KR20140044839A

KR20140044839A - 감소된 스트리머 속도를 갖는 유전성 유체들

Info

Publication number: KR20140044839A
Application number: KR1020137035021A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 운게; 산타누 싱하; 오위스테인 헤스타드; 스티안 잉게브릭트센; 한스-스베레 스마로; 페르-올로프 오스트란드
Original assignee: 에이비비 리써치 리미티드
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2014-04-15
Also published as: ES2666334T3; BR112013030794B1; BR112013030794A2; EP2714868B1; AU2012264701A1; KR101945559B1; CN103717717B; RU2622381C2; RU2013158128A; ZA201308833B; CN103717717A; US20140084226A1; EP2714868A1; WO2012164039A1; AU2012264701B2; US10109388B2

Abstract

본 발명은 유전성 유체 및 첨가제를 포함하는 전기 절연을 위한 액체 조성물에 관한 것이며, 첨가제는, 유전성 유체에 용해되고, 유전성 유체의 1차 여기 에너지보다 더 낮은 1차 여기 에너지를 갖는다.

Description

감소된 스트리머 속도를 갖는 유전성 유체들{DIELECTRIC FLUIDS HAVING REDUCED STREAMER SPEED}

본 발명은 전기 및/또는 파워 애플리케이션들을 위한 유전성 유체들, 상기 유체들을 조제하는 방법들, 상기 유체들을 포함하는 전기 및/또는 파워 장치들, 그리고 그러한 유전성 유체들의 사용들에 관한 것이다.

절연, 유전성 유체들이 변압기들, 커패시터들, 스위치기어, 부싱들 등과 같은 전기 장치들에 사용되며, 여러 기능들을 가진다. 유전성 유체들은 장치 내부의 접지 부분들과 고전압을 분리하는 전기 절연 매체로서 작용하며, 전류-수송 도체들에서 발생된 열을 이동시키기 위한 냉각 매체로서 기능한다. 또한, 유체들은 동작 도중에 변압기의 상태를 모니터링하기 위한 매체를 제공한다.

상술된 기본 기능들 이외에도, 절연 액체는 또한 다른 필요한 원하는 요건들에 부합해야 한다. 유체는 고 효율, 장 수명 및 최소 환경 영향을 가져야 한다. 게다가, 유체는 전기 장비에 사용되는 재료들과 호환가능해야 하고, 사람의 건강 및 안전에 위험요소가 되지 않아야 한다. 실제로, 절연 유체들은 다양한 물리적, 전기적 및 화학적 특성들을 충족해야 하고, 모든 이들 특성들은, 중요한 특성들의 각자에 대해 최소 요건들을 규정하는 사양들 및 표준들을 통해 규제된다.

일반적으로, 석유계 오일들은 주로 저 점도, 저 유동점 (pour point), 고 유전 강도, 용이한 입수 가능성 및 저 비용에 관한 유리한 특성들 때문에 오일-충전된 변압기들에 있어서의 절연 유체로서 사용되고 있다. 지난 수십 년 동안, 변압기 산업은 몇몇 변화들을 겪었다. 부식성 황 및 오일 품질 논쟁들의 문제점들과 결부된 확실한 장기간 성능을 갖는 소형의 효율적인 변압기들에 대한 시장 요구에 따라 변압기 오일의 특성들에 있어서의 개선이 필요로 되었다. 게다가, 건강 및 안전에 대한 엄격한 환경 규제들이 서서히 전개되고 있으며, 변압기 화재 또는 정전의 경우의 엄청난 책임 위험들이 우려할 만한 요인으로 제기되었다. 이들 인자들을 고려하여, 1990년 이후에 중대한 연구 및 개발 노력들은 미네랄 오일에 대한 대체물들을 찾아내는 것을 향해 지향되었다.

일반적으로 알려진 몇몇 옵션들, 예컨대 에스테르계 유체들, 실리콘 유체, 염소처리된 벤젠류, 퍼클로로에틸렌, 폴리알파올레핀류 등 중에서도, 에스테르계 유체들 (합성 및 천연의 양방) 은 주로 그들의 높은 생분해성 (biodegradability) (더 낮은 환경 위험) 그리고 높은 값들의 인화점들 및 연소점들 (높은 화재 안전 인자) 때문에, 미네랄 오일에 대한 우수한 대체물들이다. 게다가, 주요 구성성분이 트리글리세라이드류인, 식물성 오일들에 기초한 천연 에스테르들이 그들의 갱신 가능성 때문에 바람직하다.

따라서, 산업계 내에서 현재 이용되는 다소 불리한 절연 유체들을 대체하기 위해서, 파워 및/또는 전기 애플리케이션들을 위한 에스테르계 유체들, 보다 구체적으로 트리글리세라이드계 유체들의 성능을 향상시키기 위한 상당한 필요성들이 당업계에 존재한다.

일반적으로, 모든 식물성 오일들은 미네랄 오일과 비교해서 높은 점도를 가진다. 변압기가 더 높은 전압 레벨들에서 동작되어야 하는 경우, 때때로 펌프들을 통해 변압기 내의 오일을 순환시킬 필요가 있을 수도 있다. 식물성계 액체들의 높은 점도는, 특히 냉각 관점에서 변압기의 설계에 대한 몇몇 도전들을 제기한다. 이것은 식물성계 유체들에 대한 더 낮은 점도 값의 요건을 초래한다.

생분해성 천연 에스테르계 유체들은 미네랄 오일과 비교해서 높은 유동점 온도들을 가지며, 이는 그 유체를 포함하는 전기 장치들이 극도로 한랭 환경에서 동작되어야 하는 경우 중요한 결점으로서 고려될 수 있는데, 그 문제점은 더 높은 전압 정격에서 특히 두드러진다. 게다가, 낮은 유동점은 유체 및 이 유체가 스며든 고체 절연물의 유전성 및/또는 다른 특성들에 있어서의 변화들을 야기할 수 있다. 결국 이것은 변압기에 있어서의 설계 변화들을 강요할 수 있어 제조 비용의 증가를 초래할 수 있다. 그리하여 식물성 유체에 대해 매우 낮은 값의 유동점이 또한 요구된다.

전기 절연 기능을 수행하기 위해, 절연 유체는 전기 장치의 설계 사양들에 따라 요구되는 전기 스트레스들을 견디도록 설계되어야 한다.

전기 스트리머들은, 대략 1×10⁸ (V/m) 이상 정도의 전계들에 의해 오버스트레스되는 유체의 영역들에서 형성되는 낮은 밀도 전도성 구조들의 형태의 사전-브레이크다운 현상이다. 일단 스트리머가 형성되면, 스트리머는 길어지는 경향이 있어, 개시 포인트로부터 그라운딩 포인트 (grounding point) 를 향해 성장한다. 스트리머의 발달의 정도는 원인이 되는 전기적 여기 (electrical excitation) 의 성질에 의존한다. 지속된 과여기 (overexcitation) 는 그것의 원점과 그라운드 사이의 유체 갭을 가교하는 스트리머를 초래할 수 있다. 이것이 발생하면, 아크 (arc) 가 형성될 것이고 전기적 브레이크다운이 일어날 것이다. 스트리머들은 포지티브 여기와 네거티브 여기의 양방으로 인해 형성될 수 있다 (Sullivan, Thesis (Ph. D.), Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2007).

AC (50/60 Hz) 및 뇌 충격 (Lightning Impulse) (1.2/50 μs) 하에서의 유전 브레이크다운 내전압 (withstand voltage) 은 전기 절연 관점에서 가장 중요한 파라미터로서 고려된다. 유전 브레이크다운 내전압 (브레이크다운 전압) 은, 서로로부터 특정 거리에 놓여지고 특정된 형상의 2개의 전극들 사이에서 오일에서의 플래시오버 (flashover) 를 획득하는데 필요한 전압으로서 정의될 수 있다. AC 전압은 본선의 선 주파수 (어디에 존재하는지에 따라 50 또는 60 Hz) 이다. 뇌 충격 (LI) 브레이크다운 전압은 낙뢰 (lightning strikes) 를 시뮬레이팅하는 것이며, 통상적으로 파형이 90% 진폭에 도달하는데 1.2 마이크로초 상승을 사용한 후 50 마이크로초 후에 50% 진폭까지 다시 떨어진다. 이들 테스트들을 수행하는 방식을 관리하는 2개의 기술적 표준들은 ASTM D1816 (주로 AC 에 대해) 및 ASTM D3300 (충격 전압들에 대해) 이다. 이 표준들은 테스트들에 필요한 갭 거리들 및 전극들의 종류를 특정한다.

