JP2008500413A - 変圧器のためのポリオールエステル - Google Patents

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Abstract

一般式(Ｉ)：
Figure 2008500413

[式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、同一または異なって、５〜１１個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖のアルキル基である]で示されるトリメチロールプロパンエステル(ＴＭＰエステル)を含有する組成物が開示される。このエステルは、４０℃で２３ｍｍ2／ｓ未満の粘度および＞３００℃の発火点を有する。本発明の組成物は、変圧器のための誘電体絶縁液として使用される。

Description

本発明は、合成ポリオールエステルに基づく変圧器流体および変圧器のための誘電体絶縁液としての該流体の使用に関する。
高電圧が変圧器に送られる。十分な電気的絶縁が安全な操作のために必須である。さらに、電気エネルギーの送信中に発生する熱を消散させなければならない。ある種の流体が絶縁特性および熱消散特性を有することが知られている。これらの流体を使用することに伴う問題の１つは、示すことが期待される特性が、高電圧によりストレスを受け、時間とともに低下することである。通常は、鉱油またはシリコーン液が使用される。しかし、このような流体は生分解性に劣り、従って、ヒトおよび環境に対して危険である。
従って、変圧器において絶縁液として使用するための生分解性油に対する要求が増大している。これまで、この要求は、ヒマワリ油、ナタネ油またはダイズ油の使用によって答えられていた。残念ながら、これらの油は、酸化安定性の点で必要な特性の全てを有していない。
上記した酸化安定性および熱特性(例えば引火点および燃焼点)の他に、必要な特性には、流動点、低酸価、誘電安定性および無機スラッジ形成(ＩＥＣ安定性試験における)も含まれる。さらに、良好な腐蝕特性、封止適合性、そして特に、安定な粘度が必須である。
使用する油は、ＩＥＣ規格６１０９９「電気目的のための未使用合成有機エステルの規格」を満たさなければならない。引火点および燃焼点も重要な特性である。
鉱油またはシリコーン化合物の主な利点は、これらの低い粘度である。これらの劣った生分解性ならびに存在しないかまたは不十分な防火性の欠点は、有利な特性のみによるこれらの使用を正当化しない。
欧州特許ＥＰ０２９２０２５は、難燃油を充填した電気器具を記載している。この油は、３００℃以上の引火点を有するポリオールエステルからなる。所望の範囲を超える粘度を有するポリオールエステルが記載されている。さらに、使用する酸成分を伴うポリオールが良好な生分解性を示すか否かについては、何の情報もない。
従って、本発明が解決しようとする課題は、変圧器のための別の誘電体絶縁液として、ＩＥＣ規格６１０９９を満たし、極めて良好な生分解性を示し、低粘度を有し、そして規格に対応する引火点および燃焼点と共に高い粘度および酸化安定性を有する化合物を提供することであった。最も好ましい態様において、この誘電体絶縁液は、再生可能な原料に基づくものであり、製造するのが簡単かつ安価なものである。
酸成分として飽和脂肪酸を含むトリメチロールプロパンエステルが、上記した要求を優れた様式で満たすことがわかった。
即ち、本発明は、一般式(Ｉ)：
Figure 2008500413
 [式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、同一または異なっていてよく、５〜１１個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖のアルキル基である]
で示されるトリメチロールプロパンエステル(ＴＭＰエステル)であって、４０℃で＜２３ｍｍ2／ｓの粘度および＞３００℃の燃焼点を有するエステルを含有する組成物に関する。これらのエステルは、変圧器のための誘電体絶縁液として非常に適している。
低粘度(好ましい態様においては４０℃で２０ｍｍ2／ｓ以下である)は、改善された熱消散作用を導き、従って、変圧器の比較的長い耐用年数を導く。低粘度は、エステル化のための酸成分を選択することによって達成することができる。式(Ｉ)中の置換基Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、直鎖または分岐鎖のＣ5-11アルキル基からなる。直鎖または分岐鎖のＣ7-9アルキル基である置換基を使用するのが好ましい。これらの置換基は、所望の酸化安定性を達成するために飽和されていなければならない。ポリオールエステル中の置換基の全てが同一、２つだけが同一、または全てが異なることができる。好ましいのは、Ｃ7-9置換基(Ｃ8-10脂肪酸の酸混合物によるトリメチロールプロパンのエステル化において生成する)が分布しているもの、燃焼点が３００℃を超えるもの、および粘度が４０℃で＜２３ｍｍ2／ｓの上記した好ましい範囲に達するものである。炭素原子の数が増えると、燃焼点が高くなるが、粘度も高くなる。これらの値は互いに逆行するので、各一対の値に対して、置換基Ｒ1、Ｒ2およびＲ3の最適炭素鎖分布が存在する。
この種のトリメチロールプロパンエステルは、ＩＥＣ６１０９９を満たし、Deutsches Bundesamt fur Umwelt (UBA、ベルリン)により、水に対して危険ではないと分類されている。従って、その生分解性は、水危険分類(Water Hazard Class)１の規格を優に超えており、２８日後に＞６０％ＢＯＤ／ＣＯＤもしくはＣＯ2発生または＞７０％ＤＯＣ除去のレベルに達する。これは、即座の生分解性(例えば、ＯＥＣＤ法３０１によって測定したとき)の限界に相当する。
本発明の組成物は、良好な熱特性および優れた誘電特性を有する。絶縁液の特性をさらに改善するために、抗酸化剤および／または金属不活性化剤を使用することができ、そして使用するのが好ましい。別の態様において、本発明の組成物は、エステルを基準に、０.００５〜１.０重量％の抗酸化剤および／または０.０１〜２.０重量％の金属不活性化剤を追加で含有する。抗酸化剤の好ましい量は、エステルを基準に、０.０１〜０.５重量％、より具体的には０.１重量％である。金属不活性化剤の好ましい量は、エステルを基準に、０.１〜１.０重量％、より具体的には０.１重量％である。
抗酸化剤は、好ましくは、ビス-ヒドロキシトルエン、ヒドロキノン、４-tert-ブチルカテコール、ナフトール、フェニルナフチルアミン、ジフェニルアミン、フェニル性チオエーテル、トコフェロールおよびこれら物質の混合物からなる群から選択される。
金属不活性化剤は、好ましくは、トリアゾール、トリルトリアゾール、ジメルカプトチアジアゾールおよびこれら物質の混合物からなる群から選択される有機ヘテロ化合物である。
また本発明は、一般式(Ｉ)：
Figure 2008500413
 [式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、同一または異なっていてよく、５〜１１個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖のアルキル基である]
で示されるトリメチロールプロパンエステル(ＴＭＰエステル)であって、４０℃で＜２３ｍｍ2／ｓの粘度および＞３００℃の燃焼点を有するエステルを、変圧器のための誘電体絶縁液として含有する本発明の組成物の使用に関する。
ここで言う変圧器は、電力変圧器、配電変圧器、電柱変圧器、負荷ステッピングスイッチまたは切替えスイッチである。
製造例−エステルＴ１
トリメチロールプロパン(２５０ｇ)を、窒素下に脂肪酸(８５０ｇ)と混合した。スズ(II)オキサレート(０.０５ｇ)を添加した後、混合物を激しく撹拌しながら２３０℃まで加熱した。反応が１６０℃で始まり、水の激しい脱離を伴った。反応温度が２３０℃に到達した後、酸価が２０になるまで反応を続けた。次いで真空を適用し、同温度で反応を完結させた。次いで反応混合物を冷却し、触媒を、５０％ＮａＯＨ溶液の添加によって中和した。反応混合物を乾燥し、セラトム(Celatom)で濾過した。
第２の工程において、０.１％の抗酸化剤および０.１％の金属不活性化剤をエステルＴ１に加え、酸化試験をＩＥＣ６１０９９に従って行い、特性を決定した。全ての添加剤を入れたエステルの特性(ＩＥＣ６１０９９に従う誘電特性を含む)を、例示の目的で以下に示す。
Figure 2008500413
Figure 2008500413
Figure 2008500413

