SE446288B - Dielektriskt fluidum for elektriska apparater, vilket vesentligen bestar av isopropylfenyl - Google Patents

Description

7806285-6 ¿ Dä det äf fråga om kondensatorer med film-papper eller 100 % film mäste man lägga vikt vid att uppnå höga KVAR- värden vid höga driftpâkänningar, eftersom systemets di- elektricitetskonstant ej kan förändras i större utsträckning med hjälp av impregneringsmedlets dielektricitetskonstant KVAR-värdet är proportionellt mot produkten av kvadraten på driftspänningen och den första potensen av kapacitansen.

I film-papperdielektrikumet påverkas kapacitansen endast ringa av impregneringsmedlets dielektricitetskonstant, eftersom den domineras av filmen, vars dielektricitets- konstant ej ändras i större grad genom impregneringsmedlet, eftersom endast en liten mängd fluidum absorberas därav.

Den genomsnittliga dielektricitetskonstanten för ett di- elektrikum av 75 % film och 25 % papper minskas med endast % vid ett byte impregneringsmedel på 4,9, triklorbifenyl, till ett med 2,2 till 2,6, ett kolväte. För ett impregneringsmedel, som tillåter en av impregneringsmedlet från ett med en relativ dielektricitetskonstant n måttlig ökning i driftspänningspåkänningen ökar a andra sidan KVAR-värdet med ungefär det dubbla av spännings- påkänningsökningen.

Nivån för märkspänningspåkänningen grundar sig på antagandet att en kraftkondensator periodiskt utsättes för höga överspänningar beroende på att strömmen brytes och vissa transienter i kraftledningarna, som är av stor- leksordningen upp till 3 ggr märkspänningen. Den måste två sätt motstå inverkan av sådana överspänningar, som 0 på alstrar koronaurladdningar i fluidumet. En begränsning är att korona ej kan bestå, att den slocknar efter det att märkspänninqen återupprättas. För det andra bör koronan vid sådana överspänninqar ej skada dielektrikumet och leda till för tidigt brottföre kondensatorns erfordrade ~driftstid på 20 till 30 år. Sådana verkningar i en kon- densator kan mätas med hjälp av dessa koronaurladdnings- begynnelse- och slutspänningar, som bestämmes av impreg- neringsmedlets beskaffenhet, var koronan uppträder ech_, ett lämpligt val av kondensatorns dielektriska mellan- läggsanordningar och folieelektrodgeometri. _ v.. m... ._._._..-....___.._,.._.,.___.. _. . 7806295-6 3.

Det har ej klart visats varför aromatiska fluida har relativt goda koronaegenskaper, särskilt jämfört med alifatiska föreningar. Deras goda koronaegeskaper visar sig genom de höga koronaurladdningsbegynnelse- och släck- spänningar för kondensatorn och de relativt låga förgas- ningstendenserna hos vätskan under högspänning i tester såsom det modifierade Pirelli-förgasninqsprovet (ASTM D2300) Liknande egenskaper förbättras med tillsatser, såsom antra- kinoner och epoxider. Vad beträffar motståndet mot korona- effekterna, hög släckspänning och låg förgasning antar man att de aromatiska molekylerna eller tillsatserna, såsom de ovan angivna, reagerar med produkterna från koronaur- laddningen, förhindrar att gasbubblor av väte och kolväten byggs upp vid koronans ursprungliga plats, så att koronan ej kan finnas kvar där. (Ett liknande antagande gäller vad beträffar de höga koronaurladdningssläckspänningarna med polyklorerade bifenyler, att deras koronaprodukter, såsom väteklorid, är lösliga eller reaktionsbenägna.) Denna all- männa förklaring är ej tillräcklig för att presentera en systematisk ordningsföljd för beständighet mot korona och för att användas som bas vid val av koronabeständiga fluida Vad beträffar koronabegynnelsespänningens storleksordning är de molekylära faktorer, som påverkar denna, också nog så oklara.

