JP2005276714A - 電気絶縁油 - Google Patents

Abstract

【課題】 生分解性に優れ、低温で低粘性であり、多少の水分の混入でも絶縁性能の低下が小さく、さらに充分な電気特性を有する電気絶縁油を提供すること。
【解決手段】 ネオペンチルグリコールとトリメチロールプロパン及び／又はペンタエリスリトールとのアルコールと、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸から選定された２種以上のカルボン酸とからなるエステルを主成分とし、０℃における動粘度が１０〜２５０mm²/s、絶縁破壊電圧が５０KV以上、生分解性が６０％以上、流動点が−３５℃以下である電気絶縁油。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電気特性及び生分解性に優れた電気絶縁油に関する。

電気絶縁油は、精製鉱油、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、シリコーン油やエステル油等、多種のものが用いられている。最近は、環境問題、特には、漏洩した絶縁油の生分解性が重視され、菜種油とアルコールとのエステル交換反応により生成する脂肪酸エステルからなる絶縁油も提案されている（特許文献１）。

ところで、配電用柱上変圧器等、循環ポンプを有しない自然循環冷却方式の変圧器等においては、上記生分解性や通常の絶縁性能とともに、低温での低粘性や多少の水分の混入でも絶縁性能の低下が少ないこと等が要求されている。

前記菜種油エステルからなる電気絶縁油は、流動点や低温での粘性等の面で満足すべきものではなく、また市販されている各種の電気絶縁油においても、電気特性、流動点、低温での粘性および生分解性のうちのいずれかに問題を有し、これらをすべて満足するものはほとんど見い出されていない。
特開２０００−９０７４０号公報

本発明は上記問題点を解決するもので、生分解性に優れ、低温で低粘性であり、多少の水分の混入でも絶縁性能の低下が小さく、さらに充分な電気特性を有する電気絶縁油を提供することを目的としている。

本発明は、ネオペンチルグリコールとトリメチロールプロパン及び／又はペンタエリスリトールとのアルコールと、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸から選定された２種以上のカルボン酸とからなるエステルを主成分とし、０℃における動粘度が１０〜２５０mm²/s、絶縁破壊電圧が５０KV以上、生分解性が６０％以上、流動点が−３５℃以下である電気絶縁油で、特に好ましくは、前記混合カルボン酸として、n-ペンタン酸、n-ヘキサン酸、n-ヘプタン酸、n-オクタン酸、n-ノナン酸、n-デカン酸から選定された２種以上を用い、さらに好ましくは前記電気絶縁油に、酸化防止剤としてフェノール系及び／又はアミン系化合物を、帯電防止剤としてトリアゾール化合物を、または加水分解抑制剤としてカルボジイミド及び/又はエポキシ化合物のいずれか１種以上をそれぞれ１質量％以下添加したことからなる電気絶縁油である。

本発明の電気絶縁油は、生分解性に優れているので漏洩しても微生物により急速に分解されて自然環境への負荷が少なく、また低温で低粘性であるため低温地等の屋外においても自然循環冷却機能を発揮することができ、さらに多少の雨水等の水分が混入しても絶縁性能の低下が小さく、充分な電気特性を有し、実用性能に優れるという格別の効果を奏する。

本発明のネオペンチルグリコールとトリメチロールプロパン及び／又はペンタエリスリトールの２種以上のアルコールと、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸から選定された２種以上のカルボン酸とからなるエステルは、前記アルコールとカルボン酸とを無触媒、或いは硫酸、アルキルスルホン酸などの強酸触媒や塩化スズや塩化チタンなどの金属塩化物触媒の存在下、通常の方法でエステル化することにより製造できる。また、得られたエステルは、通常のエステルを精製する場合と同様に、脱酸、水洗、脱水、脱色、ろ過などの一連の処理により精製すると良い。

なお、本発明のエステルは、上記各アルコールと各カルボン酸とをそれぞれ別々に単独でエステル化したものを適宜混合、いわゆる物理混合して、所定の性状を有する電気絶縁油としても良く、また、所定の性状を有するように予め上記二種以上のアルコールと二種以上のカルボン酸とを適宜配合してエステル化反応させた、いわゆる化学混合により得られたものを用いても良い。

このように、上記の２種以上のアルコールとカルボン酸との物理混合又は化学混合によるエステルを基材とすることにより、電気絶縁油として要求される各種の特性をバランス良く満たすことができる。
なお、前記ネオペンチルグリコールは、アルコール全量中、４０モル％以上、特には６０モル％以上とすることが好ましい。

