INSULATING OIL FOR ELECTRICAL DEVICES

Abstract: 1. Insulating oil for electrical devices which is composed of a basic mixture of 50 to 95% by weight of a mineral oil and 5 to 50% by weight of a gas-absorbing dielectric liquid and an additive composed of an antioxidant and/or an epoxy stabilizer and/or a metal deactivator, in which oil the gas-absorbing liquid is composed of molecules which are composed of benzene rings, some of which may be substituted, which are linked to each directly or via a radical, and in which oil 0.1 to 5 g of additives are added to 100 g of basic mixture.

Description: Isolieröl für elektrische Geräte Die Erfindung betrifft ein Isolieröl für elektrische Geräte, das aus einer Basismischung aus 50 bis 95 Gew% eines Mineralöls und 5 bis 50 Gew% einer gasaufnehmenden dielektrischen Flüssigkeit und einem Additiv besteht. Elektrische Geräte für hohe Spannungen, z.B. Kondensatoren, Transformatoren, Kabel, Schalter und MeBwandler, werden im allgemeinen mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt, die einerseits Teilentladungen im Gerät verhindern und andererseits die entstehende Verlustwärme abführen soll. Es hat sich herausgestellt, dass Teilentladungen in einer Isolierflüssigkeit auf Dauer nur dann verhindert werden können, wenn unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ein von der Flüssigkeit umschlossenes Gasvolumen kleiner wird (gasaufnehmende Flüssigkeit). Im Gegensatz dazu ver grösser sich die Gasblase in einer gasabspaltenden Flüssigkeit unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Diese Eigenschaften der Isolierflüssigkeit werden als 11Gas- verhalten" (engl: gassing tedency) bezeichnet. Das Gasverhalten hängt vom chemischen Aufbau der Isolierflüssigkeit, aber auch von den angewandten Feldstärken ab. Z.B. kann eine Isolierflüsigkeit bei relativ niedriger Feldstärkebeanspruchung in Transformatoren noch gasaufnehmend sein, während sie bei sehr viel höherer Feldstärkebeanspruchung in Kondensatoren Gas abspaltend wird. Als dielektrische Flüssigkeiten wurden in der Vergangenheit hauptsächlich polychlorierte Biphenyle (PCB) verwendet, die aber wegen ihrer gesundheitsschädigenden Wirkungen inzwischen in vielen Staaten für die Anwendung in elektrischen Geräten verboten sind. Eine statt PCB häufig verwendete Isolierflüssigkeit ist Mineralöl, z.B. Transformatorenöl. Dieses hat zwar den Vorteil, relativ perisgünstig zu sein, jedoch wird mit zunehmender Feldstärke immer mehr Gas abgespalten. Es wurden daher in letzter Zeit synthetische, benzolringreiche dielektrische Isolierflüssigkeiten entwickelt, die auch noch bei höheren Feldstärken gasaufnehmend sind. Diese Flüssigkeiten haben allerdings den Nachteil, dass sie beim Einsatz in z.B. selbstheilenden Kondensatoren eine deutlich verringerte Spannungsfestigkeit zur Folge haben. Weiterhin liegen, zumindest zum gegenwärtigen Zeitpunkt, die Preise ca. 3 bis 5 mal höher als bei Mineralöl. Als Beispiel für eine derartige dielektrische Flüssigkeit mit gutem H2-Gasabsorptionsvermögen ist in ETZ Bd. 104 (1983), Seiten 480 bis 483 ein Ditolylether angegeben. Ein weiteres Beispiel für derartige Flüssigkeiten sind Diarylalkane, z.B. Phenyl- Xylyl-Ethan (PXE), das aus der EP 00 39 546 als Imprägniermittel für Kondensatoren bekannt ist. Dort sind auch Mischungen aus Di-2-Ethyl-Hexyl-Phthalat (DEHP) und PXE beschrieben, denen ein Epoxidstabilisa- tor zugesetzt ist. Es ist auch bereits versucht worden, die Vorteile von Mineralöl mit denen synthetischer, gasaufnehmender Isolierflüssigkeiten zu verbinden, indem diese Stoffe miteinander gemischt werden. Allerdings tritt schon bei dem im Kondensator auftretenden Feldstärken bei Nischungswerhältnissen mit mehr als 50 Gew% Mineralölanteil das ungünstige Gas verhalten des Mineralöls verstärkt in Erscheinung, und ab einem Gehalt von ca. 60 Gew% Mineralöl sind die Flüssigkeiten nicht mehr gasaufnehmend sondern gasabgeb. ist deshalb erforderlich, bei derartigen Mischungen darauf zu achten, den Mineralölanteil unter 50 Gew% zu belassen, so dass der Preisvorteil des Mineralöls nur abgeschwächt zur Wirkung gelangt, sowie die Spannungsfertigkeit z.B. selbstheilender Kondensatoren stark reduziert wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektroisolieröl anzugeben, das aus einer Mischung von Mineralöl und einer synthetischen gasaufnehmenden Isolierflüssigkeit besteht, und bei dem der Anteil des Mineralöls wesentlich mehr als 50 Gew% betragen kann, ohne dass die Flüssigkeit ihre gasaufnehmenden Eigenschaften verliert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Basismischung ein Additiv zugesetzt ist, das aus einem Antioxidationsmittel und/oder einem Epoxid-Stabilisator und/oder einem Metalldesaktivator besteht und dass zu 100 g Basismischung 0,1 bis 5 g Additive zugesetzt sind. Damit wird der Vorteil erzielt, dass das Gasverhalten derartiger Isolieröle erheblich verbessert wird. Durch die erfindungsgemässe Zumischung der Additive kann eine beträchtliche Erhöhung des Mineralölanteils erfolgen. Trotz der Kosten für die Additive resultiert daraus ein geringerer Preis der Isolierflüssigkeiten. Ein weiterer Vorteil derartiger Mischungen gegenüber synthetischen gasaufnehmenden Flüssigkeiten besteht darin, dass sie eine wesentlich höhere Spannungsfestigkeit in selbstheilenden Kondensatoren bewirken, womit sie dort als Imprägniermittel bevorzugt eingesetzt werden können. Als Antioxidationsmittel sind Additive auf der Basis sterisch gehinderter Phenole wie z.B. a) 1, 3, 5-Tri-Methyl-2,4,6-Tris-3,5-Di-Tert-Butyl-4-Hydroxy- Benzyl-Benzol, b) 2,6-Di-Tert-Butyl-4-Methyl-Phenol oder c) Alkylierte Phenyl- o¯ -Naphthaline geeignet. Es können auch Antioxidationsmittel auf aminischer Basis eingesetzt werden, z.B. a) Di-Tert-Amin-Hydrochinon oder b) Phenyl- d -Naphthylamin. Der Epoxidstabilisator kann beispielsweise aus 2,2-Bis (4-Oxi-2-Methyl-Oxiranyl-Phenyl)-Propan bestehen und als Metalldesaktivator kann ein Triazol-Derivat wie beispielsweise Benzotriazol oder Methyl-Benzyl-Triazol eingesetzt werden. Bevorzugte gasaufnehmende Flüssigkeiten bestehen aus Molekülen, die aus miteinander direkt oder über ein Radikal verknüpften, gegebenenfalls teilweise substituierten Benzolringen bestehen. Beispiele für synthetische, benzolringreiche und deshalb gasaufnehmende Flüssigkeiten sind neben den bereits erwähnten Ditolylether und PXE z.B. eine Mischung aus Monound Dibenzyltoluen oder Isopropyl-Biphenyl und Ethyl-Diphenyl-Methan. Im folgenden werden anhand von Ausführungsbeispielen vorteilhafte Mischungen von Isolierflüssigkeiten angeführt. In der dazugehörenden Zeichnung ist das Gasverhalten von gemischten Isolierflüssigkeiten ohne und mit Additiv-Zusätzen dargestellt. Ausführungsbeispiel 1: Als Vergleich wurde das Verhalten einer Basismischung von Mineralöl und Ditolylether bei zunehmenden Mineral ölgehalten untersucht. Das Gasverhalten dieser Mischungen ist in der Figur als Kurve 1 wiedergegeben, wobei sich die Prozentangaben auf der Abszisse auf den Mineralölanteil beziehen. Als Messverfahren für das Gasverhalten wurde die in dem IEC-Schriftstück 10 A (Sekretariat) 75 beschriebene "Methode B" gewählt. Die Messspannung gegenüber der "Methode B" wurde dabei von 12 kV auf 16 kV angehoben. Dies bedeutet eine erhebliche Verschärfung der Prüfbeanspruchung jedoch liegt die Spannungsbeanspruchung z.B. in Kondensatoren noch wesentlich höher. Auf der Ordinate in der Figur sind die an der Messapparatur angebrachten Skalenteile (Skt.) angegeben, wobei positive Skalenteile Gasabgabe und negative Skalenteile Gasaufnahme bedeutet. Wie der Kurve 1 zu entnehmen ist, wirken sich bei der genannten Prüfspannung Mineralölanteile unter 50 Gew% nicht auf das Gasaufnahmeverhalten der Basismischung aus. Oberhalb von 50 Gew% Mineralölanteil verschlechtert sich die Gasaufnahme wesentlich. Ab einem Mineralölgehalt von ca. 65 Gew% nimmt die Basismischung kein Gas mehr auf, sondern es wird zunehmend Gas abgegeben. Ausführungsbeispiel 2: Zu je 100 g Basismischung gemäss Ausführungsbeispiel 1 wurden jeweils 0,3 g Epoxistabilisator (2, 2-Bis-(4-Oxi-2 Methyl-Oxiranyl-Phenyl)-Propan) und ein aminisches Antioxidationsmittel (Di-Tert-Amin-Hydrochynon) zugesetzt. Das Gasverhalten dieser Mischung ist in der Figur als Kurve 2 wiedergegeben. Ausführungsbeispiel 3: Zu je 100 g Basismisohung gemäss Ausführungsbeispiel 1 wurden 0,5 g Antioxidationsmittel auf der Basis sterisch gehinderter Phenole (alkyliertes Phenyl- ; -Naphthalin) und 0,05 