DE2608464C3 - Elektrisch isolierende Flüssigkeit - Google Patents
Elektrisch isolierende FlüssigkeitInfo
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Description
R'—C—R"'—
20
steht, in der der Substituent R' obige Bedeutung hat
und der Substituent R'" ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist,
verwendet wird.
2. Elektrisch isolierende Flüssigkeit nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyorganosiloxan die Formel
hat, worin R ein Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest ist und χ eine ganze Zahl
bedeutet, und das Keton die Formel R'R"C = O
JO
J5
40
Bei zahlreichen elektrischen Vorrichtungen braucht man eine elektrisch isolierende Flüssigkeit als Isolationsmedium. Diese Flüssigkeit verfügt über einen
wesentlich höheren Durchschlagswiderstand als Luft. Ersetzt man die zwischen Leitern bei einer elektrischen 4-,
Vorrichtung oder Apparatur vorhandene Luft daher durch eine derartige Flüssigkeit, dann läßt sich
hierdurch die Durchschlagsspannung der elektrischen Vorrichtung erhöhen. Die ständig zunehmende Verfeinerung elektrischer Ausrüstungen führt dazu, daß die
verschiedenen elektrischen Vorrichtungen bei immer höher werdenden Spannungen betrieben werden. Dies
bedeutet, daß die bei solchen Vorrichtungen verwendeten elektrisch isolierenden Flüssigkeiten immer größer
werdenden Beanspruchungen unterworfen sind. Auf- μ grund dieser Probleme müssen natürlich bessere
derartige Flüssigkeiten gesucht werden.
Mit Ausnahme bestimmter spezieller Anwendungsarten sind die polychlorierten Biphenylverbindungen (die
im allgemeinen als PCB-Verbindungen bezeichnet bo werden) seit den dreißiger Jahren, als Mineralöl bei
bestimmten Anwendungen durch diese PCB-Verbindungen ersetzt wurde, die normale elektrisch isolierende Flüssigkeit in elektrischen Vorrichtungen. Als
elektrisch isolierende Flüssigkeiten wurden auch bereits fr>
verschiedene andere Flüssigkeiten vorgeschlagen, zu denen auch einige Polysiloxane gehören. Hierzu wird
beispielsweise auf US-PS 23 77 689 und 33 38 056 sowie
auf GB-PS 8 99 658 und 8 99 661 verwiesen. Die
Verwendung von Polyorganosiloxanen als elektrisch isolierende Flüssigkeit ist ferner auch aus DE-AS
U 89 170, 12 61 573 sowie 11 06 821 bekannt, wobei in
letzterer bereits der Zusatz von Ketonen als Stabilisierungsmittel für das Organopolysiloxan beschrieben
wird. Vor kurzem wurde festgestellt, daß sich die PCB-Verbindungen negativ auf die Umwelt auswirken,
und es wird daher weltweit nach einem geeigneten Ersatz für diese Verbindungen gesucht.
Eine Corona- oder Teilentladung ist beispielsweise ein wesentlicher Faktor, der zu einer Zerstörung und
einem Versagen von Kondensatoren und anderen Korrekturvorrichtungen für die Stromstärke führen. Ein
bei Coronaspannung betriebener Kondensator hält nur wenige Minuten oder Stunden anstatt der erwarteten 20
Jahre. Ein Kondensator, der mit einer geeigneten elektrisch isolierenden Flüssigkeit entspüe-Siend imprägniert ist, ist bis zu wenigstens dem Zweifachen der
berechneten Spannung frei von Coronaentladung. Wird eine elektrisch isolierende Flüssigkeit während des
Betriebs einer zunehmenden Beanspruchung unterzogen, dann kommt man bis zu einem Punkt, an dem ein
teilweises Durchschlagen auftritt Die Spannung, bei der der Kondensator plötzlich zu einer Coronaentladung
durchschlägt, wird als Coronaanfangsspannung (CIV) bezeichnet Diese Spannung ist abhängig von der
Geschwindigkeit, mit der die Spannung angelegt wird. Die verschiedenen Flüssigkeiten sind, was ihre Empfindlichkeit gegenüber der Geschwindigkeit der Spannungserhöhung betrifft, voneinander sehr verschieden. Die
Coronaentladung hört jedoch nach Spannungserniedrigung wieder auf. Diese Coronaauslöschspannung (CEV)
ist kein für jede Flüssigkeit fester Wert, sondern eine
Funktion von der Intensität der Coronaspannung vor Abfall der Spannung. Beste Ergebnisse erhält man dann,
wenn sowohl der CIV-Wert als auch der CEV-Wert möglichst hoch sind und möglichst dicht nebeneinander
liegen.
