NO20093475L - Dielektrisk fluidsammensetning med vegetabilsk olje - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet en elektrisk anordning som har deri en dielektrisk fluidsammensetning, hvori den dielektriske fluidsammensetningen inkluderer minst en raffinert, bleket vegetabilsk olje hvor lukten er fjernet, og minst en antioksidant, hvori den dielektriske fluidsammensetningen har et hellepunkt på mindre enn ca. 20°C målt med enten ASTM D97 eller ASTM D5950.

Description

Den foreliggende beskrivelse angår dielektriske fluider til anvendelse i elektriske apparater.

Dielektriske (eller isolerende) fluidsammensetninger brukt i elektrisk fordeling og kraftuttrykk virker som et elektrisk isolerende medium, dvs. de utviser dielektrisk styrke og de transporterer dannet varme vekk fra utstyret, dvs. virker som et avkjølingsmedium. Når det anvendes i en transformator transporterer f.eks. dielektriske fluider varme fra vindingene og kjernen til transformatoren eller koblede kretser til avkjølende overflater.

Væskefylte elektriske apparater brukt i visse klimaer kan kreve en dielektrisk fluidsammensetning som opprettholder dens elektriske og fysikalske egenskaper, særlig hellbarhet, for utstrakte perioder ved lave temperaturer. Dette hellbarhetskravet har begrenset område for anvendelse av vegetabilsk oljebaserte dielektriske fluidsammensetninger, som typisk har hellepunkter over ca. -10°C.

Siden noen elektriske apparater benytter store mengder av dielektrisk fluid, og at det dielektriske fluidet kan forbli i apparatet over utstrakte tidsperioder er det en mulighet at, under apparatets funksjonsliv, at det dielektriske fluidet kan innføres i omgivelsene. For å danne et dielektrisk fluid med forbedret yteevne ved lave temperaturer, kan et fluid basert på en vegetabilsk olje blandes med mineraloljebaserte mineraloljer eller silikoner, eller formulert med signifikante mengder av ikke-biologisk baserte syntetiske tilsetninger. I mange tilfeller er imidlertid disse tilsetningene kostbare, toksiske og/eller ikke biologisk nedbrytbare, og utilsiktet søl eller lekkasje fra det elektriske apparatet kunne skade de omkringliggende omgivelser.

I én utforming er denne beskrivelsen rettet på en dielektrisk fluidsammensetning som inkluderer minst én raffinert, bleket vegetabilsk olje som er gjort luktfri (RBD). Den RBD vegetabilske olje har et tilstrekkelig lavt hellepunkt (mindre enn ca. -20°C, fortrinnsvis mindre enn ca. 25°C, målt i henhold til hver av ASTM D97 eller ASTM D5950) for å gjøre sammensetningen godt tilpasset for anvendelse i elektriske apparater, særlig i kalde klima. Slike RBD vegetabilske oljer kan anvendes i sammensetningene, dielektriske fluidsammensetninger og fremgangsmåter i henhold til de andre aspektene av den foreliggende oppfinnelse beskrevet heri.

I ett aspekt er foreliggende beskrivelse rettet på en sammensetning som består av minst én vegetabilsk olje og minst én antioksidant, hvori sammensetningen har et hellepunkt på mindre enn ca. 20°C målt i henhold til hver av ASTM D97 eller ASTM D5950.

I et annet aspekt er den foreliggende beskrivelse rettet på en sammensetning som består av minst én vegetabilsk olje, minst én antioksidant, og minst én hellepunktundertrykker, hvori sammensetningen har et hellepunkt på mindre enn ca.

-30°C målt i henhold til hver av ASTM D97 eller ASTM D5950.

I enda et annet aspekt er den foreliggende beskrivelse rettet på en dielektrisk fluidsammensetning som inkluderer minst én rapsfrøolje valgt fra Brassica Juneca, Brassica Campestris og kombinasjoner derav; og en syntetisk ester.

De dielektriske fluidsammensetninger kan anvendes i en elektrisk anordning så som f.eks. transformatorer, brytermekanisme, regulatorer og innkoblere.

