MXPA06003700A - Aditivo para fluido dielectrico. - Google Patents

Abstract

Un fluido dielectrico que contiene un hidrocarburo liquido mezclado con un compuesto de base esferica, donde el compuesto de base esferica esta presente en una cantidad eficaz para impartirle a un material aislante de papel propiedades inhibidoras de la descomposicion cuando el fluido dielectrico esta en contacto con el material de papel.

Description

ADITIVO PARA FLUIDO DIELÉCTRICO REFERENCIA CRUZADA DE LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama la prioridad de la solicitud de EE. UU. Núm. 10/677, 635, presentada el 2 de octubre de 2003, misma que por su sola mención se incorpora en su totalidad en la presente.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con refrigerantes dieléctricos o con aceites aislantes que se usan en equipo de potencia y distribución eléctrica, incluidos los transformadores .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchos tipos de equipos de distribución de energía eléctrica, entre los que se incluyen: transformadores, reguladores y conmutadores, usan conductores aislados que funcionan a alto voltaje. En general, el equipo eléctrico de alto voltaje incorpora un material aislante sólido, tal como un material polimérico o poroso, impregnado de un fluido dieléctrico, tal como aceite mineral. El papel es una forma común de aislamiento sólido que se usa en el equipo eléctrico que contiene fluidos dieléctricos de aceite mineral. Con el tiempo, el aislamiento de papel, que por lo general está constituido por fibras de pulpa que contienen celulosa y, en una cantidad variable, lignina y hemicelulosa, empieza a degradarse. La velocidad a la que se degrada el aislamiento de papel está determinada principalmente, por la temperatura y la cantidad de agua presente en el papel. Conforme el papel envejece térmicamente, se reduce el peso molecular de las fibras de celulosa, junto con sus propiedades mecánicas (por ejemplo, la resistencia a la tensión) . La degradación térmica de los materiales de aislamiento basados en celulosa también libera agua. Una consecuencia indeseable de la liberación de agua es que acelera aún más el proceso de degradación. La presencia de agua en el equipo de distribución eléctrica también es indeseable, debido a que provoca la calda de la resistencia dieléctrica del aceite mineral al momento en que se alcanza el punto de saturación del agua presente en el aceite. Asi, la vida útil del equipo de distribución de energía eléctrica de alto voltaje es limitada debido a la degradación del aislamiento de papel en el interior del alojamiento del equipo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Se presentan aditivos y métodos para extender la vida útil del equipo de potencia y distribución eléctrica de alto voltaje. Los aditivos de la invención que contienen ésteres pueden conferir al papel aislante, el papel normalmente utilizado en equipos eléctricos, propiedades inhibidoras de la descomposición. Estas propiedades inhibidoras de la descomposición incluyen, por ejemplo, eliminar la humedad del aislamiento de papel para desacelerar de esta manera, la descomposición térmica de las fibras de celulosa. En forma ventajosa, de conformidad con ciertas modalidades, la adición de una cantidad del aditivo que contiene ésteres a un fluido dieléctrico puede mejorar de manera significativa la durabilidad del aislamiento de papel. En una modalidad, el uso de una cantidad moderada, tal como aproximadamente 5% en peso, es suficiente para conseguir una mejora en la vida útil. En ciertos aspectos, la adición directa de compuestos que contienen ésteres a un fluido dieléctrico puede hacer innecesario que el aislamiento de papel contenga ciertos aditivos modificadores del papel, mismos que son frecuentemente utilizados para que el papel sea más resistente a la descomposición térmica. Los detalles de una o más modalidades de la invención se exponen en los dibujos acompañantes y en la descripción siguiente. Otras particularidades, objetos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una gráfica que representa los datos de la resistencia a la tensión a un envejecimiento a 160°C, del Ejemplo 1. La Figura 2 es una gráfica que representa los datos de la resistencia a la tensión a un envejecimiento a 170°C, del Ejemplo 1. La Figura 3 es una gráfica que representa los datos del grado de polimerización del Ejemplo 1. La Figura 4 es otra gráfica que representa los datos del grado de polimerización del Ejemplo 1. La Figura 5 es una gráfica que representa el contenido de agua en el papel envejecido a 160°C, del Ejemplo 1. La Figura 6 es una gráfica que representa el contenido de agua en el papel envejecido a 170°C, del Ejemplo 1. La Figura 7 es una gráfica que representa los datos de producción de gas del Ejemplo 1. La Figura 8 es otra gráfica que representa los datos de producción de gas del Ejemplo 1. En los diversos dibujos, símbolos de referencia semejantes indican elementos semejantes.