專利名稱:電介液或與電介液有關(guān)的改進(jìn)的制作方法
本發(fā)明涉及到電介液。
直到幾年前，在變壓器和電容器中還廣泛地采用多氯化聯(lián)苯(PCB′S)作為電介液。但是，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)在自然環(huán)境中常期存在PCB′S對野生生命并且可能對人有毒害作用時(shí)，政府就開始規(guī)定禁止使用它們。由于停止使用PCB′S，就必須尋求其它具有類似電氣、化學(xué)和物理性能的電介液。
電介液最重要的電氣特性之一是具有高的介電強(qiáng)度，特別是具有高的局部放電起始電壓和熄滅電壓。盡管用以代替PCB′S的很多電介液的其它性質(zhì)都與其類似，但它們這兩個(gè)特性往往是較差的。
美國第2176952號書公開了一種包括由礦物油和一種化合物(如二苯基氧)結(jié)合而成的電介液。
美國第4054937號公開了一種電容器，其內(nèi)的電介液是一種單烷基和雙烷基芳香族化合物的混合物。
我們已經(jīng)研究出了一種電介液，這種電介液尤其在不均勻的電場中(如在尖端及邊緣周圍的情況)具有很高的抗局部放電性能，且其介電強(qiáng)度比原來的電介液高。本發(fā)明的電介液在放電時(shí)只放出少量的氫，且放電脈沖值較小。
因此，本發(fā)明的電介液包括5%到40%摩爾的第一種芳烴化合物，它具有高達(dá)六個(gè)取代基鏈烯碳原子且只包含選自碳、氫，醚氧或其混合物的分子;還至少包括一種60%到95%摩爾的稀釋劑，該稀釋劑選自礦物油以及第二種芳烴化合物以及其混合物，第二種芳烴化合物具有高達(dá)六個(gè)選自烴、烴基醚的取代基烷烴碳原子;取代基鏈長不超過3個(gè)碳原子;還有0.5%到5%的自由基聚合抑制劑;上述的第一種芳烴化合物以及上述選用的稀釋劑使得該電介液的沸點(diǎn)可超過150℃，凝固點(diǎn)低于-40℃，具介電常數(shù)小于3.5。
本發(fā)明還包括一個(gè)電容器，該電容器具有許多金屬箔和固體絕緣的交迭層，并以電介液浸透，該電介液如前面最后一段所述。
另外，本發(fā)明包括一個(gè)變壓器，該變壓器具有一個(gè)容納一次和二次線圈的油箱，一、二次線圈全部浸在電介液中，該電介液如前面倒數(shù)第二段所述。
為了對本發(fā)明有較清楚的了解，現(xiàn)在參考附圖，用舉例的方法對適用的實(shí)施方案進(jìn)行說明，在附圖中圖1是帶有局部放大的等角視圖，表示電容器的薄膜-紙-薄膜卷繞體的結(jié)構(gòu)。
圖2是有一部分被去掉后的等角視圖，表示一個(gè)電容器的實(shí)施方案。
圖3是一個(gè)側(cè)視圖，其剖面示出了容納一種經(jīng)穩(wěn)定處理的電介液的另一個(gè)變壓器的實(shí)施方案。
參考圖1，兩個(gè)金屬箔層1和2與紙層3以及絕緣薄膜層4一起卷繞。絕緣薄膜以采用聚丙烯為佳，因?yàn)樗慕殡姀?qiáng)度高且損耗因子低，所以可以使電容器在高的單位容積千乏數(shù)(KVAR)下運(yùn)行;而且，甚至在極限的運(yùn)行條件下，本發(fā)明的電介液也不會(huì)使它退化變質(zhì)。也可以采用另外的絕緣薄膜，如高密度的聚乙烯。引出導(dǎo)體5和6分別連到金屬箔1和2上，電容器的卷繞體7裝在一個(gè)密封外殼中，并用本發(fā)明的電介液浸透。
在圖2中，電容器整體8具有一個(gè)外殼9，外殼9內(nèi)封裝著許多卷繞成的電容元件10，它們直立地疊置在外殼內(nèi)。每個(gè)電容元件10都包括電極薄片材料和整個(gè)由一塊塑料薄膜(如聚丙烯)構(gòu)成的絕緣材料。每個(gè)電容元件10之兩個(gè)電極薄片的每一側(cè)面上都有絕緣材料，并以盤卷的繞法進(jìn)行卷繞。電容整體用本發(fā)明的液態(tài)電介液充滿。許多電容元件由置于這些電容端部上的金屬體11相互連接，該金屬體11將從電容元件伸出到絕緣薄膜范圍以外的金屬薄片連接起來。許多相互連接的電容元件又連到接線柱12上，接線柱12靠導(dǎo)電桿在固定位置從外殼9伸出來。
在圖3中，所示的變壓器13包括一個(gè)密封油箱14，一個(gè)由導(dǎo)體和絕緣體的交迭層組成的黑色金屬的鐵芯15，一個(gè)一次線圈16，一個(gè)二次線圈17以及包圍和浸泡著鐵芯和線圈的電介液18。
