JPH117831A

JPH117831A - 油入電気機器

Info

Publication number: JPH117831A
Application number: JP17325297A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hoshino; 廣行星野; Kunio Sugisawa; 邦夫杉沢
Original assignee: Nippon Petrochemicals Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】熱膨張率が小さく、流動点が低いとともに引
火点が高く、また熱安定性に優れ、さらに変圧器に使用
する部材に影響を与えない電気絶縁油を用いた電気機器
を提供する。【解決手段】ジアルキルジフェニルアルカンの少なく
とも一種を充填してなる油入電気機器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気絶縁油を充填
してなるケーブル、コンデンサー、電気遮断器、変圧器
等の油入電気機器であり、詳しくは熱膨張率が小さく変
圧器の小型化に寄与するとともに、すぐれた熱安定性を
有し変圧器に使用する部材に影響を及ぼすことがない、
特定の構造を有するジアルキルジフェニルアルカンを注
入または充填してなる油入電気機器、特に油入変圧器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気絶縁油を使用する変圧器、遮
断器、コンデンサー等の油入り電気機器は、使用電力の
増大に従い大型化が進められている。これに伴い、機器
の高度の安全性と長期安定性が要求され、機器に注入す
る電気絶縁油に対する要求も一段と厳しくなっている。
たとえば、大型の変圧器は一般に屋外に設置されるた
め、使用温度が高温から低温の広範囲にわたることがあ
る。また変圧器には、鉄損、銅損などの損失があり、こ
れらはすべて熱に変わり、この熱によって変圧器油の温
度が上昇し、変圧器の負荷の変動や周囲の温度によって
は最高９０℃に達する場合がある。これに伴い、変圧器
内に充填された変圧器油は広範囲の温度変化に曝され
る。この温度変化により変圧器油は体積変化を起こすた
め、開放型の変圧器においては内外の空気が出入を繰り
返す。この空気は変圧器油と接触するので、空気と前記
変圧器内で発生する熱は、いずれも変圧器油の劣化を促
し、変圧器の寿命を短縮させる結果を招く。

【０００３】そこで変圧器油の劣化を防ぐために、一部
の油のみが空気と接触するようにコンサベータを取り付
けたり、変圧器内に窒素を封入して密閉型にするなどの
工夫がなされているが、油の劣化防止のためには必ずし
も十分ではなく、劣化する変圧器油を定期的に入れ替え
る必要が生じる。

【０００４】従来、変圧器油としては、精製した鉱油、
シリコーン油、ポリブデン、アルキルベンゼンなどの合
成油等が使用されている。しかしパラフィン系、ナフテ
ン系などの鉱油およびアルキルベンゼンは、熱安定性が
悪く、また一般にパラフィン油やナフテン油は芳香族炭
化水素に比べて発火点が低いために、安全性の面からも
変圧器油として満足し得る性状を有していない。またポ
リブテンは粘度が高く、シリコーン系の油は価格が非常
に高いため、変圧器油として使用することはコストの面
から困難であると考えられる。

【０００５】さらに、変圧器油は、変圧器内部で発生す
る熱の影響を受けて体積の変化を起こし、また熱劣化を
生ずる。そのため変圧器油には高い電気的特性が求めら
れるのみならず、温度変化に対して体積変化が小さく、
かつ熱劣化を起こさない安定性と安全性が求められる。
たとえば、典型的な変圧器においては、その変圧器油の
量は変圧器総体積の約８０容量％（約３０重量％）を占
めることがある。このように変圧器の容積の大部分を占
める変圧器油の熱膨張率が大きいと、油の温度変化によ
る体積の変化量は、変圧器総体積に対して非常に大きな
量を占めることになる。従って、開放型の変圧器の場合
は容積が大きいために機器全体が大型になり、また密閉
型の変圧器の場合は、内部圧力が上昇し、そのために機
器および容器の機械的強度が必要になる。いずれの場合
も変圧器油の熱膨張率が大きい場合は、変圧器が大型化
し、かつ製造コストが増大する。このことから、変圧器
油の熱膨張率は小さいことが求められる。

【０００６】また、変圧器は寒冷地でも一般に屋外に設
置されるため、変圧器油には流動点と粘度が低く、流動
性の良いことが要求される。変圧器油の流動性が不十分
な場合は、変圧器内で発生する熱が変圧器内部に蓄積さ
れ、局部的な温度の上昇が起こる。