Claims (8)

  1. 一般式(Ｉ)：
    Figure 2008500413
     [式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、同一または異なっていてよく、５〜１１個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖のアルキル基である]
    で示されるトリメチロールプロパンエステル(ＴＭＰエステル)であって、４０℃で＜２３ｍｍ2／ｓの粘度および＞３００℃の燃焼点を有するエステルを、変圧器のための誘電体絶縁液として含有する組成物。
  2. 置換基Ｒ1、Ｒ2およびＲ3が、同一または互いに独立して、７〜９個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖のアルキル基であることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
  3. エステルが、４０℃で２０ｍｍ2／ｓ以下の粘度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の組成物。
  4. エステルを基準に、０.００５〜１.０重量％の抗酸化剤および／または０.０１〜２.０重量％の金属不活性化剤をさらに含有する請求項１〜３のいずれかに記載の組成物。
  5. 抗酸化剤が、ビス-ヒドロキシトルエン、ヒドロキノン、４-tert-ブチルカテコール、ナフトール、フェニルナフチルアミン、ジフェニルアミン、フェニル性チオエーテル、トコフェロールおよびこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の組成物。
  6. 金属不活性化剤が、トリアゾール、トリルトリアゾール、ジメルカプトチアジアゾールおよびこれらの混合物からなる群から選択される有機ヘテロ化合物であることを特徴とする請求項４に記載の組成物。
  7. 変圧器のための誘電体絶縁液としての、請求項１〜６のいずれかに記載の組成物の使用。
  8. 変圧器が、電力変圧器、配電変圧器、電柱変圧器、負荷ステッピングスイッチまたは切替えスイッチであることを特徴とする請求項７に記載の使用。
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