Imprägniermittel und ihre Verwendung

Abstract

 Flüssige Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigenschaften enthaltend Ditolylether-­Isomerengemische und Alkylbenzole.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft neue flüssige Zusammensetzungen mit vorteilhaften dielektrischen Eigenschaften und ihre Ver­wendung als Imprägniermittel in elektrischen Vorrich­tungen.

[0002] In der EP-B-0 063 297 sind Ditolylether-Isomerengemische als Imprägniermittel für elektrische Vorrichtungen be­schrieben. Diese Ditolylether-Isomerengemische zeichnen sich durch ihre hervorragenden dielektrischen Eigen­schaften, hohe Dielektrizitätszahlen und niedrige dielek­trische Verluste aus. Sie haben jedoch den Nachteil, daß ihre dielektrischen Verlustfaktor-Werte durch Verunreini­gungen stark beeinflußt werden. Diese Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen macht sich in konventionellen Papier- und Mischdielektrikum-Leistungskondensatoren, vor allem aber in modernen verlustarmen Allfilmkondensatoren störend bemerkbar; für diese Allfilmkondensatoren werden Imprägniermittel mit extrem niedrigen dielektrischen Verlustfaktor-Werten verlangt.

[0003] Es wurde nun gefunden, daß man die Empfindlichkeit der Dielektrika auf Basis von Ditolylether-Isomerengemischen gegenüber Verunreinigungen herabsetzen kann, wenn man den Ditolylether-Isomerengemischen eine gewisse Menge an Alkylbenzolen zusetzt.

[0004] Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Verlustfaktor-­Werte von Alkylbenzol-haltigen Ditolylether-Isomerenge­mischen weit unter den Werten liegen, die aus dem Anteil der Komponenten am Gemisch und den Verlustfaktor-Werten der Komponenten zu erwarten sind.

[0005] Alkylbenzole und ihre Eigenschaften als Isolierflüssig­keiten sind bekannt (siehe z.B. Ölbuch, 6. Ausgabe, 1983, Teil 2, Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der Elektri­zitätswerke m.b.h., Seiten 75-76). Sie sind jedoch nur in solchen elektrischen Vorrichtungen verwendbar, deren Di­elektrika niedrigen elektrischen Feldstärken ausgesetzt sind. Für elektrische Vorrichtungen, deren Dielektrika mit hohen elektrischen Feldstärken belastet sind, z.B. ver­lustarme Allfilmkondensatoren, kommen sie wegen ihrer ungenügenden Gasabsorptions-Eigenschaften und der nie­drigen Glimmeinsatz- und Glimmlöschspannung nicht in Betracht (siehe die Firmenschrift "Evaluation of capacitor impregnants", Scientific Paper 84 - 1B 5 - CAPDI-P 2, 18. Juli 1984, der Firma Westinghouse, Seite 5).

[0006] In Anbetracht dieser bekannten Eigenschaften der Alkyl­benzole war es überraschend, daß ihr Zusatz zu Ditolyl­ether-Isomerengemischen nur eine überproportionale Ver­ besserung der Verlustfaktor-Werte aber keine entsprechende Verschlechterung der hervorragenden dielektrischen Eigen­schaften der Ditolylether-Isomerengemische bewirkt.

[0007] Die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Alkyl­benzol-Zusatzes auf die dielektrischen Eigenschaften der Ditolylether-Isomerengemische war auch nicht durch die in der EP-A-0 170 054 beschriebenen Ditolylether-enthaltenden Elektroisolieröle auf Mineralölbasis nahegelegt, da in dieser EP-A-0 170 054 die Verbesserung der unzureichenden Gasaufnahmefähigkeit von Mineralölen durch Zusatz von z.B. Ditolylethern beschrieben wird. Die auf diese Weise erhal­tenen Mineralöl-Ditolylether-Gemische unterscheiden sich sowohl in ihrer Zusammensetzung als auch in ihren elektri­schen Eigenschaften grundsätzlich von den erfindungsge­mäßen flüssigen Zusammensetzungen.

[0008] Die Erfindung betrifft daher neue flüssige Zusammen­setzungen mit dielektrischen Eigenschaften auf Basis von Ditolylether-Isomerengemischen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie Ditolylether-Isomerengemische und Alkyl­benzole enthalten.

[0009] Die Anteile von Ditolylether-Isomerengemisch und Alkyl­benzolen in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können in weiten Grenzen schwanken; im allgemeinen hat es sich bewährt, wenn die erfindungsgemäßen flüssigen Zusammen­setzungen 50 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 85 Gew.-% Ditolylether-Isomerengemisch und 5 bis 50 Gew.-% Alkyl­benzole, vorzugsweise 15 bis 40 Gew.-% Alkylbenzole ent­halten.

[0010] Die erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzungen können zusätzlich stabilisierend wirkende Zusätze enthalten, ins­besondere Säureakzeptoren und Oxidationsinhibitoren.