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Se presentan aditivos para los fluidos utilizados en equipo de potencia y distribución eléctrica. Los aditivos ilustrativos de la invención están basados en ásteres, es decir, son de base esférica. El mezclar un aditivo con los fluidos dieléctricos actualmente disponibles puede ofrecer una mejor vida y durabilidad del aislamiento de papel en equipo relleno de aceite. El equipo de distribución y potencia eléctrica, tal como transformadores, reguladores y conmutadores, utiliza en general, fluidos dieléctricos combinados con aislamiento de papel. Los fluidos son aceites y, con frecuencia, se les denomina "refrigerantes dieléctricos". Los fluidos dieléctricos están hechos principalmente, de aceites minerales derivados de petróleo crudo. Estos aceites se usan normalmente, en equipo de distribución y potencia eléctrica debido a sus bajas viscosidades, elevadas estabilidad química y a la oxidación, larga vida de operación y bajo costo. Los polímeros sintéticos (por ejemplo, las a-poliolefinas ) también son fluidos dieléctricos útiles, puesto que brindan muchas de las mismas propiedades deseables de los fluidos dieléctricos basados en aceites minerales. Los hidrocarburos, como los aceites minerales, así como los polímeros sintéticos son, en general, hidrofóbicos y, por lo tanto, se sabe que tienen una baja afinidad por el agua y, por lo general, son insolubles en agua. El equipo o los dispositivos de distribución y potencia eléctrica que utilizan normalmente aislamiento de papel en combinación con los fluidos dieléctricos convencionales pueden, por lo tanto, ser susceptibles a la degradación del aislamiento de papel. En la actualidad, se cree que la degradación proviene del agua residual que tiende a permanecer en el aislamiento de papel, la cual puede hidrolizar las fibras de celulosa y degradar el aislamiento. También pueden existir otras causas que sean factores que afecten la degradación del papel. En una modalidad, se ha encontrado que la adición de cantidades moderadas de uno o más compuestos de base esférica a los fluidos dieléctricos de hidrocarburos (por ejemplo, fluidos basados principalmente en aceites minerales) puede aumentar la capacidad de los fluidos para retener agua y, por lo tanto, para inhibir la hidrólisis del aislamiento. El carácter hidrófilo del grupo éster otorga propiedades de absorción de humedad. En forma adicional, la transesterificación (por ejemplo, el intercambio de un grupo acilo de un éster con el de otro éster) del material de aislamiento, tal como la celulosa, por medio de ciertos aditivos basados en ésteres, es decir, de base esférica, derivan de manera ventajosa la celulosa y forman grupos bloqueadores que inhiben aún más el proceso de degradación. Los compuestos de base esférica útiles en las modalidades de la invención presentan, en general, propiedades que los vuelven adecuados para mezclarlos con fluidos dieléctricos convencionales. Por ejemplo, los compuestos de base esférica útiles pueden tener una temperatura de inflamabilidad espontánea en copa abierta significativamente mayor que la de los fluidos dieléctricos convencionales y ser "líquidos menos inflamables" (por ejemplo, una temperatura de inflamabilidad espontánea mínima de 300°C, con base en la ASTM D92) . Ciertos compuestos de base esférica adecuados para mezclarlos con los fluidos dieléctricos pueden tener viscosidades de aproximadamente entre 1 y 16 cSt a 100°C y menos de aproximadamente 215 cSt a 40°C. Las características adicionales de los compuestos de base esférica adecuados incluyen tener capacidades caloríficas (por ejemplo, calores específicos) mayores de aproximadamente 0.3 cal/g-°C y resistencias dieléctricas mayores de aproximadamente 30 kV/100 milésimas de pulg. de separación (como se define en ASTM D877). Ciertos compuestos de base esférica pueden presentar más de 35 kV/100 milésimas de pulg. de separación. El factor de degradación de un compuesto de base esférica puede ser menor de aproximadamente 0.5% a 25 °C en ciertas modalidades, el compuesto puede tener un factor de degradación menor de aproximadamente 0.03% a 25°C. Los compuestos de base estérica adecuados para mezclarlos con los fluidos dieléctricos también pueden tener mayores puntos de saturación con agua que el aceite mineral o los polímeros sintéticos, por ejemplo, de más de 500 ppm a temperatura ambiente. Los compuestos de base estérica adecuados para añadirlos a los fluidos dieléctricos tienen uno o más grupos éster hidrofílicos y pueden incluir compuestos naturales o compuestos sintéticos que contienen ésteres. Los compuestos naturales que contienen ésteres incluyen aceites derivados de animales, frutas, plantas, semillas o pepitas y pueden ser comestibles o no. Las fuentes alternativas del aceite también pueden incluir a las fuentes de semillas genéticamente modificadas, tales como el aceite de semilla modificada con oleato. ? los aceites que contienen ésteres y se derivan de frutos o semillas de plantas se les denomina, por lo regular, "aceites vegetales". Los aceites vegetales incluyen glicéridos mixtos formados a partir de la combinación de un poliol (por ejemplo, glicerina) que tiene un número de grupos hidroxilo que se han esterificado con el mismo número o un número similar de moléculas de ácido graso. Muchos aceites vegetales son triglicéridos (es decir, glicéridos que