Föreliggande uppfinning kännetecknas därav, att minst 55 vikt% av det dielektriska fluidumet utgöres av metaiso- meren av isopropylbifenyl, varjämte fluidumet dessutom eventuellt innehåller upp till 15 vikt% diisopropylbifenyl, upp till 1 vikt% antioxidant, upp till 2 vikt% väteacceptor- förening, och 0,05-2 vikt% epoxiharts, allt räknat på det elektriska fluidumets totalvikt.

Dessa jämte ytterligare kännetecken för uppfinningen framgår av patentkraven.

Uppfinningen är särskilt användbar vid en kondensator, som innehåller ett skikt av metallfolie alternerande med dielektriska avstândsstycken, som är impregnerade med ett dielektrískt fluidum, som innehåller den angivna ísopropyl- bifenylvn. 7806205-6 4 Det har visat sig att om metaisomeren av isopropyl- bifenyl uppgår till minst 55 % i ett dielektriskt fluidum av isopropylbifenyl, kommer fluidumet ej att bilda ett kristallint fast ämne vid låga temperaturer utan kommer i stället att bilda en amorf, glasaktiq fas. Detta gör kondensatorer med ett sådant impregneringsmedel lämpliga för driftstemperaturer under -40°C. Med lägre koncentra- tioner av metaisomeren kommer den lägsta, tillfredsstäl- lande driftstemperaturen att vara högre. Till skillnad från en kristallin fast substans utvecklar den glasartade fa- sen, som en underkyld vätska utgör, icke de diskontinui- teter, som leder till gasbildning och efterföljande elek- triskt genomslag. Kondensatorerna har höga koronabegynnel- se- och släckspänningar, normalt ca 7 kV vid 25°C, för 38,1 mikron polypropenfilm plus 0,7 mikron papperstjock- lek, och mycket låga effekt- (eller förlust-)faktorer.

De är termiskt stabila inom ett stort temperaturintervall och kan drivas vid lägre temperaturer än kondensatorer, som innehåller triklorbifenyl.

Det dielektriska fluidum, som användes i kondensa- torerna, är lättillgängligt, billigt, ogiftigt, biolo- giskt nedbrytbart och har ett brett fluiditetsområde och kan lätt renas om nödvändigt. Dess brännbarhet är accep- tabel och det är kombinerbart med polypropen, papper och andra dielektrika.

Uppfinningen kommer att förklaras närmare i det föl- jande under hänvisning till medföljande ritning, som visar ett isometriskt snitt av lindningen i en kondensator.

Ritningen visar en behållare l, som är hermetiskt tillsluten och utrustad med en eller flera lindningar, som innehåller en_rak ledande folie 2 och en ledande folie 3, som är smalare och har avrundade kanter. Dessa folier alternerar med skikt av isolering 4, här visade såsom film 5, papper 6 och film 7. Ett dielektriskt flui- dum 8 enligt uppfinningen fyller behållaren l och impreg- nerar lidningen. Elektrodklämmor kan vara anordnade på vanligt sätt. Dessutom tenderar de elektriska skikten att ID u; L!! 'ißüöïïüfí-ö anpassa till det tillgängliga utrynmet så att i prak- tiken kommer de stora rum, som visas på teckningen att sig vara väsentligt mindre.

Det dielektriska fluidumet enligt uppfinningen nißqryfr, isopropylblïenyl, som utgöres av åtminstone ca 55 falla procenthalter avser i detta sammanhang viktprocent) meta- isopropylbifenyl. Företrädesvis utgöres det dielektriska fluidumet av bifenyl av ca 55 till ca 75 à metaisomer, eftersom de! är svårt och dyrbart att framställa iso- propylbidcnyl med mer än 75 % metaisomer. Det dielek- triska fluidumet kan innehålla upp till 15 % (räknat på fluidumets totalvikt) diisopropylbifenyl utan att flui- dumeta dieløktriska egenskaper allmänt sett påverkas nega- tivt ooh man får en faktisk förbättring av beständig- heten mot kristallisation vid låga temperaturer. Företrä- desvis innehåller det dielektriska fluidumet 3 till 6 % (räknat på fluidumets totalvikt) diisopropylbifenyl, efter- som det är dyrt att framställa ett fluidum med mindre än 3 % större än 6 diisopropylbifenyl och då mängden isopropylbifenyl är % uppvisar koronaeqenskaperna en viss försäm- ring.