本発明にかかる上記エステルは、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン又はペンタエリスリトールの水酸基の一部がエステル化せずに残っている部分エステルであっても良いが、当該アルコールの全ての水酸基がエステル化されたものであることが好ましい。
また、カルボン酸としては、上記の直鎖以外に分岐鎖のカルボン酸を混合してもよいが、この場合、分岐鎖のカルボン酸は全カルボン酸中４０モル％以下とすることが好ましい。

上記エステルは基油の主成分として含まれておれば良いが、特には、低温での粘度、流動点、生分解性及び電気特性等の要求性能全てをより確実にバランスよく満たすという点から、上記エステルは基油全量基準で５０質量％以上含有させることが好ましく、８０質量％以上含有させることがより好ましく、９０質量％以上含有させることがさらに好ましく、エステル１００質量％が最も好ましい。

本発明の電気絶縁油の基油としては、上記エステルに加えて、鉱油、オレフィン重合体、アルキルベンゼン等の炭化水素系油や、ポリグリコール、ポリビニルエーテル、ケトン、ポリフェニルエーテル、シリコーン、ポリシロキサン、パーフルオロエーテル、上記エステル以外のエステルやエーテル等の酸素含有合成油を用いても良い。

本発明の電気絶縁油は、０℃における動粘度が１０〜２５０mm²/sの範囲にあることが必要で、１０mm²/s未満では、引火点が低下して耐燃性に劣り、また２５０mm²/sを超えると、変圧器内での絶縁油の循環が不十分となり、冷却が不完全となって加熱の原因となる。なお、特には０℃における動粘度は１０〜１００mm²/sの範囲のものが好ましい。温度変化による粘度変化は小さい方が好ましく、粘度指数が１００以上ものが良い。

また、本発明の電気絶縁油は、自然環境に及ぼす影響を小さいものとするために、生分解性が６０％以上を有するものであることが必要である。なお、この生分解性は、OECD 301Bに規定された方法により測定される２８日後のものである。

さらに、流動点が−３５℃以下でないと、寒冷地等での使用に耐えることができない。また、優れた電気特性を確保するためには、JIS C2101による絶縁破壊電圧が５０KV以上である必要があり、特には、JIS C2101による誘電正接（８０℃）が５％以下ものが好ましい。

またさらに、本発明の電気絶縁油は、良好な安定性を確保するため、全酸価が０.１mgKOH/g以下であることが好ましい。
なお、エステルを主成分とする基油は、鉱油系の基油に比べると比誘電率が高いので、電力ロスが少なく、また、飽和水分量が高いため、水分濃度が５００ppmになっても、絶縁破壊電圧を５０KV以上に保持することができる。

本発明の電気絶縁油には、上記エステルを主成分とする基油に、酸化防止剤、金属不活性剤、加水分解抑制剤及び帯電防止剤のうち一種以上を各１質量パ−セント以下添加することが好ましく、前記酸化防止剤であるフェノール系やアミン系化合物としては、ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、４,４’-メチレン-ビス-（２,６-ジ-tert-ブチルフェノール）、ビスフェノールＡ、フェニル-α-ナフチルアミン、Ｎ,Ｎ-ジ（２-ナフチル）-p-フェニレンジアミン、ジオクチルジフェニルアミン等を例示することができる。

帯電防止剤であるトリアゾール化合物としては、ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール誘導剤、チアジアゾール等を挙げることができ、さらに、加水分解抑制剤であるカルボジイミドとしては、ジフェニルカルボジイミドや、ジトリルカルボジイミド、ビス（イソプロピルフェニル）カルボジイミド、ビス（ジイソプロピルフェニル）カルボジイミド、ビス（トリイソプロピルフェニル）カルボジイミド、ビス（ブチルフェニル）カルボジイミド等のビス（アルキルフェニル）カルボジイミド等を、またエポキシ化合物としては、フェニルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエステル、炭素数５〜１８のアルキルグリシジルエーテル、同アルキルグリシジルエステル等を挙げることができる。

これらの酸化防止剤、加水分解抑制剤及び帯電防止剤は、個々の要求性能に応じ、一種以上を添加すれば良い。添加量は、電気絶縁油の全質量基準で、各添加剤で、１質量％以下とすべきである。１質量％を超えると、劣化時のスラッジ生成や着色が生じる。特には、酸化防止剤及び加水分解抑制剤については、０.０５〜１質量％、帯電防止剤については、５〜１０００ppm添加することが好ましい。

また、上記添加剤以外に、ジチオリン酸亜鉛等の摩耗防止剤、硫黄化合物等の極圧剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、清浄分散剤等の添加剤を単独で、または複数種類組み合わせて添加することもできる。これらの添加剤の添加量は特に制限されないが、電気絶縁油全量基準で、好ましくは１質量％以下である。