뇌 충격 (LI) 브레이크다운 현상들과 연관된 파라미터들 중 하나는 스트리머가 개시 포인트로부터 그라운드로 전파하는 속도이다. LI 스트리머 속도들에 관한 중요한 파라미터는, LI 스트리머들의 속도가 매우 높은 값으로 가속화되는 전압으로서 정의될 수 있는 가속 전압 (V_a) 이다.

도 1 은 천연 에스테르 유전성 액체와 미네랄 오일 간의 스트리머 속도의 차이를 일반적으로 도시한다. 천연 에스테르는 약 140 kV 의 평균 브레이크다운 전압 (V_b) 을 가지며, 그 이후에 스트리머의 속도가 급격하게 가속되는 것으로 관찰된다. 그래서, 사실상, 에스테르 액체들의 경우에 V_a 는 V_b 와 일치하며, 즉 V_a/V_b 의 비율이 1 에 가깝다. 한편, 미네랄 오일의 경우에, V_a/V_b 의 비율이 휠씬 더 높은 약 1.5 이다. 또, 미네랄 오일의 브레이크다운 전압도 또한 에스테르 액체와 비교해서 더 높다.

전기 장치에 있어서의 높은 안전 인자에 대해, 느린 스트리머 속도, 즉 높은 브레이크다운 전압 및 V_a/V_b 의 높은 비율을 갖는 것이 항상 바람직하다. 이와 관련하여, 에스테르 유체들은 일반적인 미네랄 오일들과 유사하게 이행하지 않는다. 에스테르 유전성 유체들은 일반적으로 빠른 LI 스트리머 속도들, 통상 100 km/s 이상을 갖는다 (Duy 등, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2009, Vol. 16, 6, pp. 1582 - 1594, 및 Rongsheng L. 등, IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, (CEIDP) 2009, 18-21 Oct. 543 - 548, ISSN: 0084-9162). 따라서, 에스테르 유체들을 갖는 전기 장치의 설계에 있어서 특별한 주의가 요구된다.

첨가제들의 첨가에 의해 변압기들에서 사용되는 에스테르 오일들의 특성들을 향상시키는 것이 당업계에 알려져 있다. 에스테르 오일들에 대해 사용되는 보통의 첨가제들로는 산화방지제들, 유동점 강하제들 및 금속 패시베이터들이 있다 (예를 들어 US 특허 제6,274,067호 참조).

게다가, 국제 공개 WO 2008/071704호에는, 전기 또는 전자기 디바이스들에 대한 절연 액체가 개시되어 있는데, 그 액체는 캐리어 액체 및 나노입자들을 포함한다. 나노입자들은 포지티브 스트리머의 스트리머 속도를 감소시키기 위해서 10^-5 내지 10⁵ S/cm 의 전도율을 갖는 것이 바람직하다.

또한 US 특허 출원 US 2011/232940호에는 에스테르 액체 및 그 에스테르 액체에 대한 첨가제를 포함하는 절연 액체가 개시되어 있는데, 그에 따라 빠른 전기 스트리머들의 형성의 감소가 획득된다고 주장되어 있다. 그러나, 이것을 지지하는 실험 데이터가 제공되어 있지 않다.

에스테르계 유전성 유체들이 사용되는 전기 장치의 안전 및 성능을 향상시키기 위해서 에스테르계 유전성 유체들의 LI 스트리머 속도들을 향상시키기 위한 상당한 필요성이 당업계에 존재한다.

본 발명의 목적은, 감소된 LI 스트리머 속도를 갖는, 전기 장치들에 대한 유전성 유체, 예컨대 에스테르계 유체를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 유전성 유체 및 첨가제를 포함하는 전기 절연을 위한 액체 조성물이 제공되며, 첨가제는, 유전성 유체에 용해되고, 유전성 유체의 1차 여기 에너지보다 더 낮은 1차 여기 에너지를 갖는다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 유전성 유체 및 첨가제를 포함하는 전기 절연을 위한 액체 조성물의 조제 방법이 제공되며, 첨가제는, 유전성 유체에 용해되고, 유전성 유체의 1차 여기 에너지보다 더 낮은 1차 여기 에너지를 갖는다. 이 방법은 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 대략 10% 와 대략 100% 지방산들 사이의 지방산 조성을 갖는 트리글리세라이드를 포함하는 유전성 유체를 조제하는 단계; 및 유전성 유체에 첨가제를 첨가하는 단계를 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 조성물의 실시형태를 포함하는, 전기 장치들 및 파워 애플리케이션들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 장치들 및 파워 애플리케이션들의 그룹으로부터 선택되는 장치들에 있어서의, 또는 전기 장치들 또는 파워 애플리케이션들에서 이용되는 컴포넌트들에 있어서의, 본 발명에 따른 조성물의 사용이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 장치들 또는 파워 애플리케이션들에서 이용되는 컴포넌트들에 있어서의, 본 발명에 따른 조성물의 사용이 제공된다.

본 발명이 유전성 유체 (예컨대 에스테르계 유체), 및 조성물의 LI 스트리머 속도들을 감소시킬 수 있는 하나 이상의 첨가제들을 포함하는 조성물을 제공함에 따라, 본 발명은 상술된 목적을 실현한다. 또한, 본 발명에 따른 조성물들은 미네랄 오일의 LI 스트리머 속도와 비교할 만한 느린 LI 스트리머 속도를 가질 수도 있다.

본 발명은, 유전성의 에스테르계 유체 및 첨가제를 포함하는, 다양한 파워 및/또는 전기 애플리케이션들에 적합한 조성물, 상기 조성물을 조제하는 방법들, 상기 조성물을 포함하는 전기 및/또는 파워 장치들과 컴포넌트들, 그리고 상기 조성물의 다양한 사용들에 관련된다

일반적으로, 청구항들에서 사용되는 모든 용어들은, 본 명세서에서 명백히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적 분야에서의 그들의 통상적인 의미에 따라 해석되게 된다. "엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등" 에 대한 모든 참조들은, 명백히 다르게 진술되지 않는 한, 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 사례를 참조함으로써 개방적으로 해석되게 된다. 본 명세서에 개시된 임의의 방법의 단계들은, 명백히 진술되지 않는 한, 개시된 정확한 순서로 수행되어야만 하는 것은 아니다. 본 개시물의 상이한 특징부들/컴포넌트들에 대한 "제 1", "제 2" 등의 사용은, 다른 유사한 특징부들/컴포넌트들로부터 그 특징부들/컴포넌트들을 구별하기 위해서만 의도된 것이며, 특징부들/컴포넌트들에 대해 임의의 순서 또는 계층을 부과하기 위해 의도된 것이 아니다.

이제 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 예로써 설명된다:
도 1 은 종래 기술의, 인가 전압의 함수로서의 천연 에스테르 오일과 미네랄 오일 간의 스트리머 속도의 비교를 제시하는 실험 그래프이다.
도 2 는 화합물의 여기 에너지 및 이온화 전위의 개념들을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 천연 에스테르 오일과 본 발명에 따른 첨가제를 포함하는 동일 에스테르 오일 간의 스트리머 속도의 비교를 제시하는 실험 그래프이다.
도 4 는 천연 에스테르 오일과 본 발명에 따른 다른 첨가제를 포함하는 동일 에스테르 오일 간의 스트리머 속도의 비교를 제시하는 실험 그래프이다.

이제 본 발명은 본 발명의 특정 실시형태들을 참조하여 더욱 충분히 이하에서 설명될 것이다. 하지만, 이 발명은 수많은 상이한 형태들로 실시될 수도 있으며, 본 명세서에서 서술되는 실시형태들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 하고; 오히려, 이들 실시형태들은 이 개시물이 완벽하고 완전하게 되도록 그리고 당업자에게 본 발명의 범위를 충분히 전하도록 하는 예로써 제공된 것이다.

