ES2212117T3 - Fluidos de aislamiento electrico de alto acido oleico y procedimiento de fabricacion de los mismos. - Google Patents

Fluidos de aislamiento electrico de alto acido oleico y procedimiento de fabricacion de los mismos.

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ES2212117T3
ES2212117T3 ES97932163T ES97932163T ES2212117T3 ES 2212117 T3 ES2212117 T3 ES 2212117T3 ES 97932163 T ES97932163 T ES 97932163T ES 97932163 T ES97932163 T ES 97932163T ES 2212117 T3 ES2212117 T3 ES 2212117T3
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Thottathil V. Oommen
C. Clair Claiborne
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Abstract

SE PRESENTAN COMPOSICIONES DE TRIGLICERIDOS RICAS EN ACIDOS OLEICOS QUE CONTIENEN COMPONENTES ACIDOS GRASOS EN UNA CANTIDAD DE AL MENOS UN 75 % DE ACIDO OLEICO; MENOS DE UN 10 % DE UN COMPONENTE ACIDO GRASO DIINSATURADO; MENOS DE UN 3 % DE UN COMPONENTE ACIDO GRASO TRIINSATURADO; Y MENOS DE UN 8% DE UN COMPONENTE ACIDO GRASO SATURADO; Y QUE TIENEN UNAS PROPIEDADES DE RIGIDEZ DIELECTRICA DE AL MENOS 35 KV/100 MI M DE ESPACIO ENTRE ELECTRODOS, UN FACTOR DE DISIPACION INFERIOR A UN 0,05 % A 25 °C, UNA ACIDEZ INFERIOR A 0,03 MG KOH/G, UNA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA INFERIOR A 1 PS/M A 25 °C, UNA TEMPERATURA DE INFLAMACION DE 250 °C POR LO MENOS Y UNA TEMPERATURA DE DESCONGELACION DE -15 °C POR LO MENOS. SE PRESENTA UN FLUIDO DE AISLAMIENTO ELECTRICO QUE CONTIENE LA COMPOSICION DE TRIGLICERIDOS. SE PRESENTAN APARATOS ELECTRICOS QUE CONTIENEN EL FLUIDO DE AISLAMIENTO ELECTRICO Y EL USO DEL FLUIDO DE AISLAMIENTO ELECTRICO PARA AISLAR LOS APARATOS ELECTRICOS. TAMBIEN SE PRESENTA UN PROCEDIMIENTO PARALA PREPARACION DE LA COMPOSICION DE TRIGLICERIDOS RICA EN ACIDOS OLEICOS.

Description

Fluidos de aislamiento eléctrico de alto ácido oleico y procedimiento de fabricación de los mismos.
Campo de la invención
La invención se refiere a una composición de alto aceite oleico útil como un fluido de aislamiento eléctrico, a composiciones fluidas de aislamiento eléctrico y aparatos eléctricos que comprenden las mismas. Las composiciones de alto aceite oleico de la invención tienen propiedades eléctricas que las hacen idóneas como fluidos de aislamiento en componentes eléctricos.
Antecedentes de la invención
La industria eléctrica utiliza una diversidad de fluidos aislantes que están fácilmente disponibles y de coste asequible. Ejemplos son aceite mineral, fluido de silicona y aceites de hidrocarburo sintético utilizados en transformadores, cables de transporte de fuerza eléctrica y condensadores. Ejemplos de dichos fluidos incluyen los descritos en la Patente de los Estados Unidos Número 4.082.866 expedida el 4 de abril de 1978 a Link, la Patente de los Estados Unidos Número 4.206.066 expedida el 3 de junio de 1980 a Rinehart, la Patente de los Estados Unidos Número 4.621.302 expedida el 4 de noviembre de 1986 a Sato y otros., la Patente de los Estados Unidos Número 5.017.733 expedida el 21 de mayo de 1991 a Sato y otros., la Patente de los Estados Unidos Número 5.250.750 expedida el 5 de octubre de 1993 a Shubkin y otros y la Patente de los Estados Unidos Número 5.336.847 expedida el 9 de agosto de 1994 a Nakagami.
Muchos de estos fluidos no se consideran biodegradables en un intervalo de tiempo razonable. Algunos tienen propiedades eléctricas que los hacen menos de óptimos. En los últimos años, los organismos reguladores se han mostrado cada vez más preocupados por los vertidos de aceite que pueden contaminar el suelo y otras áreas. Un aceite biodegradable sería deseable para aparatos eléctricos tales como transformadores utilizados en zonas pobladas y centros comerciales.
Los aceites vegetales son completamente biodegradables, pero los aceites actualmente disponibles en el mercado no son de grado eléctrico. Algunos aceites vegetales, tales como aceite de colza y aceite de ricino se han utilizado en cantidades limitadas, principalmente en condensadores, pero éstos no son ésteres oleicos.