tienen tres grupos ácido graso enlazados químicamente con la cadena principal de glicerina) . La fórmula generalizada de un triglicérido es: Los sustituyentes Ri, R2 y R3 pueden incluir un grupo alquilo o alquenilo que puede ser de cadena saturada o insaturada, recta o ramificada, y puede no estar sustituida o estar sustituida con uno o más grupos funcionales o no funcionales. Ri, R2 y R3 pueden ser iguales o diferentes y tener cadenas de carbonos desde C4 hasta C22, con niveles de insaturación de 0 a . Las diferencias en las propiedades funcionales de los aceites vegetales son atribuibles, en lo general, a la variación en las moléculas de ácido graso constituyentes. Los ejemplos de ácidos grasos incluyen, por ejemplo, los ácidos mirístico, palmítico, esteárico, oleico, linoleico, linolénico, araquídico, eicosenoico, behénico, erúcico, palmitiólico, docosadienóico, lignosérico, tetracossenoico, margárico, margaroleico, gadoleico, caprílico, cáprico, láurico, pentadecanoico, araquidónico y heptadecanoico . Las moléculas de ácido graso pueden acomodarse en una cadena principal de poliol en varias formas y cada poliol puede tener una, dos o más diferentes moléculas de ácido graso constituyente. Las tres moléculas de ácido graso de una molécula de triglicérido por ejemplo, pueden ser iguales o pueden incluir dos o tres diferentes moléculas de ácido graso. Estas moléculas de ácido graso y sus correspondientes aceites vegetales también pueden presentar variaciones en el grado de insaturación. Un compuesto de base esférica puede ser un aceite vegetal que contiene ácidos grasos que tiene al menos un grado de insaturación (es decir, al menos un enlace C-C) . Esto puede mitigar los efectos de la oxidación y ayudar a absorber el hidrógeno gaseoso desprendido que puede presentarse en condiciones de elevada tensión eléctrica. Los aceites vegetales adecuados para utilizarse en los fluidos dieléctricos de la invención incluyen aceites de soya, girasol, colza, cañóla, maíz, cacahuate, semilla de algodón, oliva, cártamo, jojoba, Lesquerella, crambe, espuma de la pradera y Vernonia, asi como las variantes de estos aceites con alto contenido de ácido oleico. En particular, pueden ser útiles los aceites de soya y girasol, asi como las variantes de estos aceites con alto contenido de ácido oleico. Un aceite vegetal puede usarse solo o puede mezclarse junto con uno o más de otros aceites vegetales . Los compuestos que contienen ásteres pueden incluir ésteres de ácidos grasos de cadena corta, tales como ésteres y diésteres de metilo y ésteres de polioles. Los ésteres de metilo pueden producirse, por ejemplo, mediante la esterificación de ácidos grasos. Por lo regular, un ácido graso se convierte en un éster de metilo utilizando metanol en una reacción catalizada con un ácido o una base. En forma alternativa, los ésteres de metilo pueden conseguirse en el comercio, distribuidos, por ejemplo, por Archer-Daniels Midland Corp., Decatur, I , o por Proctor and Gamble, New Mílford, CT. También se pueden usar diésteres o ésteres de poliol para mezclarlos en las composiciones de fluido dieléctrico. Los diésteres ilustrativos (por ejemplo, los ésteres producidos al hacer reaccionar alcoholes monohidricos ) , incluyen a los producidos al hacer reaccionar n-octilo, isooctilo, 2-etilhexilo, isononilo, isodecilo y tridecilo con ácidos dibásicos, tales como los ácidos adipico, azaleico, sebácico, dodecanodioico, ftálico y dimérico. De este modo, los -ejemplos no limitantes adecuados de diésteres incluyen adipatos, azelatos, sebacatos, dodecanodioatos, ftalatos, dimeratos y mezclas de los mismos. Las moléculas resultantes pueden ser lineales y/o ramificadas y/o aromáticas, con dos grupos éster. Como se utiliza en la presente, la expresión "ésteres de poliol" se refiere a los ásteres producidos a partir de polioles y que contienen aproximadamente entre 2 y 10 átomos de carbono y aproximadamente entre 2 y 6 grupos hidroxilo. Los ésteres de poliol pueden prepararse a partir de la transesterificación de un poliol con ésteres de metilo de ácidos grasos de cadena corta. Como se utiliza en la presente, la expresión "ácido graso de cadena corta" se refiere a isómeros de ácidos grasos saturados o insaturados que tienen cadenas de 4 a 12 carbonos, incluidos los ácidos grasos que contienen un número par o impar de átomos de carbono. Algunos polioles útiles contienen de dos a cuatro grupos hidroxilo. Ejemplos no limitantes de polioles adecuados incluyen: 1, 2-propanodiol, 1, 3-propanodiol, 1,2-butanodiol, 1, 3-butanodiol, 2 , 3-butanodiol, 2-etil-l,3-propanodiol, 2-etil-2-butil-l, 3-propanodiol, neopentilglicol , 2,2, 4-trimetil-l, 3-pentanodiol, trimetilolpropano (TMP) , pentaeritritol y dipentaeritritol . El neopentilglicol, trimetilolpropano y el pentaeritritol pueden ser particularmente útiles. Los ejemplos de compuestos sintéticos que contienen ésteres incluyen los ésteres de neopentilglicol, los ésteres de trimetilolpropano, los ésteres de pentaeritritol, los ésteres de dipentaeritritol y los diésteres. Los ésteres de trimetilolpropano (TMP) pueden incluir variaciones tales como por ejemplo, tri(2-etilhexanoato) de TMP, triheptanoato de TMP, di y/o