본 출원에 사용되는 모든 단어들 및 약어들은, 다르게 나타내지 않는 한, 관련 기술에서 그 단어들 및 약어들에 대해 통상 주어진 의미를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 하지만, 명료하게 하기 위해, 일부 용어들에 대해 이하에서 구체적으로 정의한다.

용어 "유체" 는 본 명세서에서 오일들, 에멀션들, 현탁액들 및 다른 액체들을 포함하는 그룹에 대해 사용된다.

본 발명의 유전성 유체는 비-미네랄 오일, 이를테면 식물성 유체 또는 오일일 수도 있다.

또한, 식물성 유체들 및/또는 오일들은 예를 들어, 땅콩, 유채, 피마자, 올리브, 옥수수, 면화, 카놀라, 대두, 참깨, 아마씨, 홍화, 포도씨, 야자, 아보카도, 호박 커널, 마카다미아 너트, 해바라기, 그리고 이들의 임의의 조합들 및/또는 혼합물들을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 그룹으로부터 선택될 수도 있다. 추가적으로, 유체들 및/또는 오일들은 본질적으로 적합한 유체 및/또는 오일 소스인 임의의 유기체들로부터 획득될 수도 있다. 동물 소스들로부터 유래된 유체들 및/또는 오일들은 우지, 생선 오일들, 라드, 그리고 이들의 임의의 조합들 및/또는 혼합물들을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수도 있다. 물론, 소스에 상관없이, 상기 유체들 및/또는 오일들의 다양한 조합들이 이용될 수도 있다.

조성물은, 스트리머들의 감소에 구체적으로 관련되지 않는 다른 첨가제들, 예컨대 유전성 유체와 혼합되거나 유전성 유체에 용해되는 다른 첨가제들을 포함할 수도 있음에 유의해야 한다. 이러한 첨가제들은, 예컨대 조성물의 향상된 유동점 또는 증가된 산화 안정성을 위한 첨가제들일 수도 있다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 유전성 유체를 포함하는 전기 장치들에 적합한 조성물에 관한 것이며, 조성물은 미네랄 오일과 비교할 만한 느린 LI 스트리머 속도를 갖는다. 유전성 유체는 에스테르계 유전성 유체일 수도 있다.

본 발명의 몇몇 실시형태들에 있어서, 조성물의 LI 스트리머 속도는, 고정 인가된 테스트 전압에 대해, 현재 시판되는 에스테르계 유전성 오일들 중 임의의 것, 예를 들어 유채, 대두 및 해바라기 오일들로부터의 트리글리세라이드류의 LI 스트리머 속도와 비교할 때에, 적어도 50% 만큼 감소되고, 바람직하게는 50% 내지 80% 만큼 감소된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 조성물의 LI 스트리머 속도는 동일하게 인가된 테스트 전압에 대해 미네랄 오일에서의 LI 스트리머 속도와 거의 유사하다.

본 발명의 몇몇 실시형태들에 있어서, 조성물의 가속 전압 (V_a) 은, 첨가제를 갖지 않는 유전성 유체, 이를테면 현재 시판되는 에스테르계 유전성 오일들 중 임의의 것, 예를 들어 유채, 대두 및 해바라기 오일들로부터의 트리글리세라이드류의 가속 전압과 비교할 때에, 적어도 25% 만큼 증가된다.

본 발명의 몇몇 실시형태들에 있어서, 조성물은 유전성 에스테르계 유체 및 그 유체의 LI 스트리머 속도를 저하시킬 수 있는 하나 이상의 첨가제들을 포함한다. 바람직하게, 첨가제는 유체의 LI 스트리머 속도를 적어도 50% 감소시킬 수 있다. 보다 바람직하게, 첨가제는 유체의 LI 스트리머 속도를 50% 내지 80%, 바람직하게는 60-80% 또는 바람직하게는 70-80% 감소시킬 수 있다. 더욱 바람직하게, 첨가제는 유체의 LI 스트리머 속도를 적어도 75% 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시형태들에 있어서, 첨가제는 유체의 가속 전압을 적어도 25% 만큼 증가시킬 수 있다. 보다 바람직하게, 첨가제는 유체의 가속 전압을 25% 내지 80%, 바람직하게는 50-80% 증가시킬 수 있다. 더욱 바람직하게, 첨가제는 유체의 가속 전압을 적어도 75% 만큼 증가시킬 수 있다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 조성물의 브레이크다운 전압은, 종종 증가된 가속 전압과 조합되어, 증가된다. 브레이크다운 전압은, 예컨대 첨가제를 갖지 않는 유전성 유체와 비교될 때에, 첨가제에 의해, 예컨대 적어도 5% 만큼 증가될 수도 있으며, 보다 바람직하게는 적어도 10% 만큼 또는 적어도 25% 만큼 증가될 수도 있다. 몇몇 실시형태들에 있어서, 브레이크다운 전압은 25% 내지 100% 증가되고, 바람직하게는 50-80% 증가된다. 보다 바람직하게, 첨가제는 유체의 브레이크다운 전압을 적어도 50% 만큼, 또는 적어도 75% 만큼 증가시킬 수 있다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 조성물 내의 첨가제의 농도가 적어도 1 wt%, 이를테면 1 wt% 와 10 wt% 사이 또는 3 wt% 와 8 wt% 사이, 예컨대 약 5 wt% 인 것을 사용하는 것이 편리하다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 첨가제는 복수의 상이한 첨가제 화합물들, 이를테면 본 명세서에 서술된 첨가제 화합물들 "첨가제들" 의 조합이다.

적합한 첨가제들은, 첨가제 분자 자체가 이온화되지 않고서, 스트리머 전파 동안 방출되는 전자들의 에너지를 흡수할 수 있다. 첨가제 분자의 이러한 특성은, 스트리머를 도입하기에 충분히 높은 진폭을 갖는 다른 인가 전압 또는 LI 전압의 경우에 스트리머 발달을 감소시키는 것을 돕는다. 바람직하게, 조성물에 첨가되는 첨가제는, 유전성 유체의 최저 또는 1차 여기 에너지보다 더 낮은 최저 또는 1차 전자 여기 에너지를 갖는다. (적어도) 하나의 전자가 그라운드 상태 위치로부터 비점유 에너지 레벨로 여기되는 경우 여기 상태가 획득된다. 1차 여기 에너지는 하나의 전자를 그라운드 상태 구성으로부터 비점유 에너지 레벨로 이동시키기 위해 필요한 최저 에너지이다. 몇몇 실시형태들에 있어서, 첨가제는 7 eV 미만의 1차 여기 에너지, 이를테면 1 내지 7eV, 1 내지 5eV, 또는 보다 바람직하게 1 내지 4eV 를 갖는다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 첨가제의 여기 상태의 탈여기 (de-excitation) 시간은 이온화 시간보다 더 짧다. 일 실시형태에 있어서, 첨가제의 여기 상태의 탈여기 시간은 10^-9 초보다 더 짧다.

다른 실시형태에 따르면, 여기 상태의 이온화 시간은 10^-9 초보다 더 길다. 여기 상태로부터의 이온화는, 전자 그라운드 상태의 분자로부터의 이온화에 비해서 더 적은 에너지를 요구한다. 긴 이온화 시간은 여기 상태의 긴 수명을 보상할 수 있다.

1차 여기 에너지 및 이온화 전위의 개념들에 대해 도 2 를 참조하여 설명한다. 모든 전자들이 최저 가능한 에너지 레벨들, 즉 그라운드 상태 구성에 존재하는 경우 분자는 그라운드 상태에 있다. 어떤 전자가 (진공 레벨 위로) 완전히 제거된 경우 카티온이 생성된다. 카티온을 생성하기 위한 최소 에너지가 이온화 전위이다. 적어도 하나의 전자가 그라운드 상태 위치로부터 비점유 에너지 레벨로 여기되는 경우 여기 상태가 획득된다. 1차 여기 에너지는 하나의 전자를 그라운드 상태 구성으로부터 비점유 에너지 레벨로 이동시키는데 필요한 최저 에너지이다. 여기 상태들은 불안정하며, 시간이 조금 지난 후에 탈여기될 것이다.

