KR840002383B1 - 전기장치용 유전액 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기장치용 유전액

제1도는 본 발명의 유전액을 함유하고 있는 변압기의 측면도.

제2,3,4와 5도는 실시예 1에서 설명된 스펙트로그램.

본 발명은 변압기와 같은 전기장치에 사용하기 위한 유전액에 관한 것이다. 주위 위험 때문에 유전액으로서 중합 염화 비페닐류(PCB's)의 사용에 대한 억제는 적합한 대체물을 위한 광범위한 조사를 가져 왔었다. 좋은 유전액은 타지 않으며, 광범위의 온도에서 액체이며, 저렴하고, 좋은 전기절연 특성을 갖는다. PCB's 대신에 사용되었던 유전액은 실리콘류, 프탈레이트에스테트류, 알킬화된 방향족류와 탄화수소류를 포함한다. 모든 이들 액 및 실로 어떠한 액은 좋은 특성과 나쁜 특성들을 가지고 있다. 하나의 특성에서 뛰어난 액은 다른 바람직한 특성에 결함이 있을 수 있다. 일반적으로, 유전액에 맞아야 하나, 그것이 받아 들여지기 전에 산업상 및 정책상 설정된 최소한의 기준이 있다.

미국특허 제2,019,338호(크라크)에는 변압기의 유전액으로서 사용하기 위한 페트롤럼오일의 우수한 혼합물의 테트라클로로 에틸렌이 기술되어 있다. 미국특허 제2,752,401호에는 테트라클로로 에틸렌 제조를 위한 신규 공정이 기술되어 있다.

따라서 본 발명은 100ppm 미만의 할로하이드로카본을 함유하는 테트라클로로 에틸렌으로 필수적으로 구성되는 전기장치용 유전액에 관한 것이다. 또한 본 발명은 20 내지 99체적 % 테트라클로로 에틸렌과 1내지 80체적 % 희석제로 구성되는 유전액을 포함하며, 상기 유전액 100ppm은 미만의 클로로하이드로카본을 포함한다. 단독 또는 희석제와 함께 혼합된 극히 순수한 테트라클로로 에틸렌은 우수한 유전액인 것을 발견하였다.

테트라클로로 에틸렌은 장시간 사용되고 "퍼클로로 에틸렌"은 드라이크리닝 액으로서 광범위하게 사용된다. 이것은 유전액으로서 사용하기 위해 제시되나(미국특허 제2,019,338호) 금속을 파괴하고 전기장치(즉 변압기와 콘덴서)에서 절연 때문에 상업적으로 사용되지 않는다. 그러나, 본 발명자들은 화학공격에 책임이 있는 것은 테트라클로로 에틸렌이 아니라, 다소의 손상은 테트들클로로 에틸렌과 혼합된 여러 불순물의 분해로 기인한 것을 발견하였다. 이들 불순물들은 클로로하이드로카본으로서 입증하였고, 이들 불순물 화합은 같은 분자상 두 염소와 수소원자를 갖는다. 이들 클로로하이드로카본은 염산 또는 염소가스를 형성하며 절연과 금속물질을 공격한다. 염산이 콘덴서 변압기에서 광범위에 걸쳐 사용되는 셀룰로우스 절연의 분해에 촉매로서 작용하기 때문에 매우 적은 양의 염산으로도 셀룰로우스 절연 시스템에 광범위에 걸쳐 손상을 줄 수 있다. 1950년 초까지 사용된 테트라클로로 에틸렌 제조방법은 다양한 클로로하이드로카본의 괄목 할만한 양을 생성한다. 테트라클로로 에틸렌이 정교한 증류법에 의해 정제되지 않는한, 유전액으로서 사용을 위해 전체적으로 부적합하다.

현재의 테트라클로로 에틸렌 생성방법은 개발되었었다. (참조 미국특허 제2,752,401호) 본 신규방법은 클로로하이드로카본을 생성할 수 있으나 공정척도는 유전액으로서 사용할 수 있는 아주 순수한 테트라클로로 에틸렌을 생성하기 위해서 조절할 수 있다. 아주 순수한 테트라클로로 에틸렌은 다양한 희석제와 혼합되어 우수한 유전액을 생성한다.

단독 또는 적합한 희석제와 적당한 비로 혼합된 액은 아무런 발화점 내지 비점을 가지지 않는 비가연성이고 점화원이 제거되는한 연소되지 않는다. 고에너지에서 액이 증발될지라도 가스의 혼합물은 타지 않는다. 액의 낮은 점도는 전기장치의 개량된 냉각을 제공한다. 액은 광범위한 외도 범위상 액체이고 다양한 플로르화된 탄화수소와 같은 비-가연성 액보다 폭발성이 적다. 액은 비교적 저렴가이며, 유전강도를 포함하는 좋은 전기적 성질을 갖는다.