Beroende på framställningssättet kan det dielektriska fluidumet innehålla något bifenyl. Bifenyl är irriterande och flyktig och därför är det önskvärt att denna förening % ej finns närvarande i mer än och företrädesvis ej mer än 0,5 ä.

Det dielektriska fluidumet inbegriper företrädesvis upp till 1 % antioxidant för termisk stabilitet. Den före- dragna mängden varierar från 0,0l till 0,2 % och lämpliga antioxidanter är di-t-butyl-parakresol, di-t-butylfenol eller blandningar därav.

Fluidumet inbegriper också lämpligen upp till 2 %, företrädesvis från O,l till 0,5 %, väteacceptor för för- bättrad koronabeständighet. En antrakinon, såsom B-metyl- antrakínon eller antrakinon, kan användas. Man föredrar ß~metyiantrakinon eftersom den är lätt tillgänglig och mera löslig. 7806205-6 6 Antioxidanten och väteacceptorn synes samverka så att koronabeständigheten avtar, när en av dem användes i hög koncentration. Man föredrar därför att ej använda någon av dessa föreningar i mer än 1 %. En sammansättning, vari båda är verksamma, innehåller ca 0,2 % di-t-butyl- parakresol och ca 0,5 % B-metylantrakinon. Även om det icke nödvändigtvis föredrages kan fluidum- et innehålla upp till ca 2 %, företrädesvis från ca 0,05 till ca 1 %, av en epoxiförening, såsom glycidylfenyleter eller bis (3,4-epoxi-6-metylcyklohexylmetyladipat) för elektrisk stabilitet.

Kondensatorn är företrädesvis film- (t ex polypropen)- papper eller 100 % film eftersom såsom förklarats flui- dumets dielektricitetskonstant ej är så viktig i dessa typer av kondensatorer. Dielektricitetsfluidumet enligt uppfinningen kan användas i transformatorer, kablar och andra elektriska apparater, samt i kondensatorer.

Uppfinningen kommer att förklaras närmare i det föl- jande med hjälp av försök.

FÖRSÖK l Fluidumprover i provrör med diametern 2,54 cm och längden 14,24 cm kyldes eller behandlades cykliskt mel- lan två låga temperaturer i en Tenney Jr. värme-kylkammare.

Ett plexiglasfönster tillät observation av proverna. Föl- jande tabell anger procentinnehållet metaisomer, para- isomer och diisopropylbifenyl i provade fluida och resul- taten av kylningen av fluida i 18 h vid -37°C och i ytter- ligare 16 h vid -47°C. Samtliga fluida innehöll mycket litet ortoisomer, vanligtvis endast ca 0,1 %. 7806205-6 Ouøcøm >m h mwfløflw .OO Hmuflåwnv uoflflm bm m mflwflflm S00 .xwumnms >m mwwmHmnm>wH U nuo M _Q ~U mwfløflm .ëuou UmHmnm>mfl,H mm@mm>nm møfiflflm mnflnm mfifid .flmcmmflnflæmonmowflnflv w ma mflfim U Edwfiøfiw >m wfifimumämum x umflflcæwëocwm »Ham umflflzæwšocww uflflm v m.wm a.ßm U Hmxumflu mwflficæm nmflacæmñocwm nâøcmm 500 mxmmo m.«|o.w m.mw O.æw m _. ._ ïm wåm mil» m ._ _. oäïmrm wåm mâw n uxnmo .umflxmvflš »Én _. mä æëm ïwv u Hmxumaw mMmmO mmfiflcmwäocmm uxmmo muwwñ www Anm .umfluxmufi> uaam H.m m.Hm m_Ov m umxomfiw mmfificwm lšocmm mxmmo »mådrïaozmm å? mflmwa »mv H3 N12 QS ošm QR v02? 3> n m? uoßT m? a S. Éswwfi : . uwumw wwfiowwßo Ifiæmoumømfilflø w mumm w muwš w Eflvflflflm -30 7806205-6 8 Ett vitaktigt eller opakt utseende tyder på bildning av en kristallin fast substans. Sådana fluida kommer ej att kunna accepteras vid denna temperatur, eftersom gas kan bildas i diskontinuiteterna i den kristallina fasta substansen, där elektriska urladdningar lätt kan ske och leda till elektriskt genomslag. Ett genomsynligt utseende tyder på bildning av en underkyld vätska, som utgöres av en glasartad, amorf, icke kristallin fast substans. Den angivna tabellen visar att endast det fluidum, som inne- höll mer än 55 % artad fast substans. I fluidum G var en hög halt diiso- metaisomer (fluidum Df bildade en glas- propylbifenyl till viss hjälp för inhibering av kristal- lisation, men den ökade också flytpunkten. Uppenbarligen inträffade kristallisation lättare vid högre temperatur, -37°C, än vid -47°C. Denna kristallisation är analog med glasets reducerade tendens att förglasas, som stiger med temperaturen under mjukningspunkten.