Existe la necesidad de un fluido eléctrico completamente biodegradable. Hay necesidad de aparatos eléctricos que contengan dicho aceite. Existe necesidad de un procedimiento de tratamiento de aceite vegetal para grado eléctrico.
Resumen de la invención
La presente invención, en sus más amplios términos así como en su realización preferida, se define en las reivindicaciones, a las que debe hacerse ahora referencia.
La presente invención puede proporcionar así composiciones de triglicéridos de alto ácido oleico que comprenden componentes de ácido graso de por lo menos 75% de ácido oleico, menos del 10% de componente de ácido graso diinsaturado; menos del 3% de componente de ácido graso triinsaturado; y menos del 8% de componentes de ácido graso saturado; y en la que dicha composición se caracteriza además por las propiedades de una resistencia dieléctrica de por lo menos 35 kV/100 milésimas de pulgada de separación (35 kV/2,5 mm de separación), un factor de disipación de menos de 0,05% a 25ºC, acidez igual o menor a 0,05 mg KOH/g, conductividad eléctrica de menos de 1 pS/m a 25ºC, un punto de inflamación de por lo menos 250ºC y una temperatura de fluidez de por lo menos -15ºC.
La presente invención puede proporcionar también un fluido de asilamiento eléctrico que comprende por lo menos 75% de una composición de triglicérido de alto ácido oleico que comprende componentes de ácido graso de por lo menos 75% de ácido oleico, menos del 10% de componente de ácido graso diinsaturado; menos del 3% de componente de ácido graso triinsaturado; y menos del 8% de componente de ácido graso saturado; y en la que dicha composición está caracterizada además por las propiedades de una resistencia dieléctrica de por lo menos 35 kV/100 milésimas de pulgada de separación (35 kV/2,5 mm de separación), un factor de disipación de menos de 0,05% a 25ºC, acidez igual o menor a 0,05 mg KOH/g, conductividad eléctrica de menos de 1 pS/m a 25ºC, un punto de inflamación de por lo menos 250ºC y una temperatura de fluidez de por lo menos -15ºC, y uno o más aditivos seleccionados del grupo de un aditivo antioxidante, un aditivo reductor de la temperatura de fluidez y un desactivador de cobre.
La presente invención se refiere a aparatos eléctricos que comprenden el fluido de aislamiento eléctrico.
La presente invención se refiere al uso de fluido de aislamiento eléctrico para proporcionar aislamiento en aparatos eléctricos.
Descripción detallada de la invención
La presente invención proporciona una nueva aplicación para aceites vegetales altamente oleicos como fluidos de aislamiento eléctrico. Los aceites vegetales tienen habitualmente un alto porcentaje de ésteres de triglicérido de ácidos orgánicos saturados y no saturados. Cuando el ácido es saturado, el triglicérido es un semisólido o un líquido con alto punto de congelación. Los ácidos no saturados producen aceites con bajos puntos de congelación. Sin embargo, los ácidos monoinsaturados se prefieren sobre los ácidos diinsaturados y triinsaturados porque estos tienden a secarse rápidamente al aire debido al enlace cruzado con oxígeno. El aumento de la cantidad de diinsaturados y triinsaturados hace el aceite más vulnerable a la oxidación; el aumento de los saturados eleva la temperatura de fluidez. Idealmente, cuanto más alto sea el contenido de monosaturado, mejor será el aceite como fluido eléctrico.
El ácido oleico es un ácido monoinsaturado encontrado como éster de triglicérido en muchos aceites naturales, tales como el girasol, el aceite de oliva y el cártamo en proporciones relativamente altas (superiores al 60%). El alto contenido de ácido oleico está usualmente por encima del 75% del contenido total de ácido. El contenido de ácido oleico por encima del 80% se consigue mediante manipulación genética y reproducción. Dos aceites que están actualmente disponibles en los Estados unidos con alto contenido en ácido oleico y bajos saturados son el aceite de girasol y el aceite de canola. Estos aceites son de valor en la producción de aceites lubricantes de alta calidad pero no han sido utilizados en la producción de fluidos de aislamiento eléctrico.
Los aceites altamente oleicos pueden derivarse de semillas de plantas tales como girasol y canola, que han sido genéticamente modificadas para producir alto contenido oleico. Los aceites puros son triglicéridos de ciertos ácidos grasos con una cadena de carbono que varía desde 16 a 22 átomos de carbono. Si la cadena de carbono no tiene enlaces dobles, es un aceite saturado y se designa Cn:O donde n es el número de átomos de carbono. Las cadenas con un enlace doble son monoinsaturadas y se designan Cn:1; con dos enlaces dobles, será Cn:2 y con tres enlaces dobles Cn:3. El ácido oleico es un ácido C18:1 mientras que el ácido erúcico es un ácido C22:1. Los ácidos están en el estado combinado como triglicéridos, y cuando los aceites son hidrolizados se separan en los componentes de ácido y glicerol. Los aceites altamente oleicos contienen más del 75% de ácido oleico (en estado combinado con glicerol), estando el resto compuesto principalmente por ácidos 18:0, C18:2 y C18:3 (también en estado combinado con glicerol). Estos ácidos son conocidos como esteárico, linoleico y linolénico. Los aceites con un alto porcentaje de moléculas insaturadas dobles y triples son inadecuados para aplicación eléctrica porque reaccionan con el aire y generan productos de oxidación. Los aceites monoinsaturados tales como ésteres de ácido oleico también pueden reaccionar con el aire, pero con mucha mayor lentitud, y pueden estabilizarse con inhibidores de oxidación.