本發(fā)明的有機(jī)絕緣電介液是由基本絕緣的液體(如油或丙基聯(lián)苯)與芳烴化合物混合后再加上聚合抑制劑而成。該芳烴化合物至少具有一個(gè)芳香集團(tuán)和乙烯基或不飽和烯鍵，同時(shí)只包括氫、碳并且可能還有醚氧原子。于是，該化合物可為一個(gè)乙烯基芳香烴(如苯乙烯)，一個(gè)乙烯基芳醚烴，一個(gè)烯基芳香烴或一個(gè)烯基芳醚烴。在芳烴化合物中的非烯及非芳香碳原子的總數(shù)應(yīng)該小于7，因?yàn)樵诜烹姇r(shí)帶過多的非烯非芳香碳原子的化合物趨向于產(chǎn)生過多的氫。現(xiàn)在推薦的一個(gè)確定的芳烴化合物的通式為
此式中，每個(gè)R集團(tuán)都是單獨(dú)選自氫、烴、醚烴，并且至少有一個(gè)R集團(tuán)是芳香族的。宜采用不飽和乙烯鍵、而不采用不飽和烯鍵，因?yàn)橐蚁╂I不飽和化合物更易和氫反應(yīng)。烯鍵不飽和芳香化合物以包括乙烯基二甲苯、乙烯基甲苯以及乙烯基異丙基聯(lián)苯為佳，因?yàn)檫@些化合物都具有高度的芳香性。其它可采用的乙烯基芳烴化合物包括乙烯基甲基二苯、乙烯基二甲基二苯、乙烯基乙基二苯、乙烯基苯基甲苯基醚以及乙烯基苯基二甲苯基醚。烯鍵不飽和芳烴化合物具有高度的芳香性，所以宜于采用，該化合物為二甲苯基乙烯及異丙基二苯基乙烯，也可采用二甲苯基甲苯乙烯。
絕緣液體的主要成分即可采用礦物油也可為芳族烴或是可以具有1到3個(gè)碳的飽和脂肪族取代基的芳族醚。芳族烴或醚以采用礦物油為佳。變壓器油是適宜的礦物油，因?yàn)樗m于電氣上的應(yīng)用。芳族烴或醚都是一種化合物，它們至少包含一個(gè)芳族集團(tuán)并且只由氫、碳以及可能還有醚氧原子組成。該芳族烴或醚也應(yīng)該具有少于7個(gè)的非芳香族碳原子，因?yàn)檫^多的非芳香族碳原子會(huì)導(dǎo)致在放電時(shí)產(chǎn)生過多的氫。例如，適用的芳族烴或醚包括異丙基聯(lián)苯、氧化苯、苯、二苯基甲烷、二苯基乙烷、芐基苯基醚、異丙基二苯醚、二甲苯基二苯醚、二甲苯二苯基醚以及乙基甲基二苯基醚、對于包含脂族醚鍵(-CH2-O-CH2-)(如二芐基醚)的化合物，盡管它們在電氣上適用，但因?yàn)樗鼈兊幕瘜W(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，所以應(yīng)避免采用。適宜的芳族烴或醚是異丙基聯(lián)苯，因?yàn)樗谑袌錾鲜谴罅抗?yīng)的。
所選定的芳烴化合物及稀釋劑要使電介液的沸點(diǎn)高于150℃，凝固點(diǎn)低于-40℃，且其介電常數(shù)低于3.5。就是說，芳烴化合物或者稀釋液單獨(dú)可能超過這個(gè)限制值，但作為一個(gè)整體的混合物，就應(yīng)該在這個(gè)限制值之內(nèi)，以作電介液用。
為了防止芳烴化合物的聚合，在電介液中也宜于包括自由基的聚合抑制劑。適宜的聚合抑制劑包括叔丁基焦兒茶酚及焦兒茶酚。
本發(fā)明的電介液是由5%到40%摩爾的芳烴化合物、60%到95%摩爾稀釋劑及0.5%到5%的聚合抑制劑混合而成。如果使用的芳烴化合物較少，稀釋劑的導(dǎo)電性能不會(huì)增強(qiáng);而如果使用的芳烴化合物大于40%摩爾，則可能趨于聚合。
本發(fā)明的電介液可以用在電容器、變壓器、電纜以及其它電氣設(shè)備中，但不適于在斷路器中使用，因?yàn)樗陔娀≈杏刑蓟目赡堋?br>現(xiàn)在參考下面的實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行說明。
舉例進(jìn)行局部放電試驗(yàn)條件是在液體內(nèi)的一個(gè)針狀體和一個(gè)大球體之間置有0.03英寸(0.03″)真空浸漬的合成纖維板(纖維素)隔板。