첨가제는 유전성 유체에 용해가능하다. 절연 액체 조성물에 첨가되기 전에, 첨가제는, 예컨대 액체 형태 또는 고체 (이를테면 미립자) 형태로 존재할 수도 있다. 액체 형태의 경우, 첨가제는, 2상 액체 시스템이 형성되지 않도록 유전성 유체와 혼합가능하며, 따라서 유전성 유체에 용해된다. 고체 형태의 경우, 첨가제가 용해된, 바람직하게는 충분히 용해된, 유전성 유체 내의 분자들로서 나타나도록 첨가제는 유전성 유체에 용해가능하며, 유전성 유체/액체와 함께 현탁되어 있는 미립자 물질로서 나타나지 않는 것이 바람직하다. 하지만, 조성물은 또한, 용해된 첨가제에 추가하여, 미립자 스트리머 감소 첨가제, 이를테면 나노입자들, 예컨대 본 명세서에 서술된 첨가제 화합물들 중 임의의 것의 나노입자들을 포함할 수도 있다.

적합한 첨가제들은 디메틸 아닐린 (DMA) 을 포함하거나, 또는 아조 화합물들 또는 컬러 염료들, 이를테면 트리아릴메탄 염료들, 시아닌류 및 퀴논-이민 염료들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 첨가제들로서 적합한 컬러 염료들의 다른 예들은, 알시안 옐로우 GXS, 알리자린, 알리자린 레드 S, 알리자린 옐로우 GG, 알리자린 옐로우 R, 아조플록신, 비스마르크 브라운 R, 비스마르크 브라운 Y, 브릴리언트 크레실 블루, 크리소이딘 R, 크리소이딘 Y, 콩고 레드, 크리스털 바이올렛, 푹신산, 겐티안 바이올렛, 야누스 그린, 리사민 패스트 옐로우, 마르티우스 옐로우, 멜돌라 블루, 메타닐 옐로우, 메틸 오렌지, 메틸 레드, 나프탈렌 블랙 12B, 나프톨 그린 B, 나프톨 옐로우 S, 오렌지 G, 로즈 벤갈, 수단 II, 티탄 옐로우, 트로페올린 O, 트로페올린 OO, 트로페올린 OOO, 빅토리아 블루 4R, 빅토리아 블루 B, 빅토리아 블루 R, 및 크실렌 시아놀 FF 로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 몇몇 실시형태들에 있어서, 첨가제는 전이 금속들의 산화물들 및 탄소 일산화물들과 같은 전이 금속 화합물들로부터 선택된다. 전이 금속 화합물들의 예들로는 MnO₄ ^-, Mn₂(CO)_1O 및 Ni(CO)₄ 가 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "전이 금속들" 은 주기율표의 3족 내지 12족의 원소들을 나타낸다. 전이 금속들의 예들로는 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 은, 카드뮴, 텅스텐, 이리듐 및 금이 있다.

이 명세서에 있어서, 용어 "알킬" 은 직사슬 및 분지 사슬 알킬기들의 양방을 포함하지만, "프로필"과 같은 개별 알킬기들에 대한 참조들은 직사슬 버전에 대해서만 특정된다. 예를 들어, "C₁ _- ₆알킬" 은 C₁ _- ₄알킬, C₁ _- ₃알킬, 프로필, 이소프로필 및 t-부틸을 포함한다. 그러나, '프로필'과 같은 개별 알킬기들에 대한 참조들은 직사슬 버전에 대해서만 특정되고, '이소프로필'과 같은 개별 분지 사슬 알킬기들에 대한 참조들은 분지 사슬 버전에 대해서만 특정된다. 유사한 관례가 다른 라디칼들에 적용되며, 예를 들어 "페닐-C₁ _- ₆알킬" 은 페닐-C₁ _- ₄알킬, 벤질, 1-페닐에틸 및 2-페닐에틸을 포함할 것이다. 알킬기들은 본 명세서에 정의되는 바와 같이 선택적으로 치환될 수도 있다. 알킬기들의 예들은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, 이소-아밀, 헥실, 옥틸, 노닐 등을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "알킬렌" 은, 단독으로 또는 조합하여, 메틸렌 (-CH₂-) 과 같이, 2개 이상의 위치들에서 부착된 직사슬 또는 분지 사슬 포화 탄화수소로부터 유래되는 포화 지방족기를 지칭한다. 다르게 특정되지 않는 한, 용어 "알킬" 은 "알킬렌"기들을 포함할 수도 있다.

용어 "할로" 는 플루오로, 클로로, 브로모 및 요오드를 지칭한다.

