DE2638656C2 - Dielektrische Flüssigkeit - Google Patents
Dielektrische FlüssigkeitInfo
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Description
R2—C —COO — CH2-R3
IO i
R,— C —COO-CH2
R,— C —COO-CH2
(D
in der R, Wasserstoff oder eine Alkylgruppe und R2
und Ri Alkylgruppen bedeuten, wobei die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome für R,, R2 und Rj
zwischen 3 und 20 liegt, als dielektrische Flüssigkeit.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome
für R1, R2 und R3 zwischen 5 und 11 liegt.
20
Die Erfindung betrifft eine neue dielektrische Flüssigkeit, die vollständig oder teilweise aus einem
oder mehreren Benzylestern von in α-Stellung verzweigten gesättigten Monocarbonsäuren bestehen.
Man weiß, daß Flüssigkeiten, die zum Isolieren von elektrischen Schaltgeräten verwendet werden, eine
gewisse Anzahl von Eigenschaften aufweisen müssen, die neben einer für die jeweilige Verwendung
angepaßten Dielektrizitätskonstante eine geringe Anfangsleitfähigk :;t und Leitfähigkeiten nach dem Altern,
eine gute Beständigkeit gegen thermische Zersetzung und Hydrolyse, eine relativ niedrige Viskosität, geringer
Dampfdruck, niedriger Gefrierpunkt usw. sind. Die bekannten dielektrischen Flüssigkeiten genügen diesen
Forderungen in verschiedenen Graden.
So wurde in der US-PS 38 55 508 die Verwendung der Ester von in «-Stellung gegenüber der Carboxylgruppe
verzweigten Säuren und von in «-Stellung gegenüber der Hydroxylgruppe verzweigten Alkoholen als dielektrische
Flüssigkeiten vorgeschlagen. Diese Komponente stellen einen guten Kompromiß der für ein gutes
Dielektrikum geforderten verschiedenen Eigenschaften dar und besitzen insbesondere eine gute Hydrolysebeständigkeit.
Trotzdem haben sie den Nachteil einer geringen Beständigkeit gegen Überspannung bei
niedriger Temperatur. Bekanntlich sind dielektrische Apparate, wie z. B. Kondensatoren und Transformatoren,
dafür geschaffen, um unter üblichen Anwendungs- so bedingungen bestimmten sog. Nominalspannungen
ausgesetzt zu werden. Aus verschiedenen Gründen kommt es vor, daß diese Apparate öfter kurzzeitigen
Überspannungen ausgesetzt werden. Diese Überspannungen bewirken partielle Entladungen, die mehr oder
minder schnell und vollständig oder gar nicht verschwinden können, nachdem die Spannung ihren
Nominalwert wieder erreicht hat. Diese partiellen Entladungen, die besonders bei niedrigen Gebrauchstemperaturen, d.h. bei Temperaturen unter 25°C,
entstehen, sind für vorzeitiges Altern der Apparate und ihren Durchschlag verantwortlich. Ihr mehr oder
weniger schnelles Erscheinen und Verschwinden, wenn die Spannung wieder auf einen normalen Wert fällt,
hängt weitgehend von der Natur des Dielektrikums ab, ohne daß man die Gründe dafür kennt. Die schwache
Überspannungsbeständigkeit bei niedrigen Temperaturen der bekannten dielektrischen Imprägnierungsflüsin
der Ri Wasserstoff oder eine Alkylgruppe und R2 und
Rj Alkylgruppen bedeuten, wobei die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome in den Resten Ri, R2 und Rs zwischen
3 und 20, vorzugsweise zwischen 5 und 11 liegt, als
dielektrische Flüssigkeit.
Diese Produkte eignen sich auch ganz vorzüglich zum Abstellen der Teilentladungen, die bei sehr niedrigen
Temperaturen auftreten. Zu diesen Zwecken sind insbesondere die Gemische von Benzylestern von
Fraktionsschnitten gesättigter, in α-Stellung verzweigter aliphatischer Säuren der Formel (1), in der die
Gesamtzahl der Kohlenstoffatome für Ri, R2 und Rj 7,8
oder 9 ist, geeignet.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Ester können entweder durch Veresterung der entsprechenden
Säuren mit Benzylalkohol oder vorzugsweise durch Reaktion eines Alkalisalzes dieser Säuren mit Benzylchlorid
erhalten werden. In beiden Fällen wird die Synthese nach der üblichen Art, die dem Fachmann
bekannt ist, durchgeführt.
