, la présente invention concerne un transformateur, de préférence un transformateur de puissance, comprenant une composition A telle que définie précédemment, de préférence comprenant un mélange tel que défini précédemment.
[0073] La présente invention sera mieux comprise par les exemples suivants, qui sont donnés à titre purement illustratif et n’ont pas pour but de limiter la portée de l’invention. EXEMPLES
1. Préparation de fluides diélectriques [0074] Un fluide diélectrique, à titre comparatif (B), et deux fluides diélectriques utilisables dans le cadre de l’invention (C et D), sont préparés selon les compositions telles qu’indiquées dans le Tableau 1 ci-dessous :
-- Tableau 1 --
1 : Huile minérale Nytro Libra (huile minérale non inhibée vendue par Nynas)
2 : Composition A : Jarytherm® BT06, commercialisé par la société ARKEMA, et constitué de 25% en poids de dibenzyltoluène, par rapport au poids total de la composition A, et de 75% en poids de benzyltoluène, par rapport au poids total de la composition A
3 : Inhibiteur de décomposition, disponible auprès de la société WHYTE CHEMICAL.
2. Évaluation et résultats
a. Étude du vieillissement du papier
[0075] La teneur en eau des fluides B et C a été mesurée avant imprégnation de papier dans chacun de ces fluides. Elle est respectivement de 20,8 ppm pour le fluide B et de 81 ,4 ppm pour le fluide C. Puis, du papier a été imprégné de fluide B et de fluide C. Le vieillissement du papier dans chacun de ces fluides a été étudié à différentes températures et durées.
[0076] Ainsi, les fluides B et C sont testés à 70 °C, 100° Cet 130° C pendant des durées de 250 heures et 500 heures respectivement. La teneur en eau a été mesurée à température ambiante. Le degré de polymérisation a été mesuré pour les expériences menées à 100 ° C et 130° C. Les résultats sont rassemtbés dans le Tableau 2 ci-dessous. -- Tableau 2 --
[0077] Avant imprégnation du papier, la teneur en eau dans les fluides est élevée. L’eau, étant plus soluble dans le papier, va migrer dans le papier au cours de l’imprégnation à température ambiante.
[0078] Comparativement au fluide B (comparatif), la teneur en eau dans le fluide C (selon l’invention), est toujours plus importante, quelles que soient la température et la durée des essais. Ceci indique que l’eau va migrer plus vite dans le fluide C qui va garder le papier plus sec par rapport au fluide B, grâce à sa plus grande solubilité de l’eau dans le fluide C, à une température donnée, par rapport au fluide B.
[0079] La comparaison des degrés de polymérisation montre clairement que la dégradation du papier est plus prononcée avec le fluide B d’environ 2 fois, quelle que soit la durée du vieillissement par rapport au fluide C.
b. Évaluation des performances thermiques
[0080] Les performances thermiques des fluides B, C et D sont évaluées. Dans un transformateur de 400 KV ayant une capacité d’huile de 400 L et fonctionnant en convection libre, la différence de température du fluide entre l’entrée (ou sortie) du transformateur et la sortie du réfrigérant a été mesurée. Les résultats sont indiqués dans le Tableau 3 ci-dessous : -- Tableau 3 --
[0081] Le tableau 3 montre clairement une différence de température plus importante entre la sortie du transformateur et la sortie du réfrigérant lorsque les fluides C et D sont utilisés par rapport au fluide B.
[0082] Ainsi, une meilleure évacuation de la chaleur peut être observée lorsque les fluides diélectriques C ou D sont utilisés. L’utilisation des fluides diélectriques C ou D permet donc un échange thermique plus efficace.
[0083] Un échange thermique plus efficace contribue à ralentir le vieillissement du papier, dans lequel les fluides diélectriques sont imprégnés, par conséquent à améliorer la durée de vie d’un transformateur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation d’un mélange, en tant que fluide diélectrique, comprenant une composition A comprenant du dibenzyltoluène et du benzyltoluène, pour améliorer la durée de vie d’un transformateur, de préférence un transformateur de puissance.
2. Utilisation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la composition A comprend :
- de 2% à 30% en poids de dibenzyltoluène, par rapport au poids total de la composition A ; et
- de 70% à 98% en poids de benzyltoluène, par rapport au poids total de la composition A.
3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la composition A comprend de 10% à 30% en poids de dibenzyltoluène, de préférence de 12% à 28% en poids, par rapport au poids total de la composition A.
4. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition A comprend de 70% à 90% en poids de benzyltoluène, de préférence de 72% à 88% en poids, par rapport au poids total de la composition A.
5. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mélange comprend en outre au moins un ester, de préférence au moins un ester d’acide organique.