Un aceite típico altamente oleico al 85% tiene la composición aproximada siguiente:
Saturados: 3-5%
monoinsaturados: 84-85%
diinsaturados: 3-7%
triinsaturados: 1-3%
Aunque la presente invención se prepara para el uso de aceites vegetales, la invención puede utilizar aceite sintético que tenga las mismas características composicionales que los aceites aislados de plantas. Aunque el material derivado de plantas es adecuado para casi todas las aplicaciones, el material sintético puede proporcionar una alternativa deseable en algunas aplicaciones.
Según la presente invención, los aceites con alto contenido de ácido oleico se utilizan como materiales de partida para la producción de una composición de aceite que tiene propiedades físicas útiles para fluidos de aislamiento eléctrico. La presente invención proporciona las composiciones procesadas que tienen propiedades y características estructurales y físicas específicas, procedimientos para obtener dicha composición, fluidos de aislamiento eléctrico que comprenden la composición, aparatos eléctricos que comprenden los fluidos de aislamientos eléctrico y procedimientos de aislar aparatos eléctricos utilizando dichos fluidos.
La presente invención proporciona una composición de triglicérido de ácido altamente oleico útil como un fluido de aislamiento eléctrico y más particularmente como un material componente de un fluido de aislamiento eléctrico. Una composición de triglicérido es una base de glicerol enlazada a tres moléculas de ácido graso. Las composiciones de triglicérido de la invención comprenden componentes de ácido graso de por lo menos un 75% de ácido oleico. Los restantes componentes de ácido graso incluyen menos del 10% de componente de ácido graso diinsaturado, menos del 3% de componente de ácido graso triinsaturado; y menos del 8% de componente de ácido graso saturado.
Las composiciones de triglicérido de la invención comprenden preferentemente componentes de ácido graso de por lo menos 80% de ácido oleico. Las composiciones de triglicérido de la invención comprenden más preferentemente componentes de ácido graso de por lo menos un 85% de ácido oleico. En algunas realizaciones, las composiciones de triglicérido de la invención comprenden componentes de ácido graso del 90% de ácido oleico. En algunas realizaciones, las composiciones de triglicérido de la invención comprenden componentes de ácido graso de más del 90% de ácido oleico.
Componentes de ácido graso diinsaturado, triinsaturado y saturado presentes en el triglicérido son preferiblemente C16-C22. Se prefiere que el 80% o más de los restantes componentes de ácido graso sean ácidos grasos C18 diinsaturados, triinsaturados y saturados, es decir, ácidos linoleico, linolénico y esteárico, respectivamente. En algunas realizaciones, los componentes de ácido graso diinsaturado, triinsaturado y saturado del triglicérido comprenden por lo menos un 75% de ácido oleico, menos de un 3% de ácido linoleico, menos del 4% de ácido esteárico y menos del 4% de ácido palmítico (C16 saturados).
Las composiciones de triglicérido de la invención son de un grado eléctrico. Es decir, tienen propiedades físicas específicas que les hacen particularmente adecuado para su uso como fluido de aislamiento eléctrico. La resistencia dieléctrica de una composición de triglicérido de la invención es de por lo menos 35 kV/100 milésimas de pulgada de separación (35 kV/2,5 mm de separación), el factor de disipación es menor de 0,05% a 25°C, la acidez es igual o menor de 0,05 mg KOH/g, la conductividad eléctrica es menor de 1 pS/m a 25°C, el punto de inflamación es por lo menos de 250°C y la temperatura de fluidez es de por lo menos -15ºC.
La resistencia dieléctrica, el factor de disipación, la acidez, la conductividad eléctrica, el punto de inflamación y la temperatura de fluidez se miden cada uno utilizando los estándares publicados establecidos en el Annual Book of ASTM Standards (en los Volúmenes 5 y 10) publicado por la American Society for Testing Materials (ASTM), 100 Barr Harbor Drive West Conshohocken PA 19428. La resistencia dieléctrica se determina utilizando el método de ensayo ASTM D 877. El factor de disipación se determina utilizando el método de ensayo ASTM D 924. La acidez se determina utilizando el método de ensayo ASTM D 974. La conductividad eléctrica se determina utilizando el método de ensayo ASTM D 2624. El punto de inflamación se determina utilizando el método de ensayo ASTM D 92. La temperatura de fluidez se determina utilizando el método de ensayo ASTM D 97.