선택적인 치환기들이 "하나 이상의" 기들로부터 선정되는 경우, 이 정의는, 모든 치환기들이 특정된 기들 중 하나로부터 선정되는 것 또는 그 치환기들이 특정된 기들 중 2개 이상으로부터 선정되는 것을 포함하는 것으로 이해된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "아실" 은, 단독으로 또는 조합하여, 알케닐, 알킬, 아릴, 시클로알킬, 헤테로아릴, 헤테로환 또는 임의의 다른 모이어티 (moiety) (여기서 카르보닐에 부착된 원자가 탄소임) 에 부착된 카르보닐을 지칭한다. "아세틸" 기는 -C(0)CH₃ 기를 지칭한다. "알킬카르보닐" 또는 "알카노일" 기는 카르보닐기를 개재하여 모재 (parent) 분자 모이어티에 부착된 알킬기를 지칭한다. 이러한 기들의 예들은 메틸카르보닐 및 에틸카르보닐을 포함한다. 아실기들의 예들은 포르밀, 알카노일 및 아로일을 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "알케닐" 은, 단독으로 또는 조합하여, 하나 이상의 이중 결합들을 가지며 2 내지 20개의 탄소 원자들을 함유하는 직사슬 또는 분지 사슬 탄화수소기를 지칭한다. 특정 실시형태들에 있어서, 상기 알케닐은 2 내지 6개의 탄소 원자들을 포함할 것이다. 용어 "알케닐렌" 은 에테닐렌 [(-CH=CH-),(-C=C-)] 과 같이 2개 이상의 위치들에서 부착된 탄소-탄소 이중 결합 시스템을 지칭한다. 적합한 알케닐기들의 예들은 에테닐, 프로페닐, 2-메틸프로페닐, 1,4-부타디에닐 등을 포함한다. 다르게 특정되지 않는 한, 용어 "알케닐" 은 "알케닐렌" 기들을 포함할 수도 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "알콕시" 는, 단독으로 또는 조합하여, 알킬 에테르기를 지칭하며, 여기서 용어 알킬은 상기 정의된 바와 같다. 적합한 알킬 에테르기들의 예들은 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, 이소-부톡시, sec-부톡시, tert-부톡시 등을 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "알킬아미노" 는, 단독으로 또는 조합하여, 아미노기를 개재하여 모재 분자 모이어티에 부착되는 알킬기를 지칭한다. 적합한 알킬아미노기들은 모노알킬화 또는 디알킬화되어, 예를 들어 N-메틸아미노, N-에틸아미노, N,N-디메틸아미노, Ν,Ν-에틸메틸아미노 등과 같은 기들을 형성할 수도 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "알킬리덴" 은, 단독으로 또는 조합하여, 탄소-탄소 이중 결합의 하나의 탄소 원자가 알케닐기가 부착된 모이어티에 속하는 그 알케닐기를 지칭한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "알킬티오" 는, 단독으로 또는 조합하여, 알킬 티오에테르 (R-S-) 기를 지칭하며, 여기서 용어 알킬은 상기 정의된 바와 같고 황은 단일 또는 이중 산화될 수도 있다. 적합한 알킬 티오에테르기들의 예들은 메틸티오, 에틸티오, n-프로필티오, 이소프로필티오, n-부틸티오, 이소-부틸티오, sec-부틸티오, tert-부틸티오, 메탄술포닐, 에탄술피닐 등을 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "알키닐" 은, 단독으로 또는 조합하여, 하나 이상의 삼중 결합들을 가지며 2 내지 20개의 탄소 원자들을 함유하는 직사슬 또는 분지 사슬 탄화수소기를 지칭한다. 특정 실시형태들에 있어서, 상기 알키닐은 2 내지 6개의 탄소 원자들을 포함한다. 다른 실시형태들에 있어서, 상기 알키닐은 2 내지 4개의 탄소 원자들을 포함한다. 용어 "알키닐렌" 은, 에티닐렌 (--C:::C--,--C≡C--) 과 같이 2개의 위치들에서 부착된 탄소-탄소 삼중 결합을 지칭한다. 알키닐기들의 예들은, 에티닐, 프로피닐, 히드록시프로피닐, 부틴-1-일, 부틴-2-일, 펜틴-1-일, 3-메틸부틴-1-일, 헥신-2-일 등을 포함한다. 다르게 특정되지 않는 한, 용어 "알키닐" 은 "알키닐렌" 기들을 포함할 수도 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "아미도" 및 "카르바모일" 은, 단독으로 또는 조합하여, 카르보닐기를 개재하여 모재 분자 모이어티에 부착된 후술되는 바와 같은 아미노기, 또는 그 반대의 경우를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "C-아미도" 는, 단독으로 또는 조합하여, 본 명세서에 정의되는 바와 같은 R 을 갖는 -C(=0)-NR₂ 기를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "N-아미도" 는, 단독으로 또는 조합하여, 본 명세서에 정의되는 바와 같은 R 을 갖는 RC(=0)NH- 기를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "아실아미노" 는, 단독으로 또는 조합하여, 아미노기를 개재하여 모재 모이어티에 부착된 아실기를 포괄한다. "아실아미노" 기의 예로는 아세틸아미노 (CH₃C(0)NH-) 가 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "아릴" 은, 3-14개의 고리 원자들을 함유하는 완전 불포화, 단환식, 이환식 또는 삼환식 탄소 고리 시스템을 지칭하며, 여기서 이러한 다환식 고리 시스템들은 함께 축합된다. "아릴" 은 5 또는 6개의 원자들을 함유하는 단환식 고리 또는 9 또는 10개의 원자들을 함유하는 이환식 고리인 것이 바람직하다. "아릴" 에 대한 적합한 값들은 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 및 페난트릴을 포함하지만 이들에 한정되지 않는다. 특히 "아릴" 은 페닐이다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "헤테로아릴" 은, 단독으로 또는 조합하여, 3 내지 14개의 고리 원자들 (그 중 적어도 하나의 원자가 산소, 황 또는 질소로 이루어진 그룹으로부터 선택됨) 을 함유하는, 축합된 단환식, 이환식 또는 삼환식 고리 시스템 (축합된 고리들 중 적어도 하나는 방향족임), 또는 불포화 헤테로단환식 고리를 지칭한다. 특정 실시형태들에 있어서, "헤테로아릴" 은 5 내지 6개의 원자들을 함유하는 단환식 고리 또는 8, 9 또는 10개의 원자들을 함유하는 이환식 고리를 지칭하며, 여기서 그 원자들 중 적어도 하나의 원자는 질소, 황 또는 산소로부터 선정된다. 이 용어는 또한 축합된 다환식 기들을 포괄하며, 여기서 헤테로환식 고리들은 아릴 고리들과 축합되고, 헤테로아릴 고리들은 다른 헤테로아릴 고리들과 축합되고, 헤테로아릴 고리들은 헤테로시클로알킬 고리들과 축합되고, 또는 헤테로아릴 고리들은 시클로알킬 고리들과 축합된다. 헤테로아릴기들의 예들은 피롤릴, 피롤리닐, 이미다졸릴, 피라졸릴, 피리딜, 피리미디닐, 피라지닐, 피리다지닐, 트리아졸릴, 피라닐, 푸릴, 티에닐, 옥사졸릴, 이소옥사졸릴, 옥사디아졸릴, 티아졸릴, 티아디아졸릴, 이소티아졸릴, 인돌릴, 이소인돌릴, 인돌리지닐, 벤즈이미다졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 퀴녹살리닐, 퀴나졸리닐, 인다졸릴, 벤조트리아졸릴, 벤조디옥솔릴, 벤조피라닐, 벤즈옥사졸릴, 벤즈옥사디아졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조티아디아졸릴, 벤조푸릴, 벤조티에닐, 크로모닐, 쿠마리닐, 벤조피라닐, 테트라히드로퀴놀리닐, 테트라졸로피리다지닐, 테트라히드로이소퀴놀리닐, 티에노피리디닐, 푸로피리디닐, 피롤로피리디닐 등을 포함한다. 예시적인 삼환식 헤테로환식 기들은 카르바졸릴, 벤지돌릴, 페난트롤리닐, 디벤조푸라닐, 아크리디닐, 페난트리디닐, 크산테닐 등을 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "헤테로시클릴" 은, 다르게 특정되지 않는 한, 탄소 또는 질소 링크될 수도 있는, 질소, 황 또는 산소로부터 선정된 적어도 하나의 고리 원자를 함유하는, 포화된, 부분적으로 포화된 또는 부분적으로 불포화된 또는 완전 불포화된, 단환식, 이환식 또는 삼환식 고리 시스템을 지칭하며, 여기서 -CH₂- 기가 -C(O)- 에 의해 선택적으로 대체될 수 있고 또는 고리 황 원자가 선택적으로 산화되어 S-산화물들을 형성할 수도 있다. "헤테로시클릴" 은, 다르게 특정되지 않는 한, 탄소 또는 질소 링크될 수도 있는, 5 또는 6개의 원자들 (그 중 적어도 하나의 원자가 질소, 황 또는 산소로부터 선정됨) 을 함유하는, 포화된, 부분적으로 포화된 또는 완전 불포화된, 단환식 또는 이환식의 고리인 것이 바람직하며, 여기서 -CH₂- 기가 -C(O)- 에 의해 선택적으로 대체될 수 있고 또는 고리 황 원자가 선택적으로 산화되어 S-산화물(들)을 형성할 수도 있다. "헤테로시클로알킬" 및 "헤테로환" 은 술폰류, 술폭시드류, 3차 질소 고리 멤버들의 N-산화물들, 그리고 탄소환식 축합된 및 벤조 축합된 고리 시스템들을 포함하도록 의도되고; 추가적으로, 양방의 용어들은 또한 본 명세서에 정의되는 바와 같이 헤테로환 고리가 아릴기에 축합되는 시스템들, 또는 추가적인 헤테로환 기를 포함한다. 헤테로환 기들의 예들은 아지리디닐, 아제티디닐, 1,3-벤조디옥솔릴, 디히드로이소인돌릴, 디히드로이소퀴놀리닐, 디히드로신놀리닐, 디히드로벤조디옥시닐, 디히드로[1,3]옥사졸로[4,5-b]피리디닐, 벤조티아졸릴, 디히드로인돌릴, 디히드로피리디닐, 1,3-디옥사닐, 1,4-디옥사닐, 1,3-디옥솔라닐, 이소인돌리닐, 모르폴리닐, 피페라지닐, 피롤리디닐, 테트라히드로피리디닐, 피페리디닐, 티오모르폴리닐 등을 포함한다. 특정적으로 금지되지 않는 한, 헤테로환 기들은 선택적으로 치환될 수도 있다.

"카르보시클릴" 은 3-12개의 원자들을 함유하는, 포화된, 부분적으로 포화된 또는 불포화된, 단환식 또는 이환식의 탄소 고리이며; 여기서 -CH₂- 기는 -C(O)- 에 의해 선택적으로 대체될 수 있다. "카르보시클릴" 은 5 또는 6개의 원자들을 함유하는 단환식 고리 또는 9 또는 10개의 원자들을 함유하는 이환식 고리인 것이 바람직하다. "카르보시클릴" 에 대한 적합한 값들은, 시클로프로필, 시클로부틸, 1-옥소시클로펜틸, 시클로펜틸, 시클로펜테닐, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐, 나프틸, 테트랄리닐, 인다닐 또는 1-옥소인다닐을 포함한다. 특히, "카르보시클릴" 은 시클로프로필, 시클로부틸, 1-옥소시클로펜틸, 시클로펜틸, 시클로펜테닐, 시클로헥실, 시클로헥세닐, 페닐 또는 1-옥소인다닐이다.