[0011] Als Säureakzeptoren werden vorzugsweise Epoxyverbindungen verwendet. Beispielsweise seien die folgenden Epoxyver­bindungen genannt: 1,2-Epoxy-3-phenoxypropan, Bis-(3,4-­epoxy-6-methylcyclohexyl-methyl)-adipat, 1-Epoxy-ethyl-­3,4-epoxy-cyclohexan, 3,4-Epoxy-cyclohexan, 3,4-Epoxy­cyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexan-carboxylat, 3,4-­Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methylcyclo­hexancarboxylat und 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan­diglycidylether.

[0012] Im allgemeinen werden die Epoxyverbindungen in Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung einge­setzt.

[0013] Als Oxidationsinhibitoren werden vorzugsweise aromatische carbocyclische Verbindungen mit einer oder zwei Hydroxy­gruppen verwendet. Beispielsweise seien die folgenden Oxi­dationsinhibitoren genannt: 2,6-Di-tert.-butyl-4-methyl­phenol, Di-tert.-amyl-hydrochinon, 2,2-Bis-(4-hydroxy­phenyl)-propan und 4,4ʹ-Butyliden-bis-(6-tert.-butyl-m-­kresol). Vorzugsweise wird in den erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzungen 2,6-Di-tert.-butyl-4-methyl­phenol als Oxidationsinhibitor verwendet.

[0014] Im allgemeinen werden die Oxidationsinhibitoren in Mengen von 0,05 bis 2,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Zusammenset­zung, eingesetzt.

[0015] Bevorzugte erfindungsgemäße flüssige Zusammensetzungen enthalten vorzugsweise 90 bis 110 Gew.-Teile, besonders bevorzugt 95 bis 100 Gew.-Teile des erfindungsgemäßen Ditolylether-Alkylbenzol-Gemisches, 0,05 bis 2,0, beson­ders bevorzugt 0,1 bis 1,0 Gew.-Teile Säureakzeptor und 0,05 bis 2,0, besonders bevorzugt 0,1 bis 1,0 Gew.-Teile Oxidationsinhibitor.

[0016] Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden durch Vermischen der Komponenten hergestellt.

[0017] Die den erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzungen zu­grundeliegenden Ditolylether-Isomerengemische und ihre Herstellung sind bekannt und z.B. in der EP-B-0063 297 be­schrieben. Besonders bevorzugt verwendet werden Ditolylether-­Isomerengemische, wie sie bei der Hydrolyse von Chlortoluolen anfallen (Ing. Eng. Chem. 38, (1946), Seiten 254-261).

[0018] Die erfindungsgemäß als Zusatz zu den Ditolylether-Iso­merengemischen zu verwendenden Alkylbenzole sind ebenfalls bekannt und stehen in großtechnischen Mengen zur Ver­fügung. Die Alkylreste der erfindungsgemäß zu verwendenden Alkylbenzole enthalten vorzugsweise 8 bis 16, besonders bevorzugt 10 bis 14 Kohlenstoffatome. Die Alkylbenzole können in Form reiner Verbindungen oder aber in Form von Homologengemischen eingesetzt werden. So weist z.B. das unter den Handelsnamen "Marlican" vertriebene und für die erfindungsgemäße Verwendung sehr gut geeignete Dodecyl­benzol folgende Zusammensetzung auf: 4 bis 6 Gew.-% C₁₀-­Alkylbenzol, 43 bis 49 Gew.-% C₁₁-Alkylbenzol, 36 bis 40 Gew.-% C₁₂-Alkylbenzol, 10 bis 13 Gew.-% C₁₃-Alkylbenzol und <1 Gew.-% C₁₄-Alkylbenzol.

[0019] Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der erfin­dungsgemäßen flüssigen Zusammensetzungen als flüssige Dielektrika, besonders als Imprägniermittel für elektri­sche Vorrichtungen. Als elektrische Vorrichtungen seien besonders Kondensatoren und Transformatoren genannt, ins­besondere Kondensatoren die aus mehrlagigem Papier und Aluminiumfolie, aus metallisiertem Papier, aus einer ge­gebenenfalls metallisierten Kunststoffolie, beispielsweise aus Polypropylen, Polycarbonat oder Polyterephthalsäure­estern, oder einem Mischdielektrikum, beispielsweise aus Papier, Kunststoff- und Aluminiumfolie oder aus metalli­siertem Papier und Kunststoffolie aufgebaut sind. Bevor­zugt werden die erfindungsgemäßen Imprägniermittel für Kondensatoren, die als festes Dielektrikum eine Kunst­stoffolie enthalten, d.h. in sogenannten Allfilmkonden­satoren eingesetzt.

[0020] Die erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzungen mit di­elektrischen Eigenschaften können leicht biologisch ab­gebaut werden und belasten daher die Umwelt nicht. Gegen­über den in der EP-B-0063 267 beschriebenen Ditolylether-­Isomerengemischen weisen sie den Vorteil wesentlich ge­ringerer dielektrischer Verlustfaktorwerte auf. Dies führt z.B. bei der Herstellung von Kondensatoren zu einer deut­lichen Vereinfachung. In Folge der geringeren Empfindlich­keit gegen Verunreinigungen, die unvermeidlich durch den Kontakt der Imprägnierflüssigkeit mit Teilen der Impräg­nieranlage und den festen Kondensatorbauteilen bei der Herstellung der Kondensatoren in die Imprägnierflüssigkeit geraten, werden deutlich niedrigerere Verlustleistungen in den fertigen Kondensatoren erzielt.