La resistencia dieléctrica se mide tomando una muestra de 100-150 ml de aceite en una célula de ensayo y aplicando un voltaje entre electrodos de prueba separados por un espacio especifico. Se toma nota del voltaje de ruptura. El ensayo se realiza preferiblemente cinco veces y se calcula el valor medio. La resistencia dieléctrica de una composición de triglicérido de la invención es por lo menos de 35 kV/100 milésimas de pulgada de separación (35 kV/2,5 mm de separación). En algunas realizaciones preferidas, es de 40 kV/100 milésimas de pulgada de separación (40 kV/2,5 mm de separación).
El factor de disipación es una medida de la pérdida eléctrica debida a las especies conductoras y se prueba midiendo la capacitancia de fluidos en una célula de prueba utilizando un puente de capacitancia. El factor de disipación de una composición de triglicérido de la invención es menor de 0,05% a 25C. En algunas realizaciones preferidas, es menor de 0,02%. En algunas realizaciones preferidas, es menor de 0,01%.
La acidez se mide mediante la titulación de un volumen conocido de aceite con una solución de KOH alcohólico a punto de neutralización. El peso del aceite en gramos por mg de KOH se refiere de modo intercambiable como el número de acidez o el número de neutralización. La acidez de una composición de triglicérido de la invención es menor de 0,03 mg KOH/g. En algunas realizaciones preferidas, es menor de 0,02 mg KOH/g.
La conductividad eléctrica se mide utilizando un medidor de conductividad tal como un medidor Emcee. La conductividad eléctrica de una composición de triglicérido de la invención es menor de 1 pS/m a 25ºC. En algunas realizaciones preferidas, es menor de 0,25 pS/m.
El punto de inflamación se determina colocando una muestra de aceite en un comprobador de punto de inflamación y determinando la temperatura a la que empieza a arder. El punto de inflamación de una composición de triglicérido de la invención es de por lo menos 250°C. En algunas realizaciones preferidas, es de por lo menos 300ºC.
La temperatura de fluidez se determina enfriando una muestra de aceite con hielo seco/acetona y determinando la temperatura a la que el líquido se convierte en un semi-sólido. La temperatura de fluidez de una composición de triglicérido de la invención no es mayor de -15ºC. En algunas realizaciones preferidas, no es mayor de -20ºC. En algunas realizaciones preferidas, no es mayor de -40ºC.
En algunas realizaciones preferidas, la composición de triglicérido de la invención se caracteriza por las propiedades de una resistencia dieléctrica de por lo menos 40 kV/100 milésimas de pulgada de separación (40 kV/2,5 mm se separación), un factor de disipación de menos del 0,02% a 25ºC, acidez de menos de 0,02 mg KOH/g, conductividad eléctrica de menos de 0,25 pS/m a 25ºC, un punto de inflamación de por lo menos 300ºC y una temperatura de fluidez de no más de -20ºC. En algunas realizaciones preferidas, la temperatura de fluidez no es mayor de -40ºC.
En algunas realizaciones preferidas, la composición de triglicérido de la invención comprende componentes de ácido graso de por lo menos 75% de ácido oleico, ácido linoleico en una proporción de menos del 10%, ácido linoleico en una proporción de menos del 3%, ácido esteárico en una proporción de menos del 4% y ácido palmítico en una proporción de menos del 4%, y se caracteriza por las propiedades de una resistencia dieléctrica de por lo menos 40 kV/100 milésimas de pulgada de separación (40 kV/2,5 mm de separación), un factor de disipación de menos de 0,02% a 25ºC, acidez de menos de 0,02 mg KOH/g, conductividad eléctrica de menos de 0,25 pS/m a 25ºC, un punto de inflamación de por lo menos 300ºC y una temperatura de fluidez de no más de -20ºC. En algunas realizaciones preferidas, la temperatura de fluidez no es mayor de -40ºC.