"C₁ _- ₆알카노일옥시" 및 "C₁ _- ₄알카노일옥시" 의 예로는 아세톡시가 있다. "C_1-6알콕시카르보닐" 및 "C₁ _- ₄알콕시카르보닐" 의 예들은 메톡시카르보닐, 에톡시카르보닐, n- 및 t-부톡시카르보닐을 포함한다. "C₁ _- ₆알콕시" 및 "C₁ _- ₄알콕시" 의 예들은 메톡시, 에톡시 및 프로폭시를 포함한다. "C₁ _- ₆알카노일아미노" 및 "C₁ _- ₄알카노일아미노" 의 예들은 포름아미도, 아세트아미도 및 프로피오닐아미노를 포함한다. "C₁ _- ₆알킬S(0)_a" (여기서 a 는 0 내지 2 임) 및 "C₁ _- ₄알킬S(0)_a" (여기서 a 는 0 내지 2 임) 의 예들은 메틸티오, 에틸티오, 메틸술피닐, 에틸술피닐, 메실 및 에틸술포닐을 포함한다. "C₁ _- ₆알카노일" 및 "C₁ _- ₄알카노일" 의 예들은 C₁ _- ₃알카노일, 프로피오닐 및 아세틸을 포함한다. "N-(C₁ _- ₆알킬)아미노" 및 "N-(C₁ _- ₄알킬)아미노" 의 예들은 메틸아미노 및 에틸아미노를 포함한다. "N,N-(C₁ _- ₆알킬)₂아미노" 및 "N,N-(C₁ _- ₄알킬)₂아미노" 의 예들은 디-N-메틸아미노, 디-(N-에틸)아미노 및 N-에틸-N-메틸아미노를 포함한다. "C₂ _- ₆알케닐" 및 "C₂ _- ₄알케닐" 의 예들로는 비닐, 알릴 및 1-프로페닐이 있다. "C₂ _- ₆알키닐" 및 "C₂ _- ₄알키닐" 의 예들로는 에티닐, 1-프로피닐 및 2-프로피닐이 있다. "N-(C₁ _- ₆알킬)술파모일" 및 "N-(C₁ _- ₄알킬)술파모일" 의 예들로는 N-(C₁ _- ₃알킬)술파모일, N-(메틸)술파모일 및 N-(에틸)술파모일이 있다. "N-(C₁ _- ₆알킬)₂술파모일" 및 "N-(C₁ _- ₄알킬)₂술파모일" 의 예들로는 N,N-(디메틸)술파모일 및 N-(메틸)-N-(에틸)술파모일이 있다. "N-(C₁ _- ₆알킬)카르바모일" 및 "N-(C₁ _- ₄알킬)카르바모일" 의 예들로는 메틸아미노카르보닐 및 에틸아미노카르보닐이 있다. N,N-(C₁ _- ₆알킬)₂카르바모일" 및 "N,N-(C₁ _- ₄알킬)₂카르바모일" 의 예들로는 디메틸아미노카르보닐 및 메틸에틸아미노카르보닐이 있다. "C₁ _- ₆알콕시카르보닐아미노" 의 예들로는 에톡시카르보닐아미노 및 t-부톡시카르보닐아미노가 있다. "N'-(C₁ _- ₆알킬)우레이도" 의 예들로는 N'-메틸우레이도 및 N'-에틸우레이도가 있다. "N-(C₁ _- ₆알킬)우레이도" 의 예들로는 N-메틸우레이도 및 N-에틸우레이도가 있다. "N',N'-(C₁ _- ₆알킬)₂우레이도" 의 예들로는 N',N'-디메틸우레이도 및 N'-메틸-N'-에틸우레이도가 있다. "N'-(C₁ _- ₆알킬)-N-(C₁ _- ₆알킬)우레이도" 의 예들로는 N'-메틸-N-메틸우레이도 및 N'-프로필-N-메틸우레이도가 있다. "N',N'-(C_1-6알킬)₂-N-(C₁ _- ₆알킬)우레이도" 의 예들로는 N',N'-디메틸-N-메틸우레이도 및 N'-메틸-N'-에틸-N-프로필우레이도가 있다.

"트리아릴메탄 염료들" 의 예들은 메틸 바이올렛 염료들, 푹신 염료들, 페놀 염료들 및 상이한 가교된 아렌류를 포함한다.

"메틸 바이올렛 염료들" 의 예들은 메틸 바이올렛 2B, 메틸 바이올렛 6B 및 메틸 바이올렛 10B (헥사메틸 파라로자닐린 염화물) 을 포함한다.

"푹신 염료들" 의 예들은 파라로자닐린 ([4-[비스(4-아미노페닐)메틸리덴]-1-시클로헥사-2,5-디에닐리덴]아자늄 염화물), 푹신 (4-[(4-아미노페닐)-(4-이미노-1-시클로헥사-2,5-디에닐리덴)메틸]아닐린 염산염), 뉴 푹신 및 푹신산을 포함한다.

"페놀 염료들" 의 예들은 페놀 레드 (페놀술폰프탈레인), 클로로페놀 레드 (2-클로로-4-[3-(3-클로로-4-히드록시페닐)-1,1-디옥소벤조[c]옥사티올-3-일]페놀) 및 크레졸 레드 (o-크레졸술폰프탈레인) 을 포함한다.

이 명세서에 있어서 용어 "가교된 아렌류" 는 아크리딘류, 크산텐류, 티오크산텐류, 및 이들의 유도체들을 포함한다.

"시아닌 염료들" 의 예들은 스트렙토시아닌류 또는 열린 사슬 시아닌류, 헤미시아닌류, 또는 하기 식들

R'R"N⁺= CH[CH=CH]_n-NR'R",

아릴=N⁺=CH[CH=CH]_n-NR'R", 및

아릴=N⁺= CH[CH=CH]_n-N=아릴

의 닫힌 사슬 시아닌류를 포함하며,

여기서 2개의 질소들은 폴리메틴 사슬 =CH[CH=CH]_n 에 의해 연결되어 있고, 질소들 둘다는 각각 독립적으로 헤테로방향족 모이어티의 일부이다. 닫힌 사슬 시아닌류의 예들로는 Cy3 및 Cy5 가 있다.

"퀴논-이민 염료들" 의 예들은, 인다민류; 인도페놀류; 유호딘 (eurhodin), 사프라닌 (safranin) 및 인듈린 (induline) 의 서브그룹들을 포함하는 아진류; 갈로시아닌 (gallocyanin), 갈마닌 (gallamin) 블루 및 셀레스틴 (celestin) 블루 B 를 포함하는 옥사진류; 및 메틸렌 블루 동족체들을 포함하는 티아진류로부터 선택된 기들을 포함한다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 본 명세서 내의 조성물에 사용되는 첨가제(들)는 식 (I) 의 아조 화합물들로부터 선택된다.

R⁵-N=N-R⁶ (I)

여기서 R⁵ 및 R⁶ 은 둘다 독립적으로,

C₁ _-10 알킬, C₂ _-10 알케닐, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C₁ _-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _-6 알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, C₁ _-10 알킬아미노, CN, 니트로, 아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 할로, 할로 C₁ _-10 알킬, C₁ _-10 알킬 아릴, 및 아미노아릴로부터 독립적으로 선택된 치환기들에 의해 1개, 2개 또는 3개의 위치들에서 치환 또는 비치환되어 있는, 아릴 또는 헤테로아릴; 또는

C₁ _-10 알킬, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C₁ _-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _-6 알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, C₁ _-10 알킬아미노, CN, 니트로, 아미노, 아릴아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 할로, 할로-C₁ _-10 알킬 C₁ _-10 알킬 아릴, 및 아미노아릴로부터 독립적으로 선택된 치환기들에 의해 1개, 2개 또는 3개의 위치들에서 치환 또는 비치환되어 있는, 5-원 탄소환식 또는 헤테로환식 고리

로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서, R⁵ 및 R⁶ 은 각각 독립적으로 페닐, 푸릴, 티오페닐, 피롤릴, 옥사졸릴, 티아졸릴, 이미다졸릴 및 푸란으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고;

여기서 R⁵ 및 R⁶ 은 각각 독립적으로 OH, N(R⁷)₂, NO₂, 술포닐, 또는 아닐리노에 의해 1개 또는 2개의 위치들에서 치환 또는 비치환되어 있을 수도 있고,

여기서 R⁷ 은 H 또는 C₁ _-6-알킬로부터 선택되는데, 바람직하게는 H 이다.