液體 試驗(yàn) 穩(wěn)態(tài)放電 放電值 放電熄滅起始電壓(千伏) (微微庫侖) 電壓(千伏)異丙基 1 25.5 ＞5000 13聯(lián)苯 重復(fù)1 20 ″ 13異丙基聯(lián)苯 2 30 ＞5000 19異丙基聯(lián)苯 3 31 ＞5000 2795%異丙基聯(lián)苯 1 36 4000-5000 3°0+5%苯乙烯 重復(fù)1 38 400-700″ 2 4075%異丙基聯(lián)苯 1 30.5 3000 26.4+25%苯乙烯 重復(fù)1 39 3000-4000 20上述實(shí)驗(yàn)表明添加5%和25%的乙烯基取代的芳香劑(苯乙烯)大大地提高了異丙基聯(lián)苯液體的放電起始電壓和熄滅電壓的放電脈沖值。對于某些工況或應(yīng)用場合，苯乙烯可能是一種沸點(diǎn)太低的液體，所以用沸點(diǎn)較高的乙烯化合物為好。
權(quán)利要求
1.一種電介液，其特征在于該電介液包括5%到40%摩爾的第一種芳烴化合物，它具有高達(dá)六個(gè)取代基鏈烯碳原子且只包含選自碳、氫、醚氧或其混合物的分子；還至少包括一種60%到95%摩爾的稀釋劑，該稀釋劑選自礦物油以及第二種芳烴化合物以及其混合物，第二種芳烴化合物具有高達(dá)六個(gè)選自烴、烴基醚的取代基烷烴碳原子；取代基鏈長不超過3個(gè)碳原子；還有0.5%到5%的自由基聚合抑制劑；上述的第一種芳烴化合物及上述選用的稀釋劑使得該電介液的沸點(diǎn)可超過150℃，凝固點(diǎn)低于-40℃，且介電常數(shù)小于3.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種電介液，其特征在于第一種芳烴化合物具有通式
式中，每個(gè)R集團(tuán)都是單獨(dú)選自氫、烴、醚烴，并且至少有一個(gè)R集團(tuán)是芳香族的。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的一種電介液，其特征在于第一種芳烴化合物是一種乙烯基化合物;
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的一種電介液，其特征在于乙烯基化合物是乙烯基二甲苯、乙烯基甲苯、乙烯基異丙基聯(lián)苯或其混合物;
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的一種電介液，其特征在于第一種芳烴化合物是烯鍵不飽和的;
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的一種電介液，其特征在于烯鍵不飽和化合物是二甲苯乙烯、異丙基乙烯或其混合物;
7.根據(jù)權(quán)利要求
1到6中的任何一個(gè)的一種電介液，其特征在于礦物油是變壓器油;
8.根據(jù)權(quán)利要求
1到6中任何一個(gè)的一種電介液，其特征在于稀釋劑是一種芳族化合物;
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的一種電介液，其特征在于芳族化合物是異丙基聯(lián)苯;
10.根據(jù)權(quán)利要求
1到9中的任何一個(gè)的一種電介液，其特征在于聚合抑制劑包括焦兒茶酚、叔丁基焦兒茶酚或其混合物;
11.一臺電容器，它包括交迭的金屬箔層和固體絕緣層，它們都在一種電介液中浸透，其特征在于該電介液是在權(quán)利要求
1到10的任何一個(gè)中所要求的電介液;
12.一臺變壓器，它包括一個(gè)油箱，油箱中容納著一次線圈和二次線圈;兩個(gè)線圈都浸在一種電介液中，其特征在于該電介液是在權(quán)利要求
1到10的任何一個(gè)中所要求的電介液。
專利摘要
電介液包含5％到40％摩爾的第一種芳烴化合物，它具有高達(dá)六個(gè)取代基鏈烯碳原子；還包括60％到95％摩爾的稀釋劑。該稀釋劑可以是礦物油、具有高達(dá)六個(gè)取代基烷烴碳原子(烴、烴醚或其混合物)的第二種芳烴化合物或礦物油與第二種芳烴化合物的混合物。在電介液中還宜包括0.5％到5％的自由基的聚合抑制劑；還包括容納電介液的一臺電容器及一臺變壓器。
文檔編號H01B3/22GK86103027SQ86103027
公開日1986年11月26日 申請日期1986年4月30日
發(fā)明者索馬斯·溫戴爾·達(dá)金 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan