DE2638656C2

DE2638656C2 - Dielektrische Flüssigkeit

Info

Publication number: DE2638656C2
Application number: DE2638656A
Authority: DE
Inventors: Pierre Saint-Didier Au Mont D'or Jay; Ghislain Mirible Schwachhofer
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1983-12-22
Also published as: DE2638656A1; FR2322435A1; SE7609545L; SE427398B; BR7605637A; GB1553689A; BE850932A; CA1047527A; GB1553688A; FI762316A; JPS5228700A; FR2322435B1; JPS555202B2

Description

R₂—C —COO — CH₂-R₃

IO i
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.

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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 R_s 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.

Beispiel 1

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

556 949 988 1573 1817 2402 3519 4348 4832 5664

Produkt des
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

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

Patentansprüche:
1. Verwendung von Estern der Formel

sigkeiten 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