본 발명을 더욱 명백히 이해하기 위해서, 편리한 구체화는 첨부된 도면과 실시예가 기술될 것이다.

제1도를 참고하여 보, 면변압기(1)는 밀봉된 탱크(2)와, 콘덴서와 절연체의 교대층으로 구성하는 강자성 철심(3)과, 1차 코일(4)과, 2차 코일(5)과, 철심과 코일을 둘러싸고 덮고있는 유전액(6)으로 구성하고 있다. 밀봉된 탱크(2)와 철심(3)과 코일(4와 5)은 종래 구조이다. 그러나, 유전액(6)은 독특하고 이후에 상세히 기술될 것이다.

본 발명의 유전액은 아주 순수한 테트라클로로 에틸렌, C₂Cl₄로 구성된다. 유전액은 만약 100ppm 미만의 할로하이드로카본 특히 클로로하이드로카본을 포함한다면 "아주 순수한"것으로 평가된다. 만약 이들 분자에서 두 탄화수소와 할로겐을 갖는다면 화합물은 할로하이드로카본이다. 예를들면, 트리클로로 에틸렌, C₂HCl₃, 디클로로 에틸렌, C₂H₂Cl₂, 비대칭 테트라클로로 에탄, C₂H₂Cl₄와 모노클로로 에틸렌 C₂H₃Cl은 할로하이드로카본이다.

테트라클로로 에틸렌은 희석제와 바람직하게 혼합되어 2-6℃에서 결정화하는 바와 같은, 유동성 범위를 확장한다. 테트라클로로 에틸렌은 혼합물을 녹이며 효과적 절연체이고 순수 테트라클로로 에틸렌보다 낮은 빙점을 갖는 슬러시를 형성한다. 희석제는 광유, 실리콘 오일, 플라알파올 레핀류, 고분자량 탄화수소, 프탈레이트 에스테르류 또는 이소프로필 비페닐 같은 양립될 수 있는 유전액이다. 광유는 비교적 저렴가이고 좋은 낮은 온도 성질을 갖기 때문에 바람직한 희석제이며 또한 실리콘오일도 좋은 희석제이다. 바람직하기로는 광유는 ASTM-30 표준과 일치하여야 한다.

유전액은 희석제 약 80체적 % 이상이 포함될 수 있으며 더 많은 희석제는 가연성액을 형성할 수 있다. 만약 희석제가 문제점 없이 존재한다면 적어도 1% 희석제가 사용된다. 바람직한 혼합물은 테트라클로로 에틸렌 60 내지 80 체적 %와 희석제 20 내지 40 체적 %로 구성된다. 더우기, 본 발명의 유전액은 테트라클로로 에틸렌 자체가 좋은 냉각제이기 때문에 희석제를 포함하지 않는다. 또한, 만약 높은 비점의 가연성 희석제가 존재한다면 테트라클로로 에틸렌은 가열될 때 제거되고 남은 희석제가 점화될 수 있다.

부가해서, 본 발명의 유전액은 공기에 의해 테트라클로로 에틸렌의 산화를 방지하는 저해제 30 내지 100ppm을 바람직하게 포함한다. 저해제는 액체 또는 가스 상태에서 테트라클로로 에틸렌의 산화를 감소시킨다. 저해제의 바람직한 농도범위는 약 50 내지 75ppm이다. 광범위하게 사용된 상업적 저해제의 화학 동일성은 제조에 의해 성질을 유지하나, 이들 중 약간은 치환된 페놀류와 환상아민류인 것으로 알려져 있다.

본 발명의 유전액은 테트라클로로 에틸렌, 희석제와 저해제와 다른 성분을 포함하지 않으나 임의로 다른 화합물이 첨가될 수 있다. 액은 변압기, 콘덴서(특별히 모든-필름 콘덴서) 또는 다른 전기적 장치에서 사용할 수 있다.

본 발명은 다음 실시예로 설명될 것이다.

[실시예 1]

본 실시예에서, 테트라클로로 에틸렌의 두 상업적 시료가 사용되며 하나는 가성소다 또는 석회를 사용하는 다른 화합물의 탈염화수소화의 오랜 기술 "OLD"를 사용하여 제조하고 다른 것은 신규 공정 "NEW"에 의해 제조한다. (참조 미국특허 2,752,401) 알려지지 않은 안정제 500ppm 미만을 포함하는 두 시료는 제조자에 의해 제공된다.