FÖRSÖK 2 I ett liknande försök blandades två prover av iso- propylbifenyl, som innehöll olika mängder metaisomer (levererad av Tanatex), hölls avkylda vid -45°C i ca 10 h och uppvärmdes till -25°C. I följande tabell anges resul- taten. Procenthalterna diisopropylbifemfl.var ca 2,5-3,5.

Prov Z meta Z para Observatíon vid -25°C A 56,6 38,5 Allt klart soz A - 207: ß 53,0 42,7 1/2 Laarc, 1/_2 opak: soz A - aoz ß 50,4 45,6 1 ' g A11: spam g_ ' 402 A - ßoz ß '47,4 48,9 A111; opakt % A - 80% B 44,2 52,7 Allt opakt B _ I -41,4 J 55,6, Allt opakt Denna cykliska förändring av temperaturen återspeglas som visas i följande exempel kraftkondensatorernas expo- nering för låg omgivande temperatur. 7806205-6 9 FÖRSÖK 3 I ett liknande försök kyldes olika prover av iso- propylbifenyl till -60°C i 2 h och värmdes sedan till -l5°C i l h och undersöktes med avseende på stelning.

Följande tabell visar resultaten: Z meta Z para Z di Observatíon 26,4 71,2 '~2 allt fast ämne 39,9 49,6 ~@ ca 0,64 cm vätska (strömmen ovanpå begränsad) 41,4 55,6 ^-2 för det mesta fast allt- igenom, något vätska upptill 52,3 42,3 3,5 fast 56,6 38,5 ~3 klart, rinnande 65,2* 26,7 - " " 73,0 17,8 _ " xav fluída innehållande 73,0 Z och 26,4 Z meta.

FÖRSÖK 4 I ett liknande försök kyldes olika prover av iso- propylbifenyl till -30°C i 7 h, sedan till -40°C i 2 h, -3o°c 1 1 n, -4o°c 1 2 h, -3o°c 1 1 h, -4o°c 1 3 h, var- efter de observerades. Efter en ytterligare tidscykel vid -50°C i 2 h och 1 h vid -30°C observerades proven åter efter ytterligare 2 h vid -SOOC. Slutligen utsattes de för en liknanae cykel, 2 ggr vid -6o°c 1 3°c 1 2 h och 1 h vid -30°C och de observerades åter efter ytter- ligare 2 h vid -60°C. I följande tabell ges resultaten: 7806205-6 Z meta 2 para Z di Vid -400C Obsergatíoner vid -so c vid ~eo°c 26,4 71,2 ~2 Krístalliserat Samma Samma 39,9 49,6 ”9 Några kristal- Flera kris- Kristaller ler på väggarna taller 41,4 55,6 "Z Kristalliserat Samma Samma 52,3 42,3 3,5 Några krístal- Flera kris- Väggen näs- ler på väggarna taller tan täckt med kris- taller 56,6 38,5 "3 Disígt klart Samma Samma es , 2* 26, 7 - Klan; Klar: Klar: 73,0 17,8 - Klart Klart Klart “av fiuiaa innehållande 73,0 e och 26,4 e meta.