以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって何ら制限されるものではない。

アルコールとしてネオペンチルグリコール（NPG）、トリメチロールプロパン（TMP）及び／又はペンタエリスリトール（PE）を、カルボン酸としてn-ペンタン酸（nC5）、n-ヘキサン酸（nC6）、n-ヘプタン酸（nC7）、n-オクタン酸（nC8）、n-ノナン酸（nC9）、n-デカン酸（nC10）、n-ブタン酸（nC4）、イソノナン酸（iC9）、2-エチルヘキサン酸（2EH）、n-ドデカン酸（nC12）を用い、表１及び表２に示したような割合でエステルを調製して、供試油とした。

供試油１は、NPGとnC8とのエステルとPEとnC5及びnC7の化学混合によるエステルを物理混合して、供試油２は化学混合により、供試油３はNPGとnC8とのエステルとTMPとnC7のエステルを物理混合して、供試油４はNPGとnC7及びnC8の化学混合によるエステルとTMPとnC8及びnC10の化学混合によるエステルを物理混合して、供試油５はNPGとnC9とのエステルとPEとnC5、C6及びnC7の化学混合によるエステルを物理混合して、供試油６、７及び１０は化学混合により、供試油９及び１２は物理混合して、それぞれ調製した。

上記供試油について、それぞれの物性を測定して、実用性能を評価した。物性測定及び性能評価試験は、次の方法で行った。これらの結果を表３に示した。
(1) 動粘度：JIS K 2283に規定された方法により、０℃で測定した。
(2) 生分解性：OECD 301Bに規定された方法（２８日後）で測定した。
(3) 流動点： JIS K 2269に規定された方法で測定した。
(4) 全酸価：JIS K 2514に規定された方法で測定した。
(5) 絶縁破壊電圧：JIS C2101に規定された方法で測定した。
(6) 誘電正接：JIS C2101に規定された方法により８０℃で測定した。
(7) 引火点：JIS K 2265に規定された方法（クリーブランド開放式）で測定した。

表３から、本発明に該当する供試油１〜５は、動粘度、生分解性、低温流動性、燃焼性、熱安定性が良く、電気絶縁油の性能としてバランスがとれている。
これに対して、比較のための供試油６は動粘度及び引火点が低く、また供試油７は流動点が高過ぎて、供試油８は動粘度及び流動点が高く、しかも生分解性が低く、供試油９は流動点が高く、しかも生分解性が低く、供試油１０は流動点が高く、供試油１１は生分解性が低く、動粘度が高く、供試油１２は生分解性が低く、いずれも電気絶縁油として劣っている。

上記供試油１に、酸化防止剤として、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール（DBPC）又はフェニル-α-ナフチルアミン（PNA）、帯電防止剤として、ベンゾトリアゾール（BTA）、加水分解抑制剤として、ビス（ブチルフェニル）カルボジイミド（BBPC）又はフェニルグリシジルエーテル（PGE）を全供試油質量基準で表４に示した量、それぞれ添加した。

これについて、酸化安定度試験（JIS C 2101に規定された方法により、１２０℃、７５時間で）を行った。この結果を、表４に示した。

この結果から、酸化防止剤、帯電防止剤或いは加水分解抑制剤等を添加することにより、酸化安定性を改善できることが分かる。

本発明の電気絶縁油は、生分解性に優れ、低温で低粘性であり、多少の水分が混入しても絶縁性能の低下が小さく、充分な電気特性を有し手いるので、特には配電用柱上変圧器の電気絶縁油として極めて有用であるが、その他の変圧器、ケーブル、コンデンサー、遮断器等、各種の電気機器等の絶縁油としても有用である。

Claims (3)

1. ネオペンチルグリコールとトリメチロールプロパン及び／又はペンタエリスリトールとのアルコールと、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸から選定された２種以上のカルボン酸とからなるエステルを主成分とし、０℃における動粘度が１０〜２５０mm²/s、絶縁破壊電圧が５０KV以上、生分解性が６０％以上、流動点が−３５℃以下である電気絶縁油。
2. 上記混合カルボン酸が、n-ペンタン酸、n-ヘキサン酸、n-ヘプタン酸、n-オクタン酸、n-ノナン酸、n-デカン酸から選定された２種以上であることを特徴とする請求項１に記載の電気絶縁油。
3. 酸化防止剤としてフェノール系及び／又はアミン系化合物を、帯電防止剤としてトリアゾール化合物を、または加水分解抑制剤としてカルボジイミド及び／又はエポキシ化合物のいずれか１種以上をそれぞれ１質量％以下添加したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気絶縁油。