Im folgenden wird ein Herstellungsbeispiel für die als
dielektrische Flüssigkeit verwendbaren Ester gegeben.
Ein Fraktionsschnitt von in α-Stellung verzweigten gesättigten Monocarbonsäure der obengenannten Formel,
in der die Gesamtzahl der KcHlenstoffatome für Ri,
R2 und Rj 7, 8 oder 9 ist, der Säureindex 325 mg
Kaliumhydroxid pro g Säure und der Brechungsindex no 1,4425 betragen, wird mit Natriumcarbonat zum Salz
umgesetzt, dann mit Benzylchlorid umgesetzt und ergibt einen Benzylesterschnitt, der nach Destillation bei
Temperaturen zwischen 120 und 135°C unter 133 Pa eine Dielektrizitätskonstante ε von 331 bei 90" C und
unter 50 Hz aufweist.
Die genannten Ester können als dielektrische Flüssigkeiten in Kondensatoren aller Typen wie auch in
Transformatoren, Unterbrechern und anderen elektrischen Geräten verwendet werden, in denen eine
Isolierflüssigkeit benötigt wird.
Die vorgeschlagenen Ester besitzen tatsächlich alle nötigen Eigenschaften für diese Verwendungsart.
Wegen ihrer Hydrolysebeständigkeit werden sie jedoch insbesondere als dielektrische Flüssigkeiten zum
Imprägnieren von »gemischten« Kondensatoren vorgeschlagen, d. h. von Kondensatoren, deren feste Isolierblätter
aus Papier und Polyolefinen bestehen. Tatsächlich benetzen einerseits die vorgeschlagenen Benzylester
von gesättigten Monocarbonsäuren sehr gut Polyolefinfolien, andererseits sind sie nicht empfindlich
gegen Hydrolyse, die durch das im Papier enthaltene Restwasser hervorgerufen werden kann. Um die
Leistungen der vorgeschlagenen Flüssigkeiten beurteilen zu können, wurden 2 Serien von gemischten
Kondensatoren mit 2 Polypropylenschichten von
2-u-Stärke, zwischen denen eine Schicht aus unveränertern Kraftpapier der Dichte 1 von 10-u-Stärke
ngebracht war. jeweils mit dem Produkt des Beispiels 1 ind mit einem bekannten Dielektrikum, nämlich
lioctylphthalai, getränkt. Diese Kondensatoren wurden inter thermischer (900C) und elektrischer (1780V
•Vechselspannung) Belastung gealtert. Die Entwicklung ler Kondensatorverluste, dip bei 90° C und unter 120 V
Dielektrische Ve.Iuste: tg <5X 104
sowie 1500 V gemessen wurden, wird in der folgenden
Tabelle wiedergegeben. Jede Zahl ist der arithmetische Mittelwert einer Reihe von Werten.
Nach 5000 Stunden wurde bei den Kondensatoren, die erfindungsgemäß mit dem Produkt des Beispiels 1
getränkt waren, kein Durchschlag festgestellt, während von den Kondensatoren, die mit Dioctylphthalat
getränkt waren, nur noch 30% funktionierten.
Dauer in Stunden
0 120 241
0 120 241
556 949 988 1573 1817 2402 3519 4348 4832 5664
Produkt des
Beispiels 1
Dioctylphthalat 12,1 19,2
Beispiels 1
Dioctylphthalat 12,1 19,2
8,1 6,2 9,8 11,3 10,9
19,3 25,1 17,1 26,3 17,9
1500V
Produkt des
Beispiels 1
Dioctylphthalat 5,4 10,5
Produkt des
Beispiels 1
Dioctylphthalat 5,4 10,5
4,1 4,1 4,1 3,8 3,5 3,6 3,7 3,5
13,9 20,3 14,7 11,0 9,9
]e nach den besonderen vorgesehenen Anwendungen werden in der Praxis die Benzylester von gesättigten
Monocarbonsäuren allein oder im Gemisch mit anderen bekannten dielektrischen Flüssigkeiten, wie z. B. den
Chlorbiphenylen, Alkylchlorbiphenylen, Chlorbenzolen wie Trichlorbenzol. Benzol- oder Biphenylalkylat
verwendet. Der Vorteil solcher Mischungen liegt darin, daß man bei ihnen eine oder mehrere Eigenschaften, wie
z. B. die relative Dielektrizitätskonstante, Viskosität. Dichte usw. nach Belieben einstellen kann. Die
jeweiligen Anteile der Mischungsbestandteile sind nicht kritisch und hängen offensichtlich von der gewünschten
Eigenschaftsänderunj; ab; um jedoch die den zu verwendenden Estern innewohnenden Vorteile zu
erhalten, ist es im nilgemeinen günstig, daß diese wenigstens mit 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Mischung, vorliegen. Man kann auch die Dielektrizitätskonstante
der Ester oder der diese enthaltenden Mischungen durch Zusatz von verträglichen festen oder
flüssigen Verbindungen mit hoher Dielektrizitätskonstante erhöhen. Für diesen Zweck ist die Verwendung
der in dem französischen Patent 22 79 208 beschriebenen Monocyanophenoxybenzole, der in dem französisehen
Patent 22 93 270 beschriebenen Monocyanobiphenyle und der in dem französischen Patent 23 12 840
beschriebeilen Monocyanoterphenyle besonders vorteilhaft.
Im allgemeinen kann die zugesetzte Menge der Verbindung mit hoher Dielektrizitätskonstante, die eine
Funktion des für die gesamte Dielektrizitätskonstante gewünschten Werts und der Verträglichkeit — Löslichkeit
oder Mischbarkeit — des Produkts mit der Basisfliissigkcii ist. 5 bis 50 Gew.-% des Gcsanitgcmisches
sein.
Die vorgeschlagenen Ester oder die Flüssigkeiten, die
c'iese enthalten, werden vor der Verwendung einer für Dielektrika üblichen Behandlung, beispielsweise mit
aktivierten Erden, unterzogen.
Man kann in die erfindungsge.näßcn dielektrischen Flüssigkeiten auch bekannte Stabilisatoren, wie /.. B.
Epoxidverbindungen, ei·' arbeiten.
Die folgende Beschreibung, die auf die Figuren Bezug
nimmt, verdeutlicht einige Anwendungsfomren der oben definierten Flüssigkeiten.
Fig. 1 zeigt einen Wickelkondensatur. der aus den
Blättern 1 und 2 aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall bestehende Elektroden enthält, die
durch die Isolierschichten (3 und 4) getrennt sind. Letztere bestehen aus Papierbiättern. können aber auch
aus Folien von Plastikmaterial oder aus dem Fachmann bekannten Kompositfolieii bestehen und z. B. 2 Polyolefinfolien
aufweisen, zwischen die eine Papierschicht gelegt wurde. Die Teile 5 und 6 sind Kontakte für die
Stromaufnahme.
F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Kondensator, der einen metallischen Behälter (1) und eine
Abdeckung (2), die einen dichten Verschluß gewährleistet, ein Kondensatorelement (3) vom Typ Wickelkondensator
entsprechend dem der Fig. 1, sov/ie Verbindungsleitungen (4 und 5), die die Kontakte des Wickels
mit den äußeren Klemmen (6) und (7) leitend verbinden, enthält. Der Kondensatorbehälter ist mit der erfindungsgemäßen
Flüssigkeit (8) npch Beispiel I gefüllt.
Die Flüssigkeit benetzt das dielektrische Material und füllt die Hohlräume und Zwischenräume in dem
gesamten Apparat aus.
In Fig. 3 ist ein Transformator abgebildet, der eine
Niederspannungsklemme (2), das Transformatorgehäuse (3), die Befestigungsflanschen (4), Isolierteile (5) und
(6), die die Niederspannungswicklung (8) von dem magnetischen Ken, (10) einerseits und die Hochspannungswicklung
(9) von dem Transformatorgehäuse andererseits trermt, enthält. Die Teile (7) dienen als
isolierende Abstandshalter. Die Leiter der Nieder- und Hochspannungswicklungen sind mit einem festen
Isoliermaterial, wie Papier, isoliert,
Das Transformatorgehäuse wird mit eine' erfindungsgemäßen dielektrischen Flüssigkeit gefüllt, die
vollständig aus dem Ester gemäß Beispiel 1 besteht. Die Flüssigkeit füllt alle Hohlräume aus und benetzt die
Wicklungen und anderen Apparateteile, die benetzbar sind.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentansprüche:
1. Verwendung von Estern der Formelsigkeiten stellt also ein Problem dar, das gelost werden mußte.Es wurde nun überraschend gefunden, daß die Ester der unten genannten Formel geeignete Produkte für dielektrische Flüssigkeiten darstellen. Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Estern der Formel
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DE2638656C2 true DE2638656C2 (de) | 1983-12-22 |
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