Die bekannten elektrisch leitenden Flüssigkeiten werden dieser Forderung — selbst wenn sie bereits
stabilisierende Zusätze wie Ketone enthalten — jedoch noch nicht in dem heute gewünschten und benötigten
Ausmaß gerecht. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch isolierende Flüssigkeit zu
schaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß bei ihr die Werte für die Coronaanfangsspannung und die Coronaauslöschspannung sehr hoch sind und besonders eng
beisammen liegen.
Diese Aufgabe wird durch die in dta Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.
D:e erfindungsgemäß geeigneten flüssigen Polyorganosiloxane sind vorwiegend aus Siloxaneinheiten der
Formel R2S1O zusammengesetzt, und sie können ferner auch geringere Mengen Siloxaneinheiten der Formeln
R3S1OU2. RS1O3/2 und S1O4/2 enthalten. Von besonderem
Interesse sind flüssige Polyorganosiloxane der Formel R3SiO(R2SiO)1SiR3. Bei den vorgenannten Formeln sind
die Substituenten R vorzugsweise Kohlenwasserstoffoder halogenierte Kohlenwasserstoffreste. Beispiele
geeigneter Substituenten R sind Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Hexyl, Decyl, Dodecyl, Octadecyl, Vinyl, Allyl,
Cyclohexyl, Phenyl, Xenyl, ToIyI, XyIyI, Benzyl, 2-Phenäthyl, 3-Chlorpropyl, 4-Brombutyl, 3,3,3-Trifluorpropyl, Dichlorphenyl oder αΛΑ-TrifIuortolyl. Der
Substituent R enthält vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome, wobei Methyl, Vinyl oder Phenyl besonders
bevorzugt sind.
Dje erfindungsgemäße elektrisch isolierende Flüssigkeit
enthält zweckmäßjgerweise mehr als 50% flüssiges Polyorganosiloxan, und dieses macht vorzugsweise 80
bis 99,5 Gew.-% der erfindungsgemäßen Flüssigkeit aus. Diese flüssigen Polyorganosiloxane sind bekannte und
im Handel weltweit erhältliche Materialien,
Der entscheidende Bestandteil bei der erfindungsgemäßen
elektrisch isolierenden Flüssigkeit ist die als Zusatz dienende geringe Menge eines Ketons der
allgemeinen Formeln R'jC = O oder R'R"C = O oder to
von Campher, wobei die Substituenten R' Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffreste mit I bis
12 Kohlenstoffatomen sind und der Substituent R" für einen Rest der Formel
O
Il
R'—C—R'"—
steht, in der R' obige Bedeutung hat und R'" ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis b μ
Kohlenstoffatomen ist Einzelbeispiele für den Substituenten R' sind dabei Methyl, Äthyl, !sopropyi. Butyl,
Hexyl, 2-ÄthyIhex}', Dodecyl, Vinyl, Allyl, Hexenyl,
Phenyl, Benzyl, Toiyl, Chlorpropyl, Trifluormethyl oder
Dichlorphenyl. Einzelbeispiele für den zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest R'" sind -CH2-, -(CH2J2-,
-(CH2)J-, -(CH2J6- oder -CH2CH(CH3)-. Erfindungsgemäß
sind zwar alle oben angeführten Verbindungen geeignet, bevorzugt werden jedoch die Verbindungen
der Formel R'^ = O, in der R' für einen
Halogenkohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen steht. Di·, erfindungsgemäß verwendeten
Ketonverbindungen machen einen geringeren Anteil, nämlich weniger als 50%, der erfindungsgemäßen
Zubereitung aus. In allgemeinen werden diese Materia- y,
lien vorzugsweise jedoch in Mengen von 0,5 bis 20 Gew.-% der Zubereitung eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten können ferner auch geringe Mengen üblicher Zusätze enthalten wie
Chlorwasserstoffänger, Korrosionsinhibitoren und andere herkömmliche Additive, wie sie normalerweise bei
solchen Flüssigkeiten verwendet werden, sofern diese die Wirkungsweise dieser Flüssigkeiten nicht nachteilig
beeinflussen.