각 시료는 광유와 혼합되어 75체적 % C₂Cl₄와 25체적 % 광유인 액을 생성한다. 가스 색층분석은 각 액상에서 수행된다. 제2도는 OLD 테트라클로로 에틸렌을 포함하는 액의 크로마토그람이다. 할로하이드로 카본의 체적은 제2도에서 피크 X,Y와 Z로서 볼 수 있다. 시효처리시, 이들 화합물은 염소와 염산의 제거에 의해 분해된다. 제3도는 NEW 테트라클로로 에틸렌을 포함하는 액의 크로마토그람이다.

각 액은 150℃에서 60일간 노성되고 가스 색층분석에서 다시 분석된다. 제4도는 OLD 테트라클로로 에틸렌을 포함하는 액의 크로마토그람이고 제5도는 NEW 테트라클로로 에틸렌을 포함하는 액의 크로마토그람이다. 크로마토그람은 NEW 액이 전반적으로 변하지 않는 것을 지시하나 분해 생성물의 괄목할만한 양(참조 제4도에서 피크라벨 A,B와 C가 OLD 액에서 형성된다. 이들 분해생성물은 OLD 테트라클로로 에틸렌에서 클로로하이드로카본의 파괴에 기인한 것으로 믿어진다. 본 파괴는 다음 실시예의 설명에서와 같이 금속과 절연물질을 공격하는 염산 또는 염소를 생성한다.

[실시예 2]

OLD와 NEW 테트라클로로 에틸렌의 시료는 서로 혼합하지 않고 실시예 1에서와 같이 광유와 혼합하며 150℃에서 20일간 가열한다. NEW 물질은 1ppm 이하 염소 이온을 얻고 OLD 물질은 20ppm 이상 염소이온을 얻는다. 구리로 시효처리될 때 OLD 테트라클로로 에틸렌은 20ppm 이상 용융성 금속 클로라이드를 갖는다. 모든 안정제는 시험 중 OLD 물질에서 소비되었다.

[실시예 3]

NEW 테트라클로로 에틸텐은 광유와 다양한 비로 혼합된 후 유동점과 비점을 위해 시험되었다. 다음 데이타는 어떻게 광유가 유동점을 낮추고 비점을 상승시키는 가를 보여준다.

[실시예 4]

광유와 75-25체적 % 혼합물에서 서로 혼합된 OLD와 NEW 테트라클로로 에틸렌의 시료를 175℃에서 180일간 가열하였다. 상기 시료는 파우워팩터, 색, 선명도와 산가에 대해 시험되었다. 다음 표는 결과를 보여준다.

상기 데이타는 NEW 테트라클로로 에틸렌이 노성상 적은 분해생성물을 생성하는 것을 보여준다.

[실시예 5]

NEW 테트라클로로 에틸렌과 광유의 혼합물을 제조하고 가연성을 시험한다. 액을 점화장치로 반복적으로 점화시키고 점화장치의 제거로부터 화염의 소멸까지의 시간을 측정한다. 다음 표는 결과를 나타낸다.

[실시예 6]

NEW 테트라클로로 에틸렌과 광유의 혼합물을 제조하고 파우워팩터와 유전율에 대한 시험을 했다. 다음 표는 결과를 나타낸다.

[실시예 7]

혼합물을 다우코닝사의 상표명 DC561의 실리콘오일과 아주 순수한 테트라클로로 에틸렌으로 제조하고, 혼합물의 유동점을 특정한다.

다음 표는 결과를 나타낸다.

[실시예 8]

셀룰로우스 절연체를 함유하는 9개 시험변압기를 75체적 % 아주 순수한 C₂Cl₄+25% 광유의 혼합물로 채우고 3개의 동일 모니터 변압기를 100% 광유로 채운다. C₂Cl₄의 진공압력이 충진 후 약 18인치 진공으로 제한하고 C₂Cl₄의 추출을 방지하는데 필요하다. 충진진행은 변압기를 진공화시킨 후 배기밸브를 닫고 주입밸브를 열어 액체를 넣고 충진 후, 진공을 약 18인치로한 후 건조질소를 대기압(opsig)으로 허용한다. 3개조절 유닛은 진공하에서 오일로 채워진다. 모니터유닛(오직 오일)의 과열점 온도는 160℃,180℃와 200℃이다.