몇몇 실시형태들에 있어서,

R⁵ 는 페닐, 2-옥사졸릴, 2-티아졸릴 및 2-이미다졸릴로부터 선택되고,

R⁶ 은 푸릴, 피롤릴, 티오페닐, 2-옥사졸릴, 2-이미다졸릴, 2-티아졸릴, 페닐, 벤조푸릴, 인돌릴, 및 벤조티오펜으로부터 선택되고;

여기서 R⁵ 및 R⁶ 은 각각 독립적으로 H, C₂ _-10 알케닐, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C_1-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _- ₆알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, 할로, 할로 C₁ _-10 알킬, C_1-10 알킬 아릴, N(R⁷)₂, NO₂, CN, 아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 및 아미노아릴에 의해 1개 또는 2개의 위치들에서 치환 또는 비치환되어 있고,

여기서 R⁷ 은 H 또는 C₁ _-10-알킬로부터 선택되는데, 바람직하게는 H 이다.

몇몇 실시형태들에 있어서,

R⁵ 는 페닐, 2-옥사졸릴, 2-티아졸릴 및 2-이미다졸릴로부터 선택되고;

R⁶ 은 페닐 및 2-티아졸릴로부터 선택되고,

여기서 R⁵ 및 R⁶ 은 각각 독립적으로 OH, N(R⁷)₂, NO₂, 술포닐, 또는 아닐리노에 의해 1개 또는 2개의 위치들에서 치환 또는 비치환되어 있고,

몇몇 실시형태들에 있어서, 첨가제(들)는 하기 식들 (II), (III) 및 (IV) 중 하나를 갖는 아조 화합물들의 그룹으로부터 선택되고,

여기서

X 는 S, O 및 N 으로부터 선택되고;

R₁, R₂, R₃ 및 R₄ 는 각각 독립적으로 H, C₂ _-10 알케닐, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C_1-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _-6 알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, C₁ _-10 알킬아미노, CN, 니트로, 아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 할로, 할로 C₁ _-10 알킬, C₁ _-10 알킬 아릴, 및 아미노아릴로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서,

X 는 S 및 O 로부터 선택되고;

R₁ 은 H, C₁ _-10-알킬, OH, C₁ _-10-알콕시, CN, 및 NH₂ 로부터 선택되고;

R₂ 는 H 또는 CN 으로부터 선택되고;

R₃ 은 H, CHO, CH=CH₂ 로부터 선택되고;

R₄ 는 H, OH 및 할로로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서,

R₁ 은 H, C₁ _-4-알킬, OH, C₁ _-4-알콕시, CN, 및 NH₂ 로부터 선택되고;

R₂ 는 H 또는 CN 으로부터 선택되고;

R₃ 은 H, CHO, CH=CH₂ 로부터 선택되고;

R₄ 는 H 및 Cl 로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서,

R₁ 은 H, CH₃, OH, OCH₃, CN, 및 NH₂ 로부터 선택되고;

R₂ 는 H 또는 CN 으로부터 선택되고;

R₃ 은 H, CHO, CH=CH₂ 로부터 선택되고;

R₄ 는 H 및 Cl 로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 적합한 첨가제(들)로는 하기 식 (V) 를 가지며,

여기서 X₁, X₂, Y₁ 및 Y₂ 는 각각 독립적으로 H, C₁ _-10 알킬, C₂ _-10 알케닐, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C₁ _-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _-6 알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, C₁ _-10 알킬아미노, CN, 니트로, 아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 할로, 할로 C₁ _-10 알킬, C₁ _-10 알킬 아릴, 및 아미노아릴로부터 선택된다.

바람직하게, X₁ 및 X₂ 는 각각 독립적으로 H, C₁ _-6 알킬, CHO, NO₂, NH₂, 및 CN 으로부터 선택되고,

Y₁ 및 Y₂ 는 각각 독립적으로 H, C₁ _-6 알킬, CHO, OH, NH₂, 및 CN 으로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서,

X₁ 은 H, NO₂, NH₂, 및 CN 으로부터 선택되고;

X₂ 는 H, NH₂, 및 CN 으로부터 선택되고;

Y₁ 은 H, OH, NH₂, 및 CN 으로부터 선택되고;

Y₂ 는 H, OH, NH₂, 및 CN 으로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 첨가제는 4-아닐리노-4'-니트로아조벤젠 및 p-디메틸아미노-아조벤젠술폰산으로부터 선택된다.

본 발명의 몇몇 실시형태들에 있어서, 유전성 유체는 에스테르 오일과 같은 에스테르계 유체이며, 바람직하게는 트리글리세라이드 오일이다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 유전성의 에스테르계 유체는 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 대략 10% 와 대략 100% 지방산들 사이의 지방산 조성을 갖는다.

지방산들은 공액 및/또는 비공액인, 본질적으로 임의의 수의 불포화들을 갖는, 본질적으로 임의의 길이일 수도 있다. 지방산들은, 예를 들어 올레산, 리놀레산, α-리놀렌산, 미리스트올레산, 아라키돈산, 이코사펜타에노산, 팔미톨레산, 에루크산, 및 도코사헥사에노산, 부티르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 바크센산, 감마-리놀렌산, 베헨산, 에루크산, 리그노세르산, 또는 본 발명의 요건들에 따라 필요한 경우 적합하게 개질된 임의의 다른 지방산들을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 그룹으로부터 선택될 수도 있다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 변압기들과 같은 전기 장치들에 적합한 조성물을 조제하는 방법에 관련된다. 이 조성물은 유전성 유체 (예컨대, 에스테르계 유체) 를 포함할 수도 있다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 유전성의 에스테르계 유체를 포함하는 조성물을 제공하는 방법은, 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 대략 10% 와 대략 100% 지방산들 사이의 지방산 조성을 갖는 트리글리세라이드 조성물을 제공하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 유전성의 에스테르계 유체를 포함하는 조성물을 제공하는 방법은, 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 대략 10% 와 대략 100% 지방산들 사이의 지방산 조성을 갖는 트리글리세라이드 조성물을 제공하는 단계를 포함하는데, 여기서 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합이 후속하여 통상 촉매의 존재시에 적어도 하나의 공액 디엔과 반응되어, 상기 유전성의 트리글리세라이드 유체의 형성을 초래한다.

일 양태에 있어서, 본 발명은, 본 발명의 조성물을 포함하는, 전기 장치들 및 파워 애플리케이션들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 장치에 관한 것이다. 바람직하게, 이 장치는 유전성의 에스테르계 유체를 포함하는 조성물을 포함한다. 보다 바람직하게, 이 장치는 미네랄 오일과 비교할 만한 느린 LI 스트리머 속도를 갖는 조성물을 포함한다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 전기 및/또는 파워 장치는 본 발명의 조성물을 포함하는데, 여기서 상기 조성물은 절연 매체로서 기능한다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 본 발명의 조성물을 포함하는 전기 및/또는 파워 장치는 변압기들, 커패시터들, 스위치기어, 부싱들 등, 그리고 파워 또는 전기 애플리케이션들에서 이용되는 컴포넌트들 및/또는 부품들로부터 선택된다.

몇몇 실시형태들에 있어서, 전기 장치는 변압기이다.

일 양태에 있어서, 본 발명은 전기 장치들에 있어서의, 및/또는 파워 애플리케이션들을 위한 장치들에 있어서의, 및/또는 상기 장치들에서 이용되는 컴포넌트들에 있어서의, 본 발명의 조성물의 다양한 사용들에 관련되는데, 여기서 조성물은 유전성의 에스테르계 유체를 포함하고, 미네랄 오일과 비교할 만한 느린 LI 스트리머 속도를 갖는다. 본 발명에 따라 관심사가 되는 장치들은 예를 들어 변압기들, 커패시터들, 스위치기어, 부싱들 등, 그리고 파워 또는 전기 애플리케이션들에서 이용되는 컴포넌트들 및/또는 부품들일 수도 있다.

첨가제의 여기 상태는 양자 화학을 사용한 계산들 및/또는 분광법에 의해 결정될 수도 있다. 첨가제의 여기 상태는 유전성 에스테르계 유체에 용해될 때에 변화할 것으로 예상되지 않는다.