g Triazol-Derivat (z.B. Benzotriazol) als Metall-Desaktivator zugesetzt. Das Gasverhalten dieser Mischungen ist in der Figur als Kurve 3 bezeichnet. Ausführungsbeispiel 4: Zu je 100 g Basismischung gemäss Ausführungsbeispiel 1 wurden 0,35 g Phenyl- j-Naphthylamin als aminisches Antioxidationsmittel und 0,15 g 2,6-Di-Tert-Butyl-4-Methyl Phenol als phenolisches Antioxidationsmittel zugesetzt. Das Gasverhalten dieser Mischungen ist in der Figur als Kurve 4 wiedergegeben. Wie den Ausführungsbeispielen und der dazugehörenden Zeichnung zu entnehmen ist, lässt sich das Gasverhalten der Gasismischung durch die erfindungsgemässen Zusätze derart steuern, dass eine Gasaufnahme bis zu Mineralölgehalten von über 90 Gew% gewährleistet wird. Diese überraschende Tatsache, dass durch den erfindungsgemässen Zusatz von an sich geringfügigen Mengen an Additiven das Gasverhalten der im Ausführungsbeispiel 1 angeführten Basismischung wesentlich verbessert wird, wird auf einen synergistischen Effekt der als Additive eingesetzten, angeführten Stoffe zurückgeführt. Die Spannungsfestigkeit, die sich bei sinkenden Mineral ölgehalten bis zur Hälfte verringert, wird durch die gemäss der Erfindung ermöglichten höheren Mineralölanteile ebenfalls günstig beeinflusst. Ausführungsbeispiel 5: Zu je 100 g der Basismischung gemäss Ausführungsbeispiel 1 wurden jeweils 0,5 g 1,3,5-Tri-Methyl-2,4,6-Tris-3,5-Di Tert-Butyl-4-Hydroxy-Benzyl-Benzol (phenolisches Antioxidationsmittel) und Benztriazol als Metalldesaktivator zugesetzt. Ausführungsbeispiel 6: Zu je 100 g der Basismischung gemäss Ausführungsbeispiel 1 wurden 0,1 g Methyl-Benzyl-Triazol als Metalldesaktivator zugesetzt. Ausführungsbeispiel 7: Zu je 100 g der Basismischung gemäss Ausführungsbeispiel 1 wurden 0,4 g 1-Methyl-Naphthalin und 0,5 g 2-Methyl-Naph- thalin zugesetzt. 10 Patentansprüche 1 Figur

Claims: Patentansprüche 1. Isolieröl für elektrische Geräte, das aus einer Basismischung aus 50 bis 95 Gew% eines Mineralöls und 5 bis 50 Gew% einer gasaufnahmenden dielektrischen Flüssigkeit und einem Additiv besteht, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass das Additiv aus einem Antioxidationsmittel und/oder einem Epoxid-Stabilisator und/oder einem Metalldesaktivator besteht und dass zu 100 g Basismischung 0,1 bis 5 g Additive zugesetzt sind. 2. Isolieröl nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass ein Antioxidationsmittel auf der Basis sterisch gehinderter Phenole zugesetzt ist. 3. Isolieröl nach Anspruch 2, da d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dass das Antioxidationsmittel aus a) 1 ,3-5-Tri-Methyl-2,4,6-Tris-3,5-Di-Tert-Butyl-4-Hydroxy- Benzyl-Benzol, b) 2,6-Di-Tert-Butyl-4-Methyl-Phenol oder c) einem alkyliertem Phenyl- # -Naphthalin besteht. 4. Isolieröl nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Antioxidationsmittel auf aminischer Basis zugesetzt ist. 5. Isolieröl nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n nz eXi c h n e t, dass das Antioxidationsmittel aus a) Di-Tert-Amin-Hydrochinon oder b) Phenyl- -Naphthylamin besteht. 6. Isolieröl nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, dass der Epoxid-Stabilisator aus 2,2-Bis-(4-Oxy-2-Methyl-Oxyranyl-Phenyl)-Propan besteht. 7. Isolieröl nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Metalldesaktivator aus einem Triazol-Derivat besteht. 8. Isolieröl nach Anspruch 7, d a d u r c h g e g e n n z e i c h n e t, dass der Metalldesaktivators aus a) Benzotriazol oder b) Methyl-Benzyl-Triazol besteht. 9. Isolieröl nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d ur c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die gasaufnehmende Flüssigkeit aus Molekülen besteht, die aus miteinander direkt oder über ein Radikal verknüpften, gegebenenfalls teilweise substituierten Benzolringen besteht. 10. Isolieröl nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die gasaufnehmende Flüssigkeit aus a) Ditolylether, b) Phenyl-Xylyl-Ethan c) einer Mischung aus Mono- und Dibenzyltoluol d) Isopropyl-Biphenyl oder e) Ethyl-Diphenyl -Methan besteht.

Inventors: EDLER, WOLFGANG, DIPL.-PHYS., SCHREIBER, FRIEDEWALD, DIPL.-PHYS.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: H01B3
IPC codes: H01B3, H01G4, H01F27