trioctanoato de TMP, trioleato de TMP, tricaprilato de TMP, txicaprato de TMP, tripelargonato de TMP y triisononanoato de TMP. Los ésteres de pentaexitritol (PE) adecuados incluyen: tetraisooctanoato de PE, tetraoleato de PE, tetrapelargonato de PE, ' tetraoctanoato de PE, tetra (2-etilhexanoato) de PE, dioctanato de PE y dilaurato de PE. Algunos diésteres, como los adipatos y los sebacatos, incluyen, por ejemplo, adipato de diisodecilo, adipato de diisotridecilo y sebacato de dioctilo. Los ejemplos de los anteriores compuestos sintéticos que contienen ésteres o sus combinaciones son útiles para mezclarlos con las composiciones de fluido dieléctrico. Los ésteres sintéticos pueden usarse solos o pueden mezclarse junto con uno o más de otros aceites vegetales y/o ésteres sintéticos. En una mezcla de fluido dieléctrico y aditivo de base estérica también se puede incluir a otros compuestos o aditivos. Estos incluyen, y no se limitan a agentes reductores de la oxidación, agentes antimicrobianos, modificadores de flujo en frió y agentes secuestrantes de metales. Los agentes reductores de la oxidación pueden incluir, al menos, un compuesto que absorbe o agote el oxígeno, el cual, de alguna manera, podría disolverse en la composición de aceite vegetal y provocar la descomposición oxidativa del aceite. En algunas modalidades, puede ser benéfico que un compuesto absorbente de oxigeno esté encerrado en un alojamiento, tal como un alojamiento polimérico, donde este alojamiento es prácticamente permeable al oxigeno y prácticamente impermeable al agua. Con el agente puede elaborarse una formulación tal que funcione en todo el intervalo de temperaturas de operación del equipo eléctrico. Los agentes reductores de la oxidación son compuestos con capacidad para reducir la concentración de oxigeno libre en la atmósfera que rodea al fluido dieléctrico que puede estar alojado en el interior de un dispositivo de distribución eléctrica. Esto reduce, consecuentemente, la presencia de oxigeno disuelto en el propio fluido dieléctrico. Ciertos compuestos agotadores de oxigeno adecuados incluyen aquellos comúnmente utilizados en la industria del envasado de alimentos . Los agentes ilustrativos incluyen, por ejemplo, sulfito de sodio; sulfato de cobre pentahidratado; una combinación de carbón y polvo de hierro activados; mezclas de hidrosulfito, hidróxido de calcio, bicarbonato de sodio y carbón activado; un haluro metálico en polvo que recubre la superficie de un polvo metálico, y combinaciones de compuestos alcalinos, tal como ¦ hidróxido de calcio, con carbonato de sodio o bicarbonato de sodio. También son útiles las mezclas y combinaciones de uno o más de éstos. Otros compuestos agotadores de oxigeno que pueden usarse como aditivos en fluidos dieléctricos son las composiciones que se describen en la patente de EE.üü. Núm. 2,825,651. Ahí se describe una composición agotadora de ox geno que incluye una entremezcla de una sal de sulfito y un acelerador, tal como sulfato de cobre hidratado, cloruro estanoso u óxido cobaltoso. Otra clase útil de compuestos agotadores de oxigeno son aquellas composiciones que contienen una sal de manganeso, hierro, cobalto o níquel, un compuesto alcalino y un sulfito o compuesto delicuescente, tal como lo que se presenta en la patente de EE.ÜÜ. Núm. 4,384,972. Los compuestos agotadores de oxigeno adecuados pueden incluir (o incluyen como su componente básico) al menos un óxido básico de fierro, tal como un óxido ferroso o están constituidos por mezclas de materiales de óxido de hierro. Las composiciones útiles que contienen óxido de hierro se encuentran en el comercio, por ejemplo, con el nombre comercial AGELESS, distribuida por Mitsubishi Gas Chemical Co . (Onncan, SC) y las que tienen el nombre comercial FRESHMAX de Multisorb Technologies, Inc. (Buffalo, NY) . También son útiles los agentes absorbentes de oxígeno que contienen una mezcla de sales ferrosas y un modificador de la oxidación y/o un compuesto de sulfito o sulfato metálico. A un fluido dieléctrico también se le puede añadir un antioxidante o un compuesto antimicrobiano, junto con el compuesto de base estérica. Los compuestos antioxidantes útiles para este fin pueden disolverse directamente en un fluido dieléctrico e incluir, por ejemplo, BHA (hidroanisol butilado) , BHT (hidrotolueno butilado) , TBHQ (butilhidroquinona terciaria) , THBP (tetrahidrobutrofenona) , palmitato de ascorbilo (aceite de romero), galato de propilo y alfa-, beta- o delta-tocoferol (vitamina E) . Los aditivos antimicrobianos pueden usarse para inhibir el crecimiento de microorganismos. Los agentes antimicrobianos útiles son aquellos que son compatibles con un fluido dieléctrico, en algunos casos, compuestos que son útiles como antioxidantes también pueden ser utilizados como antimicrobianos. Por ejemplo, los antioxidantes fenólicos, como ??? también pueden mostrar alguna actividad en contra de las bacterias, hongos, virus y protozoarios , en particular, cuando se usan con otras sustancias antimicrobianas, tales como el sorbato de potasio, el ácido sórbico o los monoglicéridos . La vitamina E, el palmitato de ascorbilo son ejemplos de aditivos antimicrobianos adecuados.

La presencia de agua, un contaminante polar, puede tener efectos perjudiciales sobre el desempeño dieléctrico. El agua en un fluido dieléctrico puede aumentar la velocidad de descomposición de los ésteres de ácido graso de la base de aceite mineral en forma proporcional a la cantidad de agua disponible para la reacción. El indicador más obvio de estas reacciones es un importante aumento en el valor del índice de neutralización debido al aumento de la acidez del fluido (ASTM D974) . Esta reacción provocará la formación de contaminantes polares. El problema se complica por el amplio intervalo de temperaturas en el que debe funcionar el equipo de distribución eléctrica. En general, las características de descomposición dieléctrica, así como otras propiedades dieléctricas de los aceites minerales, están directamente relacionadas con el porcentaje de saturación de agua presente. En cuanto se llega al punto de saturación, la resistencia dieléctrica se reduce rápidamente. El punto de saturación a temperatura ambiente de los aceites minerales típicos utilizados en los fluidos dieléctricos es aproximadamente de 65 ppm a temperatura ambiente y de más de 500 ppm a la temperatura nominal de operación, que es aproximadamente de 100°C. Sin embargo, normalmente se necesita que el equipo de distribución eléctrica funcione dentro de un amplio intervalo de temperaturas, lo que da como resultado constantes aumentos y disminuciones en la temperatura del agua contenida necesaria para llegar a la saturación. El agua que está disuelta o en equilibrio vapor/liquido a una elevada temperatura operativa puede precipitarse o condensarse cuando el aceite baja a una menor temperatura. Las normas exigen, por lo general, eliminar la humedad de los hidrocarburos líquidos convencionales hasta una cantidad menor de 35 ppm cuando se vayan a usar en equipo de distribución nuevo. El proceso de eliminación de humedad utiliza ya sea la evaporación en una cámara a presión reducida o la filtración, o ambas para obtener un nivel de saturación típico de 15-25% a temperatura ambiente (10-15 ppm) antes del llenado del equipo de distribución eléctrica. Durante la operación, los aditivos de esta invención aumentan los límites de saturación con agua de los aceites minerales convencionales, evitando así que el agua de la solución se condense al presentarse los ciclos térmicos . El desempeño de los fluidos dieléctricos a bajas temperaturas es importante en algunas aplicaciones. Algunos aditivos de base esférica no tienen, por sí solos, valores de punto de fluidez (temperatura de escurrimiento) lo suficientemente bajos como para ser aptos para usarlos en aplicaciones estándar de distribución de potencia eléctrica. Los aceites vegetales también pueden solidificarse o gelificarse cuando se enfrian hasta una temperatura sólo ligeramente por arriba de su temperatura de fluidez, en particular, cuando se enfrian durante un periodo de tiempo prolongado. Una típica aplicación de distribución de energía eléctrica puede necesitar un refrigerante para que su punto de fluidez esté por debajo de -20 °C aproximadamente. De este modo, en las mezclas de aditivo de base esférica y fluido dieléctrico puede incluirse la adición de un depresor del punto de fluidez. Esto puede ayudar a modificar la mezcla del fluido eléctrico, de modo que logre una fluidez (aptitud para fluir) a temperaturas moderadamente bajas, tales como las que se encuentran,, por lo regular, durante los ciclos de apagado (menores de aproximadamente -20°C) . Los depresores del punto de fluidez adecuados incluyen oligómeros y polímeros de acetato de polivinílo y los oligómeros y polímeros acrílicos . También se pueden mejorar las propiedades y características de desempeño a baja temperatura por medio de una atinada mezcla de aceites. Ciertas mezclas de aceite tienen, por ejemplo, puntos de fluidez más bajos que los de sus aceites constituyentes individuales. Por ejemplo, una mezcla de 25 por ciento en peso de aceite de soya (I) con 75 por ciento en peso de aceite de colza (II) tiene un punto de fluidez de -24 °C, en comparación con -15°C y -16°C de los aceites constituyentes individuales (I) y (II), respectivamente. Otras mezclas de aceites vegetales que ofrecen reducciones ventajosas semejantes en los puntos de fluidez incluyen, por ejemplo, 25% de aceite de soya + 75% de aceite modificado con oleato; 50% de aceite de soya + 50% de aceite modificado con oleato y 25% de aceite de soya + 75% de aceite de girasol. De conformidad con las modalidades de la invención, se pueden mezclar cantidades de menores a moderadas de un compuesto de base estérica con una cantidad importante de uno o más aceites (por ejemplo, vegetales, minerales) y/o polímeros sintéticos (por ejemplo, a-poliolefinas ) . Donde las composiciones de refrigerante dieléctrico incluyen aceites minerales estándar de grado eléctrico, los aceites minerales cumplen, de preferencia, los criterios de la ASTM D3487. Preferentemente, el aditivo no interfiere con las propiedades benéficas del fluido dieléctrico. El fluido dieléctrico puede incluir aproximadamente 1% en peso y, de preferencia, más de 5% en peso de un compuesto de base estérica. En ciertas modalidades, el fluido puede contener menos de 75% en peso o también, menos de aproximadamente 50% en peso, de un compuesto de base estérica (por ejemplo, un éster natural o sintético o mezclas de los mismos) . Ciertas mezclas pueden incluir aproximadamente entre 5% y 25% en peso de un compuesto de base estérica, donde el resto es un aceite mineral derivado del petróleo o un aceite sintético y los coaditivos adecuados, tales como por ejemplo, antioxidantes y depresores del punto de fluidez. Normalmente, los coaditivos están presentes en las composiciones de fluido dieléctrico en cantidades que suman aproximadamente entre 0.1% y 2.5%, con base en el peso. Las composiciones de fluido dieléctrico que se mezclan con los aditivos de base estérica pueden tener un punto de inflamación espontánea en copa abierta muy por arriba de la norma mínima aceptada (300°C) , viscosidades entre 2 y 15 cSt a 100°C y menores de 110 cSt a 40°C, y capacidades caloríficas (calores específicos) mayores de 0.3 cal/g °C. La estabilidad a largo plazo de un fluido y la de un aislamiento de papel también puede aumentarse mediante la selección de las mezclas y el procesamiento más favorable, y la adición de agentes antioxidantes y antimicrobianos. La estabilidad se aumenta en forma adicional al controlar el entorno al cual se expone la composición, en particular, al reducir al mínimo el oxígeno, la humedad y el ingreso de contaminantes al interior del tanque y al proporcionar los medios para eliminar o capturar el oxígeno que pueda penetrar en el tanque . De preferencia, el aditivo y las mezclas de fluido dieléctrico que contienen el aditivo se introducen en el equipo eléctrico de una manera tal que se reduzca al mínimo la exposición del fluido al oxíqeno, la humedad y otros contaminantes atmosféricos que pudieran afectar en forma adversa su desempeño. En muchos casos, se prefiere reducir al mínimo o eliminar, la presencia de oxígeno en el espacio superior interno del equipo eléctrico que contiene el fluido dieléctrico que incluye un aditivo de base esférica. Los niveles adecuados de humedad pueden conseguirse mediante la aplicación de uno o más de los pasos siguientes: eliminar el contenido del tanque por secado, evacuar el aire y sustituirlo con nitrógeno seco gaseoso, llenar a un vacio parcial y sellar el tanque inmediatamente. Si el dispositivo eléctrico necesita que exista un espacio interno superior entre el fluido dieléctrico y la tapa o cubierta del tanque después de llenar y sellar el tanque, el gas en este espacio se puede evacuar y sustituir con un gas inerte, por ejemplo, nitrógeno seco, a una presión estable de aproximadamente entre 2 y 3 psig a 25°C. Los fluidos dieléctricos de las modalidades de la invención pueden usarse para llenar por abajo (llenado inverso) el equipo eléctrico existente que contiene otros fluidos dieléctricos menos deseables. Estos otros fluidos pueden ser sustituidos con las composiciones de fluido dieléctrico que incluyen los aditivos de base esférica, usando cualquier método adecuado conocido en la técnica. Pueden implementarse métodos de llenado inverso que sean conocidos por aquellos que tienen experiencia en la técnica . La adición de un aditivo de base esférica a un fluido dieléctrico puede mejorar de manera significativa la vida útil del aislamiento de papel usado en el interior de un equipo de distribución o energía eléctrica. Normalmente, el aislamiento de papel saturado con un fluido dieléctrico tiene una vida útil limitada de aproximadamente 20 años. No obstante, dependiendo de las condiciones dentro del equipo eléctrico, la vida útil puede verse afectada en forma perjudicial. Se ha encontrado que la adición de cantidades, incluso moderadas, de un aditivo de base esférica de conformidad con la invención, aporta beneficios significativos a la vida útil de un aislamiento de papel de uso eléctrico. Se pueden realizar varias pruebas para vigilar la vida de un aislamiento de papel envejecido, donde los resultados ofrecen buenos indicadores de qué tan bien se está conservando el aislamiento en el interior de un dispositivo eléctrico. Por ejemplo, los gases CO y C02 son subproductos de la degradación térmica del papel. Por lo tanto, la determinación de la cantidad de los gases de óxido de carbono que está disuelta en el aceite dieléctrico puede indicar el grado de degradación del papel. Otras pruebas que pueden usarse incluyen la medición de la resistencia a la tensión del papel envejecido, la medición del grado de polimerización y el contenido de humedad del aislamiento de papel. Estas pruebas se describen más adelante y se usaron para demostrar, con fines ilustrativos no limitantes, la manera en que un aditivo de base estérica mezclado con el fluido dieléctrico puede mejorar la vida del aislamiento de papel y de esta manera, beneficiar también el desempeño de un dispositivo eléctrico que utiliza un sistema de aislamiento y fluido de este tipo.