변압기의 전기정격은 10KVA,단상, 타입 S, 7200/12470y 내지 12/240 볼트, 60헤르츠이다. 초기 외함을 각 변압기로부터 제거하고 압력게이지, 충진밸브, 바닥 샘플링 튜브와 액체 온도를 측정하는 열전쌍 글랜드가 장치된 것으로 대치한다. 두번째 열전쌍 글랜드를 3개조 절변압기상에 설치하여 열시호처리 싸이클동안 과열점 온도를 조절한다. 각 변압기를 15psig와 처리전 진공 30인치로 밀봉한다.

공정은 한쌍의 유닛을 전원에 연결하고, 저전압권선은 단락시켜, 코일을 약 125℃로 가열하도록 고전압권선에 전류를 순환시키는 것으로 구성된다. 160℃ 과열 점 변압기의 하나는 회권 사이의 고압권선에서 4200시간에서 고장난다. 160℃ 과열 점에서 시효처리된 65℃ 상승 배전변압기에 대한 ANSI 최소 수명은 2200시간이다.

상기 유닛들은 고장없이 다음 시간을 적산하였다.

이들 밸브는 받아들여질만한 것으로 고려된다.

다음 결론들이 나타난다:

1. 75% C₂Cl₄와 25% 오일로 채워진 변압기가 100% 오일로 채워진 유닛 보다 180% 부하에서 12℃ 더 냉각되어 동작한다.

2. 액체 최고레벨 온도는 180% 부하에서 오일-충진된 유닛보다 40℃ 낮다.

3. 게이지 압력은 180% 장력에서 오일 유닛 보다 약 4.8psig에 의해 C₂Cl₄혼합유닛에서 더 높다.

4. 디자인을 정상 단락회로 보다 25배 좋다.

[실시예 9]

시료 #1-이 시료는 75체적 % 아주 순수한 C₂Cl₄-25% 광유이다. 시료를 포함하는 용기는 진공화시키고 1파운드/평방인치 질소 압력으로 채운다. 액체/가스 혼합물을 30분간 평형화시킨 후, 시료는 밸브를 열고 증기로 하여금 미리 진공화된 수집 부피로 확장하게 함에 의해 수집되었다. 시료는 적합한 밸브를 폐쇄시킨 후 시료실에 채워진 가스들로 구성된다. 모든 시료는 기록한 바와 같이 본 방법에서 발생된다.

시료 #2-이 시료는 10초 동안 용액의 표면 바로 밑에 아크를 통과시키고 상술한 바와 같이 가스들을 수집함에 의해 #1로부터 발생되었다. 아아크에너지는 실온에서 스테인레스 스틸이들 사이 0.001인치의 캡을 사용한 25KVAC이다.

시료 #3-이 시료는 2-분 아아크 시간으로 시료 #2로부터 발생된다.

시료 #4-이 시료는 커버가스를 펌핑 제거하여 시료 #3으로부터 수집하고 용액이 거품을 일으키기 시작할 때 시료를 수집한다. (진공하에서 끊임)

시료 #5-이 시료는 시스템으로 도입된 질소가스의 제거 후 시료 #4로부터 수집되고 10분간 처리된다.

시료 #6-이 시료는 커버가스를 펌핑제거에 의해 시료 #5로부터 수집되고 용액이 #4에서와 같이 끊기 시작할 때 시료를 수집한다.

상기 모든 시료는 질량분과 미터법에 의해 분석된다. 각 시료에서 피크는 C₂Cl₄의 같은 양을 나타낼 정도로 그어진다. 질소에 기인한 피크는 크게 인정되는 한편 도입된 질소의 초기양과 조절되지 않은 펌핑손실에 따른다. 질적 기준상 C₂Cl₄혼합물과 질소사이 반응에 기인해 있는 피크는 나타나지 않았다.

시료 #4와 #6은 만약 가스상이 아닌 액체상에서 어떠한 것이 있는지를 알아 보기 위해 취해졌다. 액체상과 가스상시료 사이에서 어떤 검출할만한 차이는 없었다.

시료 #5에서, 신규질소가 시료 #4를 발생시키도록 펌핑된 질소를 대체하도록 첨가된다. 아아크 시간은 10분으로 증가되나 아무런 새로운 피크도 나타나지 않는다.

시료 #1, #2, #3과 #5는 그것들이 다른 시간에 시료된 동일 반응이기 때문에 비-형 반응을 형성하였다. C₂Cl₄와 오일 혼합물은 어떠한 비통상적 생성물 또는 어떠한 폭발성 가스류(예 CH₄, C₂H₆등)를 생성하지 않았다.

Claims (1)

100ppm 미만의 할로하이드로카본을 함유하는 테트라클로로 에틸렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기장치용 유전액.

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