Triglicéridos con contenido de aceite de alto ácido oleico se describen en la Patente de los Estados Unidos Número 4.627.192 expedida el 4 de diciembre de 1986 a Fick y en la Patente de los Estados Unidos Número 4.743.402 expedida el 10 de mayo de 1988 a Fick. Estos aceites o los que tienen un contenido similar en componentes de ácido graso según la presente invención pueden ser procesados para producir un aceite con las propiedades físicas deseadas. Pueden obtenerse aceites vegetales altamente oleicos a partir de proveedores comerciales tales como aceites RBD (refinados, blanqueados y desodorizados) que son procesados ulteriormente según la presente invención para producir aceites altamente oleicos útiles en las composiciones de fluidos de aislamiento eléctrico. Existen varios proveedores de aceites RBD altamente oleicos en los Estados Unidos y en otros países. El aceite RBD útil como material de partida para un procesamiento ulterior puede obtenerse de SVO Specialty Products, Eastlake OH, y Cargill Corp., Minneapolis MN. El fabricante de aceite realiza un elaborado proceso para obtener aceite RBD durante el cual se eliminan todos los componentes no aceitosos (gomas, fosfolípidos, pigmentos, etc.). Otras etapas pueden implicar el acondicionamiento para el invierno (enfriamiento) para eliminar saturados, y estabilización utilizando aditivos no tóxicos. Los procesos para convertir aceite en aceite RBD se describen en Bailey's Industrial Oil and Fat Products, Volúmenes 1, 2 y 3, Cuarta Edición 1979, John Wiley & Sons y en Bleaching and Purifying Fats and Oils por H.B.W. Patterson, AOCC Press, 1992.
Los aceites RBD se procesan ulteriormente según la presente invención a fín de producir un aceite con las propiedades físicas que aquí se definen. La purificación del aceite como es recibido designado aceite RBD es necesaria porque rastros de compuestos polares y materiales acídicos todavía permanecen en el aceite, haciéndolo inadecuado como fluido eléctrico. El proceso de purificación de la presente invención utiliza un tratamiento con arcilla que implica esencialmente un proceso de blanqueo utilizando arcilla neutra. El aceite RBD es combinado con un 10% por peso de arcilla y mezclados durante por lo menos alrededor de 20 minutos. Se prefiere si el aceite se caliente a aproximadamente 60-80ºC. Se prefiere si la mezcla es agitada. Las partículas de arcilla se eliminan posteriormente mediante una prensa de filtro. Las condiciones de vacío o una atmósfera neutra (mediante nitrógeno) durante este proceso impiden la oxidación. Es preferible un aceite ligeramente estabilizado. Se añade más estabilizador al final del proceso. La pureza se supervisa mediante una medición de la conductividad eléctrica, acidez y factor de disipación. Un tratamiento ulterior mediante técnicas de desodorización es posible pero no esencial. Los compuestos polares que interfieren al máximo con las propiedades eléctricas son compuestos organometálicos tales como jabones metálicos, pigmentos clorofílicos, etc. El nivel de purificación necesario viene determinado por las propiedades medidas y los límites utilizados. Una realización alternativa proporciona el paso de aceite RBD a través de una columna de arcilla. Sin embargo, la agitación con arcilla elimina los rastros de impurezas polares mejor que el paso a través de una columna de arcilla. En realizaciones preferidas, se utiliza la arcilla neutra de Attapulgite, típicamente de un tamaño de 30/60 mallas, en una proporción de 1-10% de arcilla por peso. En algunas realizaciones, las partículas de arcilla se eliminan utilizando filtros, preferiblemente filtros de papel con un tamaño de poro de 1-5 \mum. La arcilla es preferiblemente mezclada con aceite caliente y agitada durante varios minutos, transcurridos los cuales la arcilla es filtrada utilizando filtros. Pueden utilizarse láminas de filtro sintéticas o de papel si se usa un separador de filtro. Las láminas de filtro se sustituyen con periodicidad.
Los fluidos de aislamiento eléctrico de la invención comprenden la composición de triglicérido de la invención y puede comprender también uno o más aditivos. Los aditivos incluyen inhibidores de oxidación, desactivadores de cobre y depresores de la temperatura de fluidez.
Pueden añadirse inhibidores de oxidación al aceite. La estabilidad de oxidación es deseable pero en unidades selladas donde no hay hidrógeno, no sería crítica. Los inhibidores de oxidación normalmente utilizados incluyen tolueno hidroxi butilado (BHT), anisol hidroxi butilado (BHA) e hidroquinona butilo mono-terciaria (TBHQ). En algunas realizaciones, inhibidores de oxidación se utilizan en combinaciones tales como BHA y BHT. Los inhibidores de oxidación pueden estar presentes a niveles de 0,1-3,0%. En algunas realizaciones preferidas, se utiliza 0,2% de TBHQ. La estabilidad de oxidación del aceite viene determinada por procedimientos AOM u OSI bien conocidos para los expertos en la técnica. En el procedimiento AOM, el aceite es oxidado por aire a 100ºC y se controla la formación de peróxido. El tiempo para alcanzar 100 miliequivalentes (meq) o cualquier otro límite es determinado. Cuanto más alto sea el valor, tanto más estable será el aceite. En el procedimiento OSI, el tiempo para alcanzar un período de inducción viene determinado por la medida de conductividad.
Pueden añadirse también depresores de temperaturas de fluidez si se necesitan bajas temperaturas de fluidez. Pueden utilizarse productos comercialmente disponibles que sean compatibles con los aceites a base de vegetales. Solamente bajos porcentajes, tales como 2% o menor, se necesitan normalmente para hacer bajar la temperatura de fluidez de 10 a 15ºC. En algunas realizaciones, el depresor de la temperatura de fluidez es polimetacrilato (PMA).