Procedimientos de prueba Para medir la resistencia a la tensión del aislamiento de papel se usó la norma ASTM 828, titulada "Tensile Properties of Paper and Paperboard Using Constant-Rate-of-Elongation Apparatus". Para determinar el grado de polimerización del papel se usó la norma ASTM D4243, titulada " easurement of Average Viscometric Degree of Polymerization of New and Aged Electrical Papers and Boards". Para medir la cantidad de agua en el aislamiento eléctrico impregnado con aceite se usó la norma ASTM D3277, titulada "Moisture of Oil Impregnated Cellulosic Insulation ". Para determinar la cantidad de CO y/o C02 gaseosos disueltos en el aceite de aislamiento eléctrico se usó la norma ASTM D3612 (Método C) , titulada "Analysis of Gases Dissolved in Electrlcal Insulating Oil by Gas Chromatography" . La descripción y variables de procesamiento utilizados en el recipiente de envejecimiento (tubo sellado) se describen en McS ane y col., "Aging of Paper Insulation in Natural Ester Dielectric Fluid", IEEE/PES T&D Conf., Oct. 2001, No. 0-7803-7287-5/01 © 2001, IEEE. Estas pruebas permiten comprender que tan bien se comporta un aislamiento de papel envejecido en un fluido dieléctrico dentro de un dispositivo de distribución eléctrica o generador de energía. La prueba ayudó a evaluar las diversas características y propiedades del aislamiento de papel .

Ejemplo 1 Se prepararon cuatro composiciones diferentes, las cuales se usaron en pruebas de envejecimiento en tubo sellado : COMPOSICION % en peso de aceite % de FR3 mineral A 100 0 B 0 100 C 95 5 D 75 25 El aceite mineral y el fluido ENVIROTEMP FR3 se mezclaron para obtener las composiciones A a D. El envejecimiento acelerado se realizó a dos diferentes temperaturas, 160°C y 170°C, y durante varios periodos (0 hrs., 900 hrs., 1500 hrs . y 2000 hrs . ) y se aplicó a un total de 28 muestras de prueba. Cada una de las composiciones A a D arriba mencionadas, combinadas por separado con papel Kraft mejorado, con una tira de aluminio y con una tira de cobre, se sometieron al envejecimiento térmico en tubos sellados (el papel Kraft y los tubos sellados se describen en la referencia anterior) .

Resistencia a la tensión Las Figuras 1 y 2 son representaciones gráficas de los resultados de la prueba de resistencia a la tensión aplicada a papel envejecido a 160°C y 170°C, respectivamente, utilizando el procedimiento de prueba arriba descrito. La consideración general es que cuando el papel llega al 25% de su resistencia a la tensión inicial es inadecuado utilizarlo y, por lo tanto, se considera que ha llegado al "final de su vida útil". Como se observa en las gráficas, el papel impregnado con la composición D retuvo del 40 al 60 por ciento de su resistencia a la tensión inicial al final del tiempo de envejecimiento. En contraste, el papel envejecido con la composición comparativa A había SOBREPASADO su vida útil ANTES de que concluyera el periodo de 2000 hrs . Con referencia a la Figura 2, a 170°C, se observa la presencia de una ligera mejoría en la capacidad del papel para mantener su resistencia a la tensión cuando el papel se envejece con la composición C.

Grado de polimerización Los datos de esta prueba se obtuvieron al realizar el procedimiento de prueba arriba descrito. Los resultados del grado de polimerización de las muestras se representan gráficamente en las Figuras 3 y 4. Se observó que el papel envejecido con la composición D mejoró la vida útil del papel a las dos temperaturas. El papel envejecido con la composición C sólo a los 170°C mostró un aumento en el porcentaje del grado de polimerización retenido.

Humedad El agua, un subproducto de la degradación térmica del papel, es un buen indicador de la durabilidad de un papel aislante. Conforme la estructura molecular del papel se descompone debido al calor y a otros factores, aumenta el contenido de agua del papel, en particular, en aceite para transformador basado en aceite mineral. Conforme aumenta el contenido de agua del papel, también lo hará la velocidad de degradación del papel. Estos datos se obtuvieron utilizando el procedimiento de prueba arriba descrito. Los resultados de este estudio muestran que incluso pequeñas cantidades de aditivo en un refrigerante dieléctrico pueden limitar la producción de agua y de esta manera, desacelerar la velocidad de degradación del papel. Como se observa en las Figuras 5 y 6, a las dos temperaturas, se encontraron en el papel menores niveles de agua cuando se usaron las composiciones C y D.

Desprendimiento de gas Tanto el monóxido de carbono (CO) como el bióxido de carbono (C02) son subproductos de la degradación térmica del papel. La suma de estos gases puede indicar la degradación relativa de la estructura molecular del papel aislante. Mientras menor sea la cantidad de gases producidos, menor será la degradación del papel. Como se observa en los resultados presentados en forma gráfica en las Figuras 7 y 8, la adición de cantidades de aditivo, incluso pequeñas, a un refrigerante dieléctrico pueden aportar beneficios al reducir la producción de los gases CO y C02. Estos datos se obtuvieron utilizando el procedimiento de prueba arriba descrito. Con base en los resultados arriba mencionados, los resultados obtenidos en el envejecimiento acelerado de papel Kraft de grado eléctrico en mezclas con un pequeño porcentaje del fluido ENVIROTEMP FR3 en el aceite del transformador basado en aceite mineral, mostraron que puede prolongarse la vida útil del papel. La mejora en la vida del papel se determinó tanto por medios mecánicos como químicos. Además, las determinaciones de agua en el papel y el contenido total de CO y C02 indican una menor descomposición del papel en mezclas con bajo porcentaje de FR3 en TO, en comparación de 100% de TO. En tanto que una mezcla de 5% de FR3 en TO únicamente mostró una ligera mejoría, una mezcla de 25% de FR3 en TO mostró una mejora significativa en la vida útil del papel. Los resultados del estudio de envejecimiento acelerado apoyan nuestra reivindicación de que pequeños porcentajes de fluidos de base estérica en el aceite de transformador basado en aceite mineral aumentarán las características de enve ecimiento térmico del papel de aislamiento eléctrico y prolongarán la vida del papel en un dispositivo eléctrico, como por ejemplo, un transformador. Se encontró que los refrigerantes dieléctricos (fluidos aislantes) que contienen aproximadamente entre 5 y 25% en peso de un aditivo, tal como ENVIROTEMP FR3, pueden aumentar la vida útil de un papel aislante usado en dispositivos eléctricos. Se han descrito varias modalidades de la invención. No obstante, se entenderá que pueden realizarse diversas modificaciones sin desviarse del espíritu y alcance de la invención. En consecuencia, hay otras modalidades que están incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes.

