JP4994846B2 - 自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油 - Google Patents
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Description
本発明は、電気特性及び生分解性に優れた自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油に関する。
電気絶縁油としては、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、菜種油とイソブチル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（特開２０００−９０７４０号公報参照）。また、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特定の脂肪酸とからなるエステルを主成分とする電気絶縁油も提案されている（特開２００４−２７３２９１号公報参照）。
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小さ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。
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自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油を提供することを目的としている。
本発明は、
（１）ネオペンチルグリコールと炭素数７〜１０の直鎖又は分岐カルボン酸の１種以上とからなるエステルを５０質量％以上含有し、０℃での動粘度が１０〜２００mm2/s、絶縁破壊電圧が３０kV以上、生分解性が６０％以上、流動点が−３０℃以下である自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（２）前記エステルが、ネオペンチルグリコールと、ｎ-へプタン酸、ｎ-オクタン酸、ｎ-ノナン酸、ｎ-デカン酸、２-エチルヘキサン酸及び３,５,５-トリメチルへキサン酸の少なくとも１種とのエステルを含有することを特徴とする上記（１）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（３）前記エステルが、ネオペンチルグリコールと炭素数８又は９の分岐カルボン酸とのエステルの１種以上を５モル％以上含有することを特徴とする上記（１）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（４）前記エステルが、ネオペンチルグリコールと２-エチルへキサン酸とのエステルを５〜１００モル％含有することを特徴とする上記（３）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（５）酸化防止剤としてのフェノール系化合物及び／又はアミン系化合物、帯電防止剤としてのトリアゾール化合物、並びに加水分解抑制剤としてのカルボジイミド及び／又はエポキシ化合物のいずれか１種以上がそれぞれ１質量％以下添加されていることを特徴とする上記（１）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
にかかるものである。
（１）ネオペンチルグリコールと炭素数７〜１０の直鎖又は分岐カルボン酸の１種以上とからなるエステルを５０質量％以上含有し、０℃での動粘度が１０〜２００mm2/s、絶縁破壊電圧が３０kV以上、生分解性が６０％以上、流動点が−３０℃以下である自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（２）前記エステルが、ネオペンチルグリコールと、ｎ-へプタン酸、ｎ-オクタン酸、ｎ-ノナン酸、ｎ-デカン酸、２-エチルヘキサン酸及び３,５,５-トリメチルへキサン酸の少なくとも１種とのエステルを含有することを特徴とする上記（１）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（３）前記エステルが、ネオペンチルグリコールと炭素数８又は９の分岐カルボン酸とのエステルの１種以上を５モル％以上含有することを特徴とする上記（１）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（４）前記エステルが、ネオペンチルグリコールと２-エチルへキサン酸とのエステルを５〜１００モル％含有することを特徴とする上記（３）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
（５）酸化防止剤としてのフェノール系化合物及び／又はアミン系化合物、帯電防止剤としてのトリアゾール化合物、並びに加水分解抑制剤としてのカルボジイミド及び／又はエポキシ化合物のいずれか１種以上がそれぞれ１質量％以下添加されていることを特徴とする上記（１）に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油、
にかかるものである。
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小さく、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。
本発明の電気絶縁油の主成分であるネオペンチルグリコールと炭素数７〜１０の直鎖又は分岐カルボン酸の１種以上とからなるエステルは、前記グリ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、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、本発明の電気絶縁油には、上記グリ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ようにしたものを用いても良いし、また、所定の性状を有するように予め二種以上のカルボン酸を適宜配合して上記グリコールと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。
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（グリコール）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。具体的には、上記エステルの水酸基価は、５０mgKOH/g以下、特には１０mgKOH/g以下が好ましい。
また、炭素数７〜１０の直鎖又は分岐カルボン酸としては、Ｒ−ＣＯＯＨで表され、１つのカルボキシル基を有し、Ｒが炭素数６〜９の直鎖又は分岐のアルキル基であるものが好ましく、特には、ｎ-へプタン酸、ｎ-オクタン酸、ｎ-ノナン酸、ｎ-デカン酸、２-エチルへキサン酸及び３,５,５-トリメチルへキサン酸が好ましい。また、上記カルボン酸としては、炭素数８又は９の分岐カルボン酸が更に好ましく、具体的には、２-エチルヘキサン酸又は３,５,５-トリメチルヘキサン酸を用いることが好ましく、この分岐カルボン酸は全カルボン酸中５モル％以上、特には１５モル％以上、さらには２５モル％以上になるようにすることが好ましい。特には、カルボン酸として、２-エチルへキサン酸を全カルボン酸中５〜１００モル％、特には１５〜１００モル％、さらには５０〜１００モル％となるように用いることが好ましい。
上記エステルは基油の主成分として含まれ、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％以上含有され、８０質量％以上含有されることが好ましく、９０質量％以上含有されることがより好ましく、上記エステルが基油の１００質量％であることが最も好ましい。
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１０〜２００mm2/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２００mm2/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、０℃における動粘度は１０〜１００mm2/s、特には１０〜５０mm2/sの範囲が好ましい。