Puesto que el cobre está siempre presente en el entorno eléctrico, otro tipo de aditivo son los desactivadores de cobre. Los desactivadores de cobre tales como derivados de benzotriazol están comercialmente disponibles. El uso de estos en porcentajes pequeños, tal como por debajo de 1%, puede ser beneficioso para reducir la actividad catalítica del cobre en aparatos eléctricos. En algunas realizaciones, el fluido de aislamiento eléctrico contiene menos del 1% de un desactivador de cobre. En algunas realizaciones, el desactivador de cobre es un derivado de benzotriazol.
En algunas realizaciones, la temperatura de fluidez puede reducirse más acondicionando para el invierno el aceite procesado. Esencialmente, los aceites son acondicionados para el invierno reduciendo la temperatura a cerca o por debajo de 0ºC y eliminando los componentes solidificados. El proceso de acondicionamiento para el invierno puede realizarse como una serie de reducciones de temperatura seguidas por la eliminación de sólidos a las diversas temperaturas. En algunas realizaciones, el acondicionamiento para el invierno se realiza reduciendo la temperatura en serie a 50, 00 y -12ºC durante varias horas, y filtrando los sólidos con diatomita.
En algunas realizaciones, el fluido de aislamiento eléctrico de la invención que comprende por lo menos la composición de triglicérido del 75 por ciento de la invención según se describió anteriormente comprende alrededor de un 0,1-5% de aditivos y luego hasta aproximadamente un 25% de otros fluidos aislantes tales como aceite mineral, ésteres sintéticos, e hidrocarburos sintéticos. En algunas realizaciones, el fluido de aislamiento eléctrico comprende 1-24% de fluidos aislantes seleccionados del grupo constituido por aceite mineral, ésteres sintéticos, hidrocarburos sintéticos y combinación de dos o más de dichos materiales. En algunas realizaciones, el fluido de aislamiento eléctrico comprende 5-15% de fluidos aislantes seleccionados del grupo constituido por aceite mineral, ésteres sintéticos, hidrocarburos sintéticos y combinación de dos o más de dichos materiales. Ejemplos de aceites minerales incluyen las poli alfa olefinas. Un ejemplo de un aceite mineral que puede utilizarse como parte de la presente invención es RTEemp, Cooper Power Fluid Systems. Ejemplos de ésteres sintéticos incluyen los ésteres de poliol. Ésteres sintéticos comercialmente disponibles que pueden utilizarse como parte de la invención incluyen los vendidos bajo las marcas MYDEL, REODEC y ENVIROTEMP 200, Cooper Power Fluid Systems. En algunas realizaciones preferidas, el fluido de aislamiento eléctrico comprende por lo menos un 85% de la composición de triglicérido de la invención. En algunas realizaciones preferidas, el fluido de aislamiento eléctrico comprende por lo menos un 95% de la composición de triglicérido de la invención.
La presente invención se refiere a un aparato eléctrico que comprende el fluido de aislamiento eléctrico de la invención. El aparato eléctrico puede ser un transformador eléctrico, un condensador eléctrico o un cable para transporte de fuerza eléctrica. La Patente de los Estados Unidos Número 4.082.866, la Patente de los Estados Unidos Número 4.206.066, la Patente de los Estados Unidos Número 4.621.302, la Patente de los Estados Unidos Número 5.017.733, la Patente de los Estados Unidos Número 5.250.750, y la Patente de los Estados Unidos Número 5.336.847 describen diversas aplicaciones de fluidos de aislamiento eléctrico para las cuales el fluido de aislamiento eléctrico de la invención puede ser utilizado. Además, la Patente de los Estados Unidos Número 4.993.141 expedida el 19 de febrero de 1991 a Grimes y otros., la Patente de los Estados Unidos Número 4.890.086 expedida el 26 de diciembre de 1989 a Hill, la Patente de los Estados Unidos Número 5.025.949 expedida el 25 de junio de 1991 a Adkins y otros., la Patente de los Estados Unidos Número 4.972.168 expedida el 20 de noviembre de 1990 a Grimes y otros., la Patente de los Estados Unidos Número 4.126.844, y la Patente de los Estados Unidos Número 4.307.364 expedida el 22 de diciembre de 1981 a Lanoue y otros,. contienen descripciones de diversos aparatos eléctricos en los que puede utilizarse el fluido de aislamiento eléctrico de la invención. En algunas realizaciones preferidas, el aparato eléctrico de la invención es un transformador, en particular un transformador de potencia o un transformador de distribución.