실시예 1

N,N-디메틸 아닐린 (DMA) (식 VI) 을 천연 에스테르 유전체에 첨가하여 본 발명의 조성물을 형성하였다.

천연 에스테르는 8.50 eV (electron volts) 의 이온화 전위 (수직) 및 5.30 eV 의 1차 여기 에너지를 가졌다. DMA 는 7.42 eV 의 이온화 전위 (수직) 및 4.03 eV 의 1차 여기 에너지를 갖는다. 3개의 상이한 샘플들을 준비하였다: 첨가제 DMA 를 갖지 않는 천연 에스테르, 1 wt% DMA 를 갖는 천연 에스테르 및 5 wt% DMA 를 갖는 천연 에스테르. 도 3 에서 알 수 있듯이, 가속 전압이 1 wt% DMA 에 의해 약 10% 만큼 증가되고 5 wt% DMA 에 의해 약 80% 증가된다. 그리하여 스트리머 속도는, 특히 5% 첨가제에 의해서 상당히 감소되며 하지만 단지 1% 첨가제에 의해서도 감소된다.

실시예 2

트랜스-아조벤젠 (식 VII) 을 천연 에스테르 유전체에 첨가하여 본 발명의 조성물을 형성하였다.

천연 에스테르는 8.50 eV 의 이온화 전위 (수직) 및 5.30 eV 의 1차 여기 에너지를 가졌다. 아조벤젠은 7.82 eV 의 이온화 전위 (수직) 및 2.29 eV 의 1차 여기 에너지를 갖는다. 3개의 상이한 샘플들을 준비하였다: 첨가제 아조벤젠을 갖지 않는 천연 에스테르, 1 wt% 아조벤젠을 갖는 천연 에스테르 및 5 wt% 아조벤젠을 갖는 천연 에스테르. 도 4 에서 알 수 있듯이, 가속 전압이 1 wt% 아조벤젠에 의해 약 10% 만큼 증가되고 5 wt% 아조벤젠에 의해 약 50% 증가된다. 그리하여 스트리머 속도는, 특히 5% 첨가제에 의해서 상당히 감소되며 하지만 단지 1% 첨가제에 의해서도 감소된다.

실시예 3

본 발명에 따라 편리하게 사용될 수도 있는 첨가제들의 예들은:

P=N 이중 결합들

을 갖는 화합물들

예를 들어 N-(트리페닐포스포라닐리덴)아닐린

안료들, 예를 들어 테트라페닐시클로펜타디에논

또는 N-에틸-1-(4-(페닐아조)페닐아조)-2-나프틸아민

방향족 기들을 갖는 다른 화합물들, 예컨대 하기의 것

(여기서 R¹ 및 R² 는 알킬 사슬들임);

플라보노이드류, 예를 들어 케르세틴 (quercetin)

및

푸란 하부구조를 갖는 화합물들, 예를 들어 푸릴 아크릴산

또는 2-아세틸 푸란

을 포함한다.

이상, 본 발명에 대해 주로 수개의 실시형태들을 참조하여 설명하였다. 하지만, 당업자에 의해 용이하게 이해되듯이, 첨부된 특허 청구항들에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 상기 개시된 실시형태들 이외의 다른 실시형태들이 동등하게 가능하다.

Claims

유전성 유체 및 첨가제를 포함하는 전기 절연을 위한 액체 조성물로서,
상기 첨가제는, 상기 유전성 유체에 용해되고, 상기 유전성 유체의 1차 여기 에너지보다 더 낮은 1차 여기 에너지를 갖는, 액체 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 첨가제의 1차 여기 에너지는 7 eV 미만, 예컨대 1 내지 4 eV 인, 액체 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유전성 유체는 에스테르계 유전성 유체인, 액체 조성물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 조성물의 가속 전압은 첨가제를 갖지 않는 상기 유전성 유체에 비해서 적어도 25% 만큼 증가되는, 액체 조성물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 조성물의 브레이크다운 전압은 첨가제를 갖지 않는 상기 유전성 유체에 비해서 적어도 5% 만큼 증가되는, 액체 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 첨가제의 여기 상태의 탈여기 (de-excitation) 시간은 이온화 시간보다 더 짧은, 액체 조성물.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 첨가제는 컬러 염료들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 첨가제는 식 (I) 의 아조 화합물들로부터 선택되며:
R⁵-N=N-R⁶ (I)
R⁵ 및 R⁶ 은 둘다 독립적으로,
C₁ _-10 알킬, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C₁ _-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _-6 알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, C₁ _-10 알킬아미노, CN, 니트로, 아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 할로, 할로 C₁ _-10 알킬, C₁ _-10 알킬 아릴, 및 아미노아릴로부터 독립적으로 선택된 치환기들에 의해 1개, 2개 또는 3개의 위치들에서 치환 또는 비치환되어 있는, 아릴 또는 헤테로아릴; 또는
C₁ _-10 알킬, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C₁ _-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _-6 알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, C₁ _-10 알킬아미노, CN, 니트로, 아미노, 아릴아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 할로, 할로-C₁ _-10 알킬 C₁ _-10 알킬 아릴, 및 아미노아릴로부터 독립적으로 선택된 치환기들에 의해 1개, 2개 또는 3개의 위치들에서 치환 또는 비치환되어 있는, 5-원 탄소환식 또는 헤테로환식 고리
로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 8 항에 있어서,
R⁵ 는 페닐, 2-옥사졸릴, 2-티아졸릴 및 2-이미다졸릴로부터 선택되고;
R⁶ 은 페닐 및 2-티아졸릴로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 첨가제는 식들 (II), (III) 및 (IV) 로부터 선택되고,

X 는 S, O 및 N 으로부터 선택되고,
R₁, R₂, R₃, 및 R₄ 는 각각 독립적으로 H, C₁ _-10-알킬, CH=CH₂, 할로겐들, OH, C_1-10-알콕시, OCH-C₁ _-10 알킬, CN, 및 NH₂ 로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 10 항에 있어서,
X 는 S 및 O 로부터 선택되고;
R₁ 은 H, C₁ _-4-알킬, OH, C₁ _-4-알콕시, CN, 및 NH₂ 로부터 선택되고;
R₂ 는 H 또는 CN 으로부터 선택되고;
R₃ 은 H, CHO, CH=CH₂ 로부터 선택되고;
R₄ 는 H 및 Cl 로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 11 항에 있어서,
R₁ 은 H, CN, CH₃, OH, OCH₃, 및 NH₂ 로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 8 항에 있어서,
상기 첨가제는 하기 식 (V) 를 가지며,

X₁, X₂, Y₁ 및 Y₂ 는 각각 독립적으로 H, C₁ _-10 알킬, C₂ _-10 알케닐, C₂ _-10 알키닐, OH, CHO, C₁ _-10 아실, C₁ _-10 알콕시, C₁ _-6 알카노일옥시, C₁ _-10 알킬티오, C₁ _-10 알킬아미노, CN, 니트로, 아미노, 아미도, 술포닐, 아릴술포닐, 할로, 할로 C₁ _-10 알킬, C_1-10 알킬 아릴, 및 아미노아릴로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 8 항에 있어서,
상기 첨가제는 4-아닐리노-4'-니트로아조벤젠; 및 p-디메틸아미노-아조벤젠술폰산으로부터 선택되는, 액체 조성물.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 액체 조성물을 조제하는 방법으로서,
적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 대략 10% 와 대략 100% 지방산들 사이의 지방산 조성을 갖는 트리글리세라이드를 포함하는 상기 유전성 유체를 조제하는 단계; 및
상기 첨가제를 첨가하는 단계를 포함하는, 액체 조성물의 조제 방법.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 액체 조성물을 포함하는, 전기 장치들 및 파워 애플리케이션들로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 장치.
전기 장치들 및 파워 애플리케이션들의 그룹으로부터 선택되는 장치들에 있어서의, 또는 전기 장치들 또는 파워 애플리케이션들에서 이용되는 컴포넌트들에 있어서의, 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 액체 조성물의 사용.
전기 장치들 또는 파워 애플리케이션들에서 이용되는 컴포넌트들에 있어서의, 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 액체 조성물의 사용.