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES 1. En una pieza de equipo eléctrico que contiene un conductor aislado por medio de un material aislante de papel, un método que consiste en prolongar la vida de servicio del material aislante de papel al impregnar el material con un fluido dieléctrico que contiene más de 5% en peso, con base en el peso total del fluido dieléctrico de un compuesto que contiene éster derivado de: (a) aceites de soya, girasol, cañóla, colza, maiz, cacahuate, semilla de algodón, crambe y espuma de la pradera, las variantes de estos aceites con elevado contenido de ácido oleico y las mezclas de los mismos; y (b) diésteres, ésteres de poliol y mezclas de los mismos, donde los diésteres se seleccionan del grupo formado por adipatos, azelatos, sebacatos, dodecanodioatos, ftalatos, dimeratos y mezclas de los mismos y, donde, los ésteres de poliol se seleccionan del grupo formado por neopentilglicol, trimetilolpropano, pentaeritritol, dipentaeritritol y mezclas de los mismos. 2. El método según la reivindicación 1, donde el compuesto que contiene éster es un aceite vegetal. 3. El método según la reivindicación 2, donde el éster es aceite de soya. 4. El método según la reivindicación 3, donde el aceite de soya tiene un elevado contenido de ácido oleico . 5. El método según la reivindicación 2, donde el fluido dieléctrico contiene un aceite mineral basado en el petróleo y entre 5 y 25% en peso del compuesto que contiene éster. 6. El método según la reivindicación 2, donde el fluido dieléctrico contiene una -poliolefina y entre 5 y 25% en peso del compuesto que contiene éster. 7. El método según la reivindicación 5, donde el fluido dieléctrico contiene además entre 0.1 y 2.5% en peso de un coaditivo seleccionado del grupo formado por antioxidantes y depresores del punto de fluidez. 8. El método según la reivindicación 7, donde el coaditivo es un antioxidante. 9. El método según la reivindicación 2, donde el fluido dieléctrico contiene una mezcla de aceite mineral, un aceite vegetal y un antioxidante. 10. El método según la reivindicación 9, donde el fluido dieléctrico contiene una mezcla de aceites vegetales. 11. En un transformador que contiene un conductor aislado mediante un material aislante de papel, un método que consiste en prolongar la vida de servicio del material aislante de papel al impregnar el material con un fluido dieléctrico que contiene un aceite mineral y entre 5 y 25% en peso, con base en el peso total del fluido dieléctrico, de un éster derivado de un compuesto seleccionado del grupo formado por aceites de soya, girasol, cañóla, colza, maíz, cacahuate, semilla de algodón, crambe y espuma de la pradera, las variantes de éstos con elevado contenido de ácido oleico y mezclas de los mismos. 12. El método según la reivindicación 11, donde el compuesto que contiene éster es aceite de soya. 13. El método según la reivindicación 12, donde el aceite de soya es un aceite de soya con un elevado contenido de ácido oleico. 14. El método según la reivindicación 11, donde el fluido dieléctrico contiene además de 0.1 a 2.5% en peso de un antioxidante. 15. El método según la reivindicación 12, donde el fluido dieléctrico contiene además de 0.1 a 2.5% en peso de un antioxidante. 16. En un transformador que contiene un conductor aislado mediante un material aislante de papel, donde el material de papel está impregnado con un aceite mineral, un método que consiste en prolongar la vida de servicio del material aislante de papel al sustituir el aceite mineral con un fluido dieléctrico que contiene un aceite mineral y entre 5 y 25% en peso, con base en el peso total del fluido dieléctrico, de un éster derivado de un compuesto seleccionado del grupo formado por aceite de soya, aceite de girasol, las variantes de éstos con elevado contenido de ácido oleico y mezclas de los mismos. 17. El método según la reivindicación 16, donde el compuesto que contiene éster es aceite de soya. 18. El método según la reivindicación 17, donde el aceite de soya es un aceite de soya con un elevado contenido de ácido oleico. 19. El método según la reivindicación 16, donde el fluido dieléctrico contiene además de 0.1 a 2.5% en peso de un antioxidante. 20. El método según la reivindicación 17, donde el fluido dieléctrico contiene además de 0.1 a
2. 2.5% en peso de un antioxidante.