【０００７】さらに変圧器油内におけるコロナの発生に
伴う油の分解ガスは、コロナの発生を加速度的に起こす
原因となり油の劣化を促進する。変圧器油は、一般的に
このガスを吸収してコロナの加速度的な発生を抑える効
果を有しているが、油に流動性が乏しい場合には、ガス
の吸収速度が極端に低下し油の劣化を促進する。そのた
めに変圧器油は流動性の良いことが望まれる。従って、
変圧器油には水素ガス吸収性が高いことが望まれるが、
この特性は、油成分中のオレフィンおよび芳香族環等に
起因するものであるため、一般に芳香族性の高い油の方
が好ましい。しかし芳香族性の高い油は、溶解力や浸透
力が大きく、変圧器に使用する部材に悪影響を及ぼす可
能性がある。

【０００８】そのほか、電力用変圧器はアパート、病
院、学校、工場等で使用されるために、変圧器の火災等
に対する安全性についても考慮が必要である。すなわ
ち、変圧器油の温度は９０℃に達する場合もあるため、
安全性を考慮して変圧器油の引火点は１３０℃以上であ
ることが要求される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
のような事情に鑑み、熱膨張率の小さい変圧器油を充填
してなる油入変圧器を提供することにある。また、流動
性の良好な変圧器油を充填してなる油入変圧器を提供す
るものである。さらに、水素ガス吸収性が高く、かつ変
圧器に使用する部材に悪影響を及ぼすことの少ない変圧
器油を充填してなる油入変圧器を提供するものである。
そのほか、引火点が高く火災等に対する安全性に優れた
変圧器油を充填してなる油入変圧器を提供するものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的に沿って鋭意検討した結果、特定のジフェニルアルカ
ンを用いることにより、要求性能を満たす変圧器油が得
られることを見出して本発明を完成するに至った。すな
わち本発明の第１は、次の式〔I〕で表されるジアルキ
ルジフェニルアルカンの少なくとも一種を充填してなる
油入電気機器に関するものである。

【００１１】

【化２】

【００１２】〔ただし、Ｒ₁は炭素数１または２の飽和
脂肪族炭化水素残基、Ｒ₂およびＲ₃は同一または異なる
炭素数３または４の直鎖または分枝型飽和脂肪族炭化水
素基を示す。〕また本発明の第２は、上記本発明の第１において、電気
機器が変圧器であることを特徴とする油入電気機器に関
する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに説明する。
本発明に用いる絶縁油は、上記式〔I〕で表され、式中
のＲ₂およびＲ₃の具体例として、炭素数３の飽和脂肪族
炭化水素基としては、ｎ−プロピル基、sec−プロピル
基等が例示され、また炭素数４の飽和脂肪族炭化水素基
としては、ｎ−ブチル基、sec−ブチル基、iso−ブチル
基、tert−ブチル基等が例示される。ここで、Ｒ₂およ
びＲ₃は、同一のベンゼン環に結合することができ、ま
た異なるベンゼン環にそれぞれ結合することもできる
が、後者の異なるベンゼン環に結合しているものが好ま
しい。Ｒ₂およびＲ₃の炭素数が２以下であるジアルキル
ジフェニルアルカンは、芳香族度が高くなりすぎるため
に、変圧器に用いる部材を溶解あるいは膨潤させるため
変圧器油として好ましくない。一方、Ｒ₂およびＲ₃の炭
素数が４を超えるジアルキルジフェニルアルカンは、酸
化安定性が低い傾向を示すために、電気絶縁油、特に変
圧器油に用いることは不利である。