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％以上であることが必要であり、生分解性が８５％以上であることが好ましい。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、本発明の電気絶縁油は、流動点が−３０℃以下である。電気絶縁油の流動点が−３０℃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、電気絶縁油が優れた電気特性を確保するためには、JIS C 2101による絶縁破壊電圧が３０kV以上である必要があり、５０kV以上であることが好ましい。また、本発明の電気絶縁油は、JIS C 2101による誘電正接（８０℃）が５％以下、特には、２％以下であることが好ましい。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絶縁紙に近い高誘電率であるため、変圧器の小型化が可能となる。また、エステルを主成分とする基油は、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３０kV以上に保持することができる。
本発明の電気絶縁油においては、上記エステルを主成分とする基油に、酸化防止剤としてのフェノール系化合物及び／又はアミン系化合物、加水分解抑制剤としてのカルボジイミド及び／又はエポキシ化合物、並びに帯電防止剤としてのトリアゾール化合物のうち一種以上を各１質量パーセント以下添加することが好ましい。
前記酸化防止剤としてのフェノール系化合物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。また、前記帯電防止剤としての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体、チアジアゾール等を挙げることができる。さらに、前記加水分解抑制剤としての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、前記加水分解抑制剤としての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、炭素数５〜１８の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％、特には０.１〜０.５質量％、帯電防止剤については、５〜１０００ppm、特には５〜５０ppm添加することが好ましい。
また、本発明の電気絶縁油には、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、金属不活性剤、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。
＜実施例＞
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。
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。
（実施例１）
アルコールとしてネオペンチルグリコール（NPG）を用い、カルボン酸としてｎ-へプタン酸（nC7）、ｎ-オクタン酸（nC8）、ｎ-ノナン酸（nC9）、ｎ-デカン酸（nC10）、２-エチルへキサン酸（bC8）、３,５,５-トリメチルヘキサン酸（bC9）、ｎ-ブタン酸（nC4）、ｎ-ドデカン酸（nC12）を用い、又、比較のため、アルコールとしてトリメチロールプロパン（TMP）又はペンタエリスリトール（PE）を用い、表１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。なお、カルボン酸を２種以上用いたエステルは化学混合、すなわち、カルボン酸を所定比で混合して、アルコールとエステル化反応させて調製したものである。
アルコールとしてネオペンチルグリコール（NPG）を用い、カルボン酸としてｎ-へプタン酸（nC7）、ｎ-オクタン酸（nC8）、ｎ-ノナン酸（nC9）、ｎ-デカン酸（nC10）、２-エチルへキサン酸（bC8）、３,５,５-トリメチルヘキサン酸（bC9）、ｎ-ブタン酸（nC4）、ｎ-ドデカン酸（nC12）を用い、又、比較のため、アルコールとしてトリメチロールプロパン（TMP）又はペンタエリスリトール（PE）を用い、表１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。なお、カルボン酸を２種以上用いたエステルは化学混合、すなわち、カルボン酸を所定比で混合して、アルコールとエステル化反応させて調製したものである。
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２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 C 2101に規定された方法で測定した。
（６）誘電正接：JIS C 2101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。
（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 C 2101に規定された方法で測定した。
（６）誘電正接：JIS C 2101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２から、本発明に従う供試油１〜７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８は動粘度及び引火点が低く、また供試油９は流動点が高過ぎ、供試油１０は動粘度が高く、しかも生分解性が低く、供試油１１は生分解性が低く、供試油１２、１３は流動点が高く、生分解性が低く、供試油１４は流動点が高く、いずれも電気絶縁油として劣っている。
（実施例２）
上記供試油６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３に示した量、それぞれ添加した。
上記供試油６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３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３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ているので、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、その他の自然循環冷却方式の変圧器の絶縁油としても有用である。
Claims (5)
- ネオペンチルグリコールと炭素数７〜１０の直鎖又は分岐カルボン酸の１種以上とからなるエステルを５０質量％以上含有し、０℃における動粘度が１０〜２００mm2/s、絶縁破壊電圧が３０kV以上、生分解性が６０％以上、流動点が−３０℃以下である自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油。
- 前記エステルが、ネオペンチルグリコールと、ｎ-へプタン酸、ｎ-オクタン酸、ｎ-ノナン酸、ｎ-デカン酸、２-エチルヘキサン酸及び３,５,５-トリメチルへキサン酸の少なくとも１種とのエステルを含有することを特徴とする請求項１に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油。
- 前記エステルが、ネオペンチルグリコールと炭素数８又は９の分岐カルボン酸とのエステルの１種以上を５モル％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油。
- 前記エステルが、ネオペンチルグリコールと２-エチルへキサン酸とのエステルを５〜１００モル％含有することを特徴とする請求項３に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油。
- 酸化防止剤としてのフェノール系化合物及び／又はアミン系化合物、帯電防止剤としてのトリアゾール化合物、並びに加水分解抑制剤としてのカルボジイミド及び／又はエポキシ化合物のいずれか１種以上がそれぞれ１質量％以下添加されていることを特徴とする請求項１に記載の自然循環冷却方式の変圧器用電気絶縁油。
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