FÖRSÖK 5 I liknande experiment kyldes prover av isopropyl- bifenyl till -27°C i 1 h, proverna observerades, hölls vid -27°C under ytterligare 18 h, observerades, kyldes till -60°C i 2 h, värmdes till -3l,5°C i l h, observe- I rades, kyldes till -60°C i 2 h, observerades. Resultaten ges i följande tabell. 7806205-6 .mumñ N «.oN :oo N 0.mß Ufiflflfifiwfiüflflfl Nfififlfiw >Nun wv:møc«u uwwfiëww uowmc uowmø øëfimm mšëmm .mämm Gømu .unwfiz uuæfix I w.ßH O.mß wwcmccflu uwfiäefiu uommc uowmø meëmm .mëëmw .upmfix damn .uumfix uumfix I ~.o~ NN.mw 1; 1_ namn .umwficmw mëëmw mEEmm mšëmm läouwm .uwwëëflv uumfix m m.wm o.mm wvøæccfln msšw uwmm uowm: mxuæum uum namn .uwwfløßm msëwm .mšëmw .mëëmm lâoøww .uwflfiäwu uumflx m.m m.Nw m.Nm umxumfiu waëmw mEEmw ummu uflflm uwmw uflflm mumww muwmc N w.mm w.«< mäêmw uwwwwmfimä mamm Gmcuuon w«> »mmm uuwflx a o.me m.mm m§Emw måmm uwmw ummu uwxußä »mmm uwxuæë N N.«ß @.o~ uoøo| u«> s N uoool v«> s N Oon.Hm| uoßwx w«> 1 wfi uoßwn v«> s H Mn N mumm N muwE N MWZOHB@>MWwmO 4>HwmHUUDw

Claims (6)

7806205-6 10 15 20 25 3o_ 12 PATENTKRAV

1. l. Dielfiktriskt fluidum för Plektxiska apparater, såacn kondensatcrer, vilket fluidum väsentligen består av isopropylbifenyl, k ä n n e t e c k n a t därav, att minst 55 vikt% av fluidumet utgöras av metaisømeren av .sopropvlhifvnyl, variämtn fluidumvt dessutom aven- tuellt innehåller upp till 15 vikt% diisopropvlbifonvl, upp till l vikt% antioxidant, upp till 2 vikt% väte- acceptorförening, och 0,05-2 vikt% epoxiharts, allt räknat på det elektriska fluidumets totalvikt.

2. Diclektriskt fluidum enligt krav l, k ä n n e - t c c k n a t därav, att det innehåller från 3 till 6 vikt% diisopropvlbifenvl räknat på det diclektriska fluidumets totalvikt.

3. Dielektriskt fluidum enligt krav 1 eller 2, därav, att från 55 till 75 vikt% av isopropylbifenylen är metaisomeren. k ä n n e t e c k n a t

4. Uívlektriskt fluidum vnliqt krav l, k ä n n e - t e c k n a t därav, att antioxidanten utgöres av di-tcrt-butyl-parakresol och/eller di-tert-butylfenol och föreligger i nn mängd från 0,01 till 0,5 viktt.

5. Dielektriskt fluidum enligt krav 1, k ä L därav, att vätoacceptorföreningen före- HG" t e c k n a t ligger i en mängd från 0,1 till 0,5 vikt%.

6. Díelektriskt fluidum enligt krav l eller 5, k ä n n e t e c k n a t därv, att väteacceptorföre- ninqen utgöres av en antrakinonförening¿ 7 __ 7 Dielektriskt fluidum enligt krav 6, k ä n n e - n a t e c k n a t därav, att antrakinonföreningen utgöres av ß-metylantrakinon.