【００１４】本発明で用いる電気絶縁油である前記式
〔I〕で表されるジアルキルジフェニルアルカンの具体
例としては、ジプロピルジフェニルメタン、たとえばジ
(プロピルフェニル)メタン；プロピルブチルジフェニル
メタン、たとえば (プロピルフェニル)(ブチルフェニ
ル)メタン；ジブチルジフェニルメタン、たとえばジ(ブ
チルフェニル)メタン；ジプロピルジフェニルエタン(1,
1)、たとえばジ(プロピルフェニル)エタン(1,1)；ジプ
ロピルジフェニルエタン(1,2)、たとえばジ(プロピルフ
ェニル)エタン(1,2)；プロピルブチルジフェニルエタン
(1,1)、たとえば(プロピルフェニル)(ブチルフェニル)
エタン(1,1)；プロピルブチルジフェニルエタン(1,2)、
たとえば (プロピルフェニル)(ブチルフェニル)エタン
(1,2)；ジブチルジフェニルエタン(1,1)、たとえばジ
(ブチルフェニル)エタン(1,1)；ジブチルジフェニルエ
タン(1,2)、たとえばジ(ブチルフェニル)エタン(1,2)な
どが挙げられる。これらのジアルキルジフェニルアルカ
ンは、従来公知の方法、たとえばジフェニルメタン、ジ
フェニルエタン(1,1)もしくはジフェニルエタン(1,2)
のアルキル化などにより得ることができる。

【００１５】なお、本発明で用いる絶縁油に公知の電気
絶縁油、たとえばフェニルキシリルエタン（ＰＸＥ）を
混合して用いることもできる。また本発明における絶縁
油は優れた熱安定性を有しているが、さらに熱安定性を
改良するために、２,６−ジブチル−メチルフェノール
（ＤＢＰＣ）、２,６−ジブチルフェノール（ＤＢＰ）
等の公知の酸化防止剤を添加して用いることもできる。
さらに１,２,３−ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）等の流
動帯電防止剤、ポリメタクリレート（ＰＭＡ）、オレフ
ィン共重合物（ＯＣＰ）等の流動点降下剤の添加も可能
である。

【００１６】本発明で用いる電気絶縁油は、ケーブル、
コンデンサー、電気遮断器、変圧器等に充填するものと
して好適である。特に、油入変圧器に充填あるいは注入
するのに適している。本発明の油入変圧器は、発電所で
発生した電圧を発電所または変電所で昇圧／降圧する電
力用変圧器、一次電圧を二次電圧に降下させるための配
電用変圧器、車両用や電気炉用などの特殊用変圧器など
に限らず、いずれの形式の変圧器としても用いることが
できる。通常は中型および大型の油入り変圧器、例えば
電力用変圧器として好適である。油入り変圧器はいずれ
も方向性珪素鋼帯、冷間圧延珪素鋼帯、アモルファス磁
性薄帯等を鉄心とし、油入り自冷、油入り風冷、油入り
水冷、送油自冷、送油風冷、送油水冷などの充填油また
は注入油に対する各種の冷却方式を採用することができ
る。なお変圧器油と接触する変圧器材料としては、ワニ
ス、ゴム、接着剤などがあるが、本発明に用いる電気絶
縁油はこれらの材料と長期に接触しても変圧器の特性に
特に影響を与えることはない。変圧器への絶縁油への注
入、充填等は公知の方法により適宜に行うことができ
る。

【００１７】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明す
る。＜実施例１＞使用した絶縁油は、以下の組成からなる混
合油であり、ジイソプロピルジフェニルエタン：９１重量％ジアリールアルカン：残余芳香族度は５９％Ｃ_Aであった。なお、芳香族度（％
Ｃ_A）は、¹³Ｃ−ＮＭＲ法により測定した。上記混合油
の成分を置換形態により区分すれば以下の通りである：（1）ジ(イソプロピルフェニル)エタンを含み、飽和脂
肪族炭化水素基が２個のベンゼン環に各１個づつ結合し
たジアリールアルカン：６９重量％（2）(ジイソプロピルフェニル)フェニルエタンを含
み、飽和脂肪族炭化水素基が一方のベンゼン環にのみ２
個結合したアリール・フェニルエタン：３１重量％電気
的特性を表１に、物理性状を表２に示す。

【００１８】＜実施例２＞使用した絶縁油は、以下の組
成からなる混合油であり、ジ−sec−ブチルジフェニルメタン：５３重量％ジ−sec−ブチルジフェニルエタン(1,1)：２７重量％ジ−sec−ブチルジフェニルエタン(1,2)：２０重量％芳香族度は５６％Ｃ_Aであった。上記混合油の成分を置
換形態により区分すれば以下の通りである：（1）ジ(sec−ブチルフェニル)メタン、ジ(sec−ブチル
フェニル)エタン(1,1)およびジ(sec−ブチルフェニル)
エタン(1,2)を含み、飽和脂肪族炭化水素基が２個のベ
ンゼン環に各１個づつ結合したジアリールアルカン：６
０重量％（2）ジ(sec−ブチルフェニル)フェニルメタン、ジ(sec
−ブチルフェニル)フェニルエタン(1,1)およびジ(sec−
ブチル)フェニルエタン(1,2)を含み、飽和脂肪族炭化水
素基が一方のベンゼン環にのみ２個結合したアリール・
フェニルアルカン：４０重量％電気的特性を表１に、物理性状を表２に示す。