6. Utilisation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l’ester est choisi dans le groupe constitué par les esters de formules (I) et (II) suivantes :
R1-C(0)0-R2 (I) R3-C(0)-0-CH2-CH(0C(0)R4)-CH2-0-C(0)-R5 (II), dans lesquelles :
- R1 désigne une chaîne carbonée, linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée, comprenant de 5 à 30 atomes de carbone, et de préférence 5 à 20 atomes de carbone ;
- R2 désigne une chaîne carbonée, linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturée, comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, par exemple méthyle, éthyle, propyle, butyle, 2-éthylhexyle, 2-octyle, décyle, - R3, R4 et R5 désignent, indépendamment les uns des autres, une chaîne carbonée, linéaire ou ramifiée, saturée ou insaturé, comprenant de 5 à 20 atomes de carbone.
7. Utilisation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le mélange comprend de 72 à 96% en poids de composition A, de préférence de 72 à 85% en poids, par rapport au poids total du mélange.
8. Utilisation selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la teneur en poids en ester va de 2% à 26% en poids, de préférence de 10% à 20% en poids, par rapport au poids total du mélange.
9. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mélange comprend au moins un additif choisi dans le groupe constitué par un antioxydant, un passivateur, un abaisseur de point d’écoulement, un inhibiteur de décomposition et leurs mélanges, de préférence un inhibiteur de décomposition.
10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la teneur en poids de l’additif va de 0,0001 à 2% en poids, de préférence de 0,001 à 1% en poids, plus préférentiellement de 0,01 à 0,5% en poids, par rapport au poids total du mélange.
11. Mélange comprenant :
- une composition A telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 4 ;
- au moins un ester d’acide organique ; et
- éventuellement au moins un additif.
12. Mélange selon la revendication 1 1 , comprenant :
- une composition A telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 4, ladite composition A comprenant :
- de 2% à 30% en poids de dibenzyltoluène, avantageusement de 10% à 30% en poids de dibenzyltoluène, de préférence de 12% à 28% en poids, plus préférentiellement de 22% à 25% en poids, par rapport au poids total de la composition A ; et
- de 70% à 98% en poids de benzyltoluène, avantageusement de 70% à 90% en poids, de préférence de 72% à 88% en poids, plus préférentiellement de 75% à 78% en poids, par rapport au poids total de la composition A ; - au moins un ester d’acide organique de préférence choisi parmi les esters gras naturels, artificiels ou synthétiques, et de préférence encore parmi les mono-, di- , tri- ou tétra-esters, obtenus par réaction entre au moins un acide gras mono- ou di-carboxylique comportant de 5 à 30 atomes de carbone avec un alcool, un diol, un triol ou un tétrol linéaire ou ramifié. ; et
- éventuellement au moins un additif.
13. Mélange selon la revendication 1 1 ou la revendication 12, comprenant :
- de 72% à 96% en poids, de préférence de 72% à 85% en poids de composition A telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 4, par rapport au poids total du mélange ;
- de 2% à 26% en poids, de préférence de 10% à 20% en poids, par rapport au poids total du mélange d’au moins un ester d’acide organique ; et
- éventuellement au moins un additif, la teneur totale en additifs (lorsque présents) allant de 0,0001 % à 2% en poids, de préférence de 0,001% à 1% en poids, plus préférentiellement de 0,01 % à 0,5% en poids, par rapport au poids total du mélange.
14. Mélange selon l’une quelconque des revendications 1 1 à 13, comprenant :
- de 72% à 96% en poids, de préférence de 72% à 85% en poids de composition A telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 4, par rapport au poids total du mélange, ladite composition A comprenant :
- de 2% à 30% en poids de dibenzyltoluène, avantageusement de 10% à 30% en poids de dibenzyltoluène, de préférence de 12% à 28% en poids, plus préférentiellement de 22% à 25% en poids, par rapport au poids total de la composition A ; et
- de 70% à 98% en poids de benzyltoluène, avantageusement de 70% à 90% en poids, de préférence de 72% à 88% en poids, plus préférentiellement de 75% à 78% en poids, par rapport au poids total de la composition A ;
- de 2% à 26% en poids, de préférence de 10% à 20% en poids, par rapport au poids total du mélange d’au moins un ester d’acide organique de préférence choisi parmi les esters gras naturels, artificiels ou synthétiques, et de préférence encore parmi les mono-, di-, tri- ou tétra-esters, obtenus par réaction entre au moins un acide gras mono- ou di-carboxylique comportant de 5 à 30 atomes de carbone avec un alcool, un diol, un triol ou un tétrol linéaire ou ramifié ; et
- éventuellement au moins un additif choisi dans le groupe constitué par les antioxydants, les passivateurs, les abaisseurs de point d’écoulement, les inhibiteurs de décomposition et leurs mélanges, la teneur totale en additifs (lorsque présents) allant de 0,0001 % à 2% en poids, de préférence de 0,001% à 1% en poids, plus préférentiellement de 0,01 % à 0,5% en poids, par rapport au poids total du mélange.
15. Transformateur, de préférence un transformateur de puissance, comprenant une composition A telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 4, de préférence comprenant un mélange tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 1 à 14.
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