Ejemplos Ejemplo 1
Varios aceites altamente oleicos se purificaron y estabilizaron más de acuerdo con la presente invención para hacerlos eléctricamente adecuados. Las pruebas eléctricas mostraron que dichos aceites purificados tenían propiedades similares a los fluidos de alta temperatura corrientemente utilizados en transformadores de distribución. En la Tabla 1 se comparan las propiedades de los aceites purificados de la presente invención con los fluidos corrientemente usados.
TABLA 1 Comparación de aceites vegetales purificados con fluidos de alta temperatura utilizados en transformadores
Aceite vegetal altamente Aceite mineral de Fluido de éster sintético^{b}
oleico alta temperatura^{a}
Resistencia dieléctrica, 42,4 40-45 50
KV/100 milésimas
pulg. Separ.
Factor de disipación, % 0,02 0,01 0,1
a 25°C
No. neutr. mg KOH/g 0,05 - 0,03
Conductividad eléctrica 0,25-1,0 (0,1 ó 10)* (5,0)*
pS/m, 25°C
Punto de inflamación 328°C 275-300°C 257°C
Temperatura de fluidez -28°C -24°C -48°
^{a} RTEemp, Sistemas de fluido de potencia cobre
^{b} Ésteres de poliol
* deducido de la resistividad
Las propiedades enumeradas para el aceite altamente oleico son para aceites purificados sin ningún aditivo.
Ejemplo 2
La purificación del aceite tal como es recibido designado aceite RBD (refinado, blanqueado y desodorizado), es necesaria porque rastros de compuestos polares y materiales acídicos todavía permanecen en el aceite, haciéndolo inadecuado como fluido eléctrico. La purificación que intentamos implicaba el tratamiento con arcilla como sigue: aproximadamente 1 gal (3,8 1.) del aceite RBD fue tratado con 10% de arcilla de atapulgita. Se produjo aceite con una conductividad eléctrica de menos de 1 pS/m. El aceite tratado con atapulgita presentaba conductividades tan bajas como 0,25 pS/m. Los aceites de grado comercial tenían conductividades del orden de 1,5 a 125 pS/m. La conductividad por debajo de 1 pS/m (o resistividad por encima de 10^{14} ohm.cm) es deseable para el aceite de grado eléctrico. Otros indicadores de pureza son el factor de disipación y el número de neutralización (número de ácido). El factor de disipación es una medida de pérdidas eléctricas debidas a la conducción causada por las especies de conducción, normalmente componentes de rastro organometálico y deben estar por debajo de 0,05% a temperatura ambiente. Los aceites tratados con arcilla tenían un factor de disipación de 0,02%. Los aceites RBD no tratados tenían un factor de disipación que variaba desde el 0,06% al 2,0%.
Ejemplo 3
Se realizaron ensayos de estabilidad de oxidación en muestras de aceite tratado y no tratado utilizando métodos ASTM y AOCS. Los aceites RBD no tratados y tratados no superaron los ensayos. Se añadieron inhibidores de oxidación a los aceites y se repitieron los ensayos. Se ensayaron varios inhibidores de oxidación: BHT (Tolueno hidroxi butilado), BHA (Anisol hidroxi butilado), y TBHQ (Hidroquinona de butilo mono-Terciaria) en 0,2% por peso en aceite. En el método AOCS utilizado (Cd 12,57), muestras de 100 ml se hacen bullir con aire a 100ºC, y se midió la formación de peróxido con varios intervalos de tiempo. Se anotaron las horas necesarias para alcanzar 100 meq de peróxido. Puesto que el cobre está siempre presente en el entorno eléctrico, todas las muestras de aceite tenían hilo de cobre situado en ellas. Sin ningún aditivo, el tiempo para alcanzar el límite fue de 18 horas; con aditivo (0,2%), los tiempos fueron de 100 horas para BHT + BHA. Con TBHQ, incluso después de 400 horas, el valor de peróxido alcanzó solamente 8,4 meq. El TBHQ probó ser el mejor antioxidante de los tres. Sin un inhibidor de oxidación, los aceites en oxidación producirían hidroperóxido que luego se convierte en ácidos, alcoholes, ésteres, aldehídos, quetonas y estructuras poliméricas. La mayor parte de los aparatos eléctricos que utilizan un aislamiento fluido funcionan en un entorno de bajo oxígeno o libre de oxígeno, por lo que el riesgo de oxidación no es grande.
Ejemplo 4
La temperatura de fluidez del aceite tratado fue típicamente 25ºC. Para bajar más la temperatura de fluidez, los aceites tratados fueron acondicionados para el invierno a 5º, 0º y -12ºC durante varias horas, y los sólidos separados fueron filtrados con diatomita. La más baja temperatura de fluidez alcanzada hasta ahora fue de -38ºC, próxima al valor especificado de -40ºC para aceite de transformador. Un nuevo descenso es posible mediante un acondicionamiento para el invierno extendido. Otra propuesta es mediante el uso de depresores de la temperatura de fluidez tales como PMA (polimetacrilato) que se ha utilizado para aceite mineral.