【００１９】＜比較例１〜５＞使用した絶縁油はそれぞ
れ以下の通りである。電気的特性を表１に、物理性状を表２に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】実施例１および２の絶縁油は、比較例に示
した従来品の大部分に比べて、熱膨張率が小さいため、
温度変化に伴う体積変化が小さい。このことから実施例
の絶縁油を変圧器油に用いた場合、開放型の変圧器では
油の膨張分が小さいため空間部を小さくすることがで
き、密閉型の変圧器では器内の圧力変化が小さいため容
器の耐圧強度を低くすることができる。いずれの場合
も、実施例の絶縁油を用いることにより、従来の油を用
いた場合よりも変圧器を小型化することが可能である。
また実施例１および２の絶縁油は、流動点が−４０℃以
下のため寒冷地における使用が可能であり、さらに引火
点が高いことから、従来の多くの変圧器油より安全性も
向上しており、変圧器油に適していることがわかる。

【００２３】また変圧器油は、変圧器内で発生する熱を
外部に放熱する役割を果たすが、この放熱効果を高める
ために、油の粘度は低いことが望ましい。そこで、動粘
度が低く、かつ流動点が−４０℃以下の油について、熱
に対する安定性を測定した。測定方法として熱劣化度を
調べる酸化安定性試験（ＡＳＴＭ−Ｄ−１９３４）を用
い、劣化油の全酸価を測定して、実施例１の試験前の新
油の全酸価値に対する倍数を求めた。以下の基準により
評価を行った結果を表３に示す。基準：実施例１の新油の全酸価値 ◎：３０倍未満 ○：３０倍〜１００倍未満 △：１００倍〜３００倍未満 ×：３００倍以上

【００２４】

【表３】

【００２５】実施例の油に比べて、比較例３および４の
油は１１〜５１倍以上の値を示し、比較例５の油も銅線
なしで６倍以上の劣化を示した。以上のことから実施例
の絶縁油は、比較例に示した従来品より熱に対する安定
性が優れていることがわかる。

【００２６】比較例５の油は、安定性がやや良好である
が芳香族度が高い。芳香族度の高い油は、溶解力や浸透
力が大きいため、接触する部材に影響を及ぼすことが考
えられる。そこで実施例１および２の油と、芳香族度が
高い比較例５の油を用いて部材の浸漬試験を行い、重量
変化率を求めた。試験条件は以下の通りである。浸漬部材：フッ素系ゴム、寸法２０mm×５０mm×２mm 浸漬温度：８０℃ 浸漬時間：２０時間以下の基準により評価を行った結果を表４に示す。 ○：重量変化率０.３％未満 △：〃０.３％〜１.０％未満 ×：〃１.０％以上

【００２７】

【表４】

【００２８】表に示すように、実施例の油に浸漬した部
材には変化がほとんど見られず、本発明に用いる変圧器
油は使用する部材に影響を及ぼさないことがわかる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に用いる変圧器油は、熱膨張率が
小さいため従来の変圧器油を使用した場合よりも変圧器
の小型化が可能であり、かつ流動点が低く引火点が高い
ため安全性が高く、また熱に対する長期安定性が優れて
いることから、変圧器油に最も適した油である。さら
に、変圧器に使用する部材に影響を及ぼすことも少な
い。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記式〔I〕で表されるジアルキルジフ
ェニルアルカンの少なくとも一種を充填してなる油入電
気機器。【化１】〔ただし、Ｒ₁は炭素数１または２の飽和脂肪族炭化水
素残基、Ｒ₂およびＲ₃は同一または異なる炭素数３また
は４の直鎖または分枝型飽和脂肪族炭化水素基を示
す。〕
【請求項２】前記電気機器が変圧器であることを特徴
とする請求項１記載の油入電気機器。