Die zwei wichtigsten elektrischen Vorrichtungen, bei denen die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten eingesetzt
werden können, sind Kondensatoren und Transformatoren. Die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten lassen sich
mit Vorteil auch bei anderen elektrischen Vorrichtungen verwenden wie Elektrokabeln, Gleichrichtern,
Elektromagneten, Schaltern, Sicherungen und Stromkreisunterbrechern, und sie können auch als
Kühlmittel und Isolatoren für elektrisch isolierende Vorrichtungen verwendet werden wie Sender, Empfänger,
Rücklaufspulen, Schallbojen oder Spielzeuge. Die γ-,
Methoden zum Einsatz der elektrisch isolierenden Flüssigkeiten bei diesen verschiedenen Anwendungsarten
(bei denen sie beispielsweise als Flüssigkeitsreservoir oder als Imprägniermittel eingesetzt werden) sind
dem Fachmann bekannt. Beste Ergebnisse erhält man bo
mit Flüssigkeiten mit Viskositäten von 5 bis 500 cSt bei 25°C. Liegt die Viskosität bei über 50OcSt, dann läßt
sich die Flüssigkeit nur schwierig als Imprägniermittel verwenden, und bei einer Viskosität von unter 5cSt
treten Probleme wegen der Flüchtigkeit auf, sofern man t,5
es nicht mit einem geschlossenen System zu tun hat.
Die Erfindung wird an Hand des folgenden Beispiels weiter erläutert. Alle darin enthaltenen Teil- und
Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen, und alle Viskositätswerte sind bei einer Temperatur von 25° C
gemessen, sofern nichts anderes gesagt ist
Es wird eine Untersuchungsmethode zur Beurteilung elektrisch isolierender Flüssigkeiten entwickelt, die mit
den Versuchsergebnissen gut übereinstimmen dürfte, die man unter Verwendung von Versuchskondensatoren
erhält. Das wesentliche Bauteil der für diesen Versuch eingesetzten Vorrichtung ist eine Biddle-Corona-Detektor
mit einer von Hand bedienbaren Variac-Steuerung. Die Versuchszelle besteht aus einem
zylindrischen Glasbehälter. Der Fuß der Zelle ist ein mit Keramik gefüllter Kunststoff und enthält eine Metallplatte
aus rostfreiem Stahl, die direkt geerdet ist Die Abdeckung des Behälters ist eine Platte aus rostfreiem
Stahl, die mit einer über ein Mikrometer einstellbaren Hochspannungselektrode verbunden ist an deren Ende
sich eine Phonographennadel aus Stahl befindet Die
Spitze dieser Nadel ist 0,0635 cm oberhalb des geerdeten Fußes angeordnet. In der mit der Elektrode
verbundenen Hochspannungsleitung herrscht ein Widerstand von 1,67 χ 108OlIm. Dieser Widerstand
dient zur Strombegrenzung.
Während des Versuchs werden einige Kubikzentimeter der zu untersuchenden Flüssigkeit in den Behälter
gegeben, den man mit der Abdeckung versieht. Mit zunehmender Spannung kommt es zu einer Teilentladung
zwischen der Spitze der Elektrode und der geerdeten Platte. Hierdurch wird Strom abgeführt,
wobei sich die angelegte Spannung auf unter die Entladungsspannung erniedrigt. Wird kein Strom
abgeführt, dann befindet sich die angelegte Spannung wiederum auf Teilentladungspotential. Durch Entladung
wird erneut Strom abgeführt, worauf sich der Vorgang wiederholt Es kommt infolgedessen zu einem sehr
raschen An- und Abschalten des Sucms, wodurch niemals ein totales Durchschlagen der Flüssigkeit
auftreten kann.
Beim Betrieb wird die angelegte Spannung langsam erhöht. Die dabei auftretenden Teilentladungen beobachtet
man auf dem Oszilloskop des Coronadetektors. Der Punkt, an dem die ellipsenförmige Anzeige auf dem
Gitter von Entladungen überflutet wird und an dem aus der Zelle ein ständig hörbares Krachen kommt, wird als
Coronaanfangsspannung (CIV) aufgetragen. Die Geschwindigkeit des Anstiegs der angelegten Spannung
beträgt möglicherweise einige hundert Volt pro Sekunde. Nach Ermittlung des CIV-Wertes erniedrigt
man Hie Spannung langsam, bis man durch das teilweise
Aufhören der Entladungen wieder eine elliptische Anzeige auf dem Gitter sieht. Der Punkt, an dem dies
auftritt, wird ebenfalls aufgezeichnet, und hierbei handelt es sich um die Coronaauslöschspannung (CEV).
Man stellt eine Reihe elektrisch isolierender Flüssigkeiten her, die im wesentlichen a'is einem flüssigen
trimethylsilylendblockierten Polydimethylsiloxan mit einer Viskosität von 50 cSt und aus Cumol, Methylcinnamat
oder Schwefelkohlenstoff in verschiedenen Mengen bestehen. Diese Flüssigkeiten werden nach dem
oben erwähnten Verfahren untersucht. Die hierzu angewandten Mengen an Cumol, Methylcinnamat oder
Schwefelkohlenstoff (wobei der Rest jeweils das Siloxan ist) und die dabei erhaltenen Versuchsergebnisse gehen
aus der folgenden Tabelle hervor.
5 | 26 08 464 | Menge | 6 | ClV | CEV | |
Ketonverbindwng | (Gewichts prozent) |
(in KV) | (in KV) | |||
keine | 15,6 | 14,8 | ||||
A + | keine | IO 5 I |
19,4 16,0 17,3 |
16,8 13,8 15,3 |
||
B | (CH1I2C=O | IO 5 I |
16,9 16,6 16,2 |
15,9 15,0 15,1 |
||
C | (CH1)(C2H5)C=O | 4 2 I |
20,0 + 21,0 19,2 |
18.8 18,4 18,0 |
||
D | (CH,)(C„H5)C=O | IO 5 2.5 I |
21,0 18.8 20.0 20,0 |
16,0 16? \<*.2 17,0 |
||
E | (CCIj)X=O | IO 5 2.5 1 |
20,0 20,0 20,0 20,0 |
16,4 18,0 18,0 18,0 |
||
F | (CF2Cl)2C = O | |||||
O Ij |
IO 5 2.5 I |
20,0 22.0 21.0 20,0 + |
16,8 20,0 19.6 18,4 |
|||
G | (CHjCCH2)(CHj)C=U |
Il
/-CH2 H CHjC-C(CHj)2-CH
CH2-CH2
(Campher)
* = Vergleich.
17,0
15,6
Claims (1)
1. Elektrisch isolierende Flüssigkeit, bestehend aus
einem flüssigen Polyorganosiloxan und einem Zusatz, dadurch gekennzeichnet, daß als
Zusatz eine geringe Menge eines in dem Polyorganosiloxan löslichen Ketons der Formeln
R^C=O oder R'R"C=O oder Campher,
10
worin die Substituenten R' jeweils Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffreste mit 1 bis
12 Kohlenstoffatomen bedeuten und der Substituent R" für einen Rest der Formel
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