Claims (21)

1. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico que comprende componentes de ácido graso de
por lo menos 75% de ácido oleico
menos del 10% de componente de ácido graso diinsaturado C16-C22;
menos del 3% de componente de ácido graso triinsaturado C16-C22; y
menos del 8% de componente de ácido graso saturado C16-C22; y
donde dicha composición está también caracterizada por las propiedades de:
una resistencia dieléctrica de por lo menos 35 kV/100 milésimas de pulgada de separación (35 kV/2,5 mm de separación),
un factor de disipación de menos del 0,05% a 25ºC,
acidez igual o menor que 0,05 mg KOH/g,
conductividad eléctrica de menos de 1 pS/m a 25ºC,
un punto de inflamación de por lo menos 250ºC y
una temperatura de fluidez de por lo menos -15ºC.
2. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico, según la reivindicación 1, que comprende componentes de ácido graso de
por lo menos 75% de ácido oleico
menos del 10% de ácido linoleico
menos del 3% de ácido linolénico
menos del 4% de ácido esteárico, y
menos del 4% de ácido palmítico.
3. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico, según la reivindicación 1 ó 2, donde dicha composición está también caracterizada por una acidez de menos de 0,03 mg KOH/g.
4. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico, según la reivindicación 2, donde dicha composición está también caracterizada por las propiedades de:
una resistencia dieléctrica de por lo menos 40 kV/100 milésimas de pulgada de separación (40 kV/2,5 mm de separación),
un factor de disipación de menos del 0,02% a 25°C,
acidez de menos de 0,02 mg KOH/g,
conductividad eléctrica de menos de 0,25 pS/m a 25°C,
un punto de inflamación de por lo menos 300°C, y
una temperatura de fluidez de por lo menos -20ºC.
5. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico, según la reivindicación 4, donde dicha composición está también caracterizada por una temperatura de fluidez de por lo menos -40°C.
6. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico, según la reivindicación 1, que comprende componentes de ácido graso de
por lo menos 75% de ácido oleico
menos del 10% de ácido linoleico
menos del 3% de ácido linolénico
menos del 4% de ácido esteárico, y
menos del 4% de ácido palmítico.
donde dicha composición está también caracterizada por las propiedades de:
una resistencia dieléctrica de por lo menos 40 kV/100 milésimas de pulgada de separación (40 kV/2,5 mm de separación),
un factor de disipación de menos del 0,02% a 25ºC,
acidez de menos de 0,02 mg KOH/g,
conductividad eléctrica de menos de 0,25 pS/m a 25°C,
un punto de inflamación de por lo menos 300ºC, y
una temperatura de fluidez de por lo menos -20ºC.
7. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico, según la reivindicación 6, donde dicha composición está también caracterizada por una temperatura de fluidez de por lo menos -40°C.
8. Un fluido de aislamiento eléctrico que comprende:
por lo menos 75% de la composición de triglicérido de alto ácido oleico de la reivindicación 1,
0,1-3% de aditivo antioxidante.
9. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 8, donde dicho aditivo antioxidante es seleccionado del grupo constituido por tolueno hidroxi butilado, anisol hidroxi butilado e hidroquinona de mono-t-butilo.
10. Un fluido de aislamiento eléctrico según la reivindicación 8, donde dicho aditivo antioxidante es hidroquinona de mono-t-butilo.
11. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 10, que comprende hasta 2% de hidroquinona de mono-t-butilo.
12. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 8, que comprende por lo menos 94% de la composición de triglicérido de alto ácido oleico.
13. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 8, que comprende además un aditivo depresor de la temperatura de fluidez.
14. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 13, donde dicho depresor de la temperatura de fluidez es polimetacrilato.
15. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 8, que comprende además un aditivo desactivador de cobre, comprendiendo dicho fluido de aislamiento eléctrico menos del 1% de dicho desactivador de cobre.
16. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 8, donde dicho desactivador de cobre es un derivado de benzotriazol.
17. Un fluido de aislamiento eléctrico, según la reivindicación 8, que comprende además hasta un 25% de aceite mineral, ésteres sintéticos, hidrocarburos sintéticos y combinaciones de los mismos.
18. Una composición de triglicérido de alto ácido oleico según la reivindicación 2, donde dicha composición está caracterizada también por la propiedad de:
acidez de menos de 0,02 mg KOH/g.
19. Un fluido de aislamiento eléctrico, según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 17, que contiene por lo menos un 94% de dicha composición de triglicérido.
\newpage
20. Un aparato eléctrico que comprende el fluido de aislamiento eléctrico de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 17.
21. Un aparato eléctrico, según la reivindicación 20, donde dicho aparato es un transformador eléctrico, un condensador eléctrico o un cable para transporte de fuerza eléctrica.
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