[0021] In Folge ihrer ausgezeichneten dielektrischen Werte und ihrer niedrigen dielektrischen Verlustfaktor-Werte sind die erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzungen beson­ders für Allfilm-Leistungskondensatoren geeignet.

Beispiel 1

[0022] Herstellung der erfindungsgemäßen flüssigen Zusammen­setzung:

Flüssige Zusammensetzung I:

[0023] Es werden 80 Gew.-% Ditolylether-Isomerengemisch (Kom­ponente A) der nachstehend angegebenen Zusammensetzung und 20 Gew.-% C₁₀-C₁₄-Alkylbenzol (Komponente B) der ebenfalls nachstehend angegebenen Zusammensetzung bei Raumtemperatur innig miteinander vermischt.

Flüssige Zusammensetzung II:

[0024] Es werden 60 Gew.-% Ditolylether-Isomerengemisch (Kompo­nente A) der nachstehend angegebenen Zusammensetzung und 40 Gew.-% C₁₀-C₁₄-Alkylbenzol (Komponente B) der ebenfalls nachstehend angegebenen Zusammensetzung bei Raumtemperatur innig miteinander vermischt.

Zusammensetzung der Komponenten A:

[0025] Unbekannte Verbindungen  0,8 Gew.-%
2,2ʹ-Dimethyldiphenylether  5,1 Gew.-%
2,3ʹ-Dimethyldiphenylether  26,9 Gew.-%
2,4ʹ-Dimethyldiphenylether  11,6 Gew.-%
3,3ʹ-Dimethyldiphenylether  26,9 Gew.-%
3,4ʹ-Dimethyldiphenylether  23,5 Gew.-%
4,4ʹ-Dimethyldiphenylether  5,2 Gew.-%

Zusammensetzung der Komponenten B:

[0026] C₁₀-Alkylbenzole 4 - 6 Gew.-%
C₁₁-Alkylbenzole 43 - 49 Gew.-%
C₁₂-Alkylbenzole 36 - 40 Gew.%
C₁₃-Alkylbenzole 10 - 13 Gew.%
C₁₄-Alkylbenzole <1 Gew.-%

[0027] Von gleichen Allfilm-Kondensatoren wurde eine Gruppe mit der flüssigen Zusammensetzung I, eine zweite mit der gleichen Menge an flüssiger Zusammensetzung II und die dritte mit der gleichen Menge an Komponente A imprägniert. Anschließend wurden die dielektrischen Verlustfaktor-Werte der Kondensatoren im Temperaturbereich von -20 bis +60°C gemessen. Aus den bei diesen Messungen erhaltenen Daten geht hervor, daß die dielektrischen Verlustfaktor-Werte der mit den flüssigen Zusammensetzungen I und II impräg­nierten Kondensatoren um 30 bis 40 % niedriger als der Verlustfaktor-Wert des mit Komponente A getränkten Konden­sators liegen.

[0028] Zur Bestimmung der dielektrischen Verlustfaktorwerte der flüssigen Zusammensetzungen I und II und der in ihnen ent­haltenen Komponenten A und B wird jede der Flüssigkeiten zur Simulation einer Verunreinigung mit 1 ppm Tricapryl­methylammoniumchlorid versetzt. In der nachstehenden Tabelle sind die dielektrischen Verlustfaktorwerte der untersuchten Flüssigkeiten mit und ohne Zusatz (dotiert und undotiert) zusammengestellt.

Ansprüche

1. Flüssige Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigen­schaften auf Basis von Ditolylether-Isomerenge­mischen, dadurch gekennzeichnet, daß sie Ditolyl­ether-Isomerengemische und Alkylbenzole enthalten.

2. Flüssige Zusammensetzungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 50 bis 95 Gew.-% Ditolyl­ether-Isomerengemisch und 5 bis 50 Gew.-% Alkyl­benzole enthalten.

3. Flüssige Zusammensetzungen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Oxi­dationsinhibitor enthalten.

4. Flüssige Zusammensetzungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Oxidationsinhi­bitor 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol enthalten.

5. Flüssige Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Säureakzeptor enthalten.

6. Flüssige Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Säure­akzeptor eine Epoxyverbindung enthalten.

7. Flüssige Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie 90 bis 110 Gew.-Teile des Ditolylether-Alkylbenzol-Gemisches, 0,05 bis 2,0 Gew.-Teile Oxidationsinhibitor und 0,05 bis 2,0 Gew.-Teile Säureakzeptor enthalten.

8. Flüssige Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Epoxy­verbindung 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propandi­glycidylether und als Oxidationsinhibitor 2,6-Di-­tert.-butyl-4-methylphenol enthalten.

9. Verwendung der flüssigen Zusammensetzungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 als Imprägniermittel in elektrischen Vorrichtungen.