I enda et annet aspekt er foreliggende beskrivelse rettet på en fremgangsmåte til å fremstille et dielektrisk fluid, inkludert å tilveiebringe minst én raffinert, bleket rapsfrøolje som er gjort luktfri med et hellepunkt på mindre enn ca. -20°C målt ved minst én av ASTM D97 og ASTM D5950; å behandle rapsfrøoljen med leire; å filtrere rapsfrøoljen for å produsere en prosessert rapsfrøolje.

De dielektriske fluidsammensetninger beskrevet heri har utmerkede elektriske egenskaper til og med når de er formulert med en minimal mengde av ikke-biologisk baserte forbindelser. I noen utforminger kvalifiserer den dielektriske fluidsammensetningen som minst én av: (1) lett biodegraderbar som definert ved USEPA OPPTS 835.3110; (2) endelig biodegraderbar som definert ved USEPA OPPTS 835.3100; og (3) biodegraderbar som målt ved fremgangsmåte OECD 301. Den utmerkede yteevnen ved lav temperatur til de vegetabilsk olje dielektriske fluidsammensetninger, så vel som deres omgivelsessikre og biobaserte natur, tillater anvendelse av fluidene i apparat og i klimatiske områder hvori vegetabilsk oljebaserte fluider ikke tidligere er blitt anvendt. Siden mange komponenter i de vegetabilsk olje dielektriske fluidsammensetninger er avledet fra fornybare, frøbaserte ressurser, kan fluidene lett produseres og med en rimelig kostnad.

Detaljer til én eller flere utforminger av oppfinnelsen er fremsatt i de vedlagte tegninger og beskrivelsen nedenfor. Andre trekk, hensikter og fordeler med oppfinnelsen vil være klart fra beskrivelsen og tegningene og fra kravene.

Kort beskrivelse av tegninger

Fig. 1 er et tverrsnittsriss av en transformator som inkluderer en vegetabilsk olje dielektrisk fluidsammensetning. Fig. 2 er en graf som viser viskositeten til dielektriske fluider over tid ved temperaturer på -10°C og -20°C.

Foreliggende beskrivelse er rettet på dielektriske fluidsammensetninger som inkluderer minst én raffinert, bleket vegetabilsk olje som er gjort luktfri (RBD). Den RBD vegetabilske olje har et hellepunkt på mindre enn ca. -20°C, fortrinnsvis mindre enn ca. -25°C, målt i henhold til hver av ASTM D97 eller ASTM D5950. Dette lave hellepunktet gjør de dielektriske fluidsammensetninger inkludert den RBD vegetabilske olje godt tilpasset anvendelse i elektriske apparater, særlig i kalde klima.

I én utforming er denne beskrivelsen rettet på en dielektrisk fluidsammensetning som består av minst én RBD vegetabilsk olje og én antioksidant. Den dielektriske fluidsammensetningen har et hellepunkt på mindre enn ca. -20°C, fortrinnsvis mindre enn ca. -25°C.

Betegnelsen RBD vegetabilsk olje som brukt heri refererer seg til rå vegetabilske oljer som er blitt ytterligere prosessert på et vegetabilsk oljeraffineri. Typisk, for å lage en RBD vegetabilsk olje, blir rå vegetabilsk olje avgummifisert etter tilsetting av vann etterfulgt av alkaliraffinering med en base så som NaOH, bleking med leire og gjort luktfri ved å bruke vakuumdampstripping. Slik RBD-prosessering av oljer er velkjent på området. Prosesseringstrinnene fjerner kontaminanter fra den rå vegetabilske olje som ville forårsake dårlig dielektrisk yteevne. Rå vegetabilske oljer inneholder også mer vokskomponenter som ville forårsake mindre ønskelig yteevne ved kalde temperaturer.

Hellepunktet til den dielektriske fluidsammensetningen kan måles ved hver av to forskjellige metoder, ASTM D97 eller ASTM D5950 (hellepunktmålinger pr. testmetoder heri kan variere så mye som + 3°C). ASTM D97, en manuell teknikk, er en akseptert standardtestmetode for bestemmelse av hellepunkt i elektrisk utstyrsindustri. Automatisert utstyr for å måle hellepunktet kan imidlertid i noen tilfeller tilveiebringe forbedret hastighet og konsistens ved ASTM-metode D5950. D5950-metoden er imidlertid ikke godkjent i elektrisk industri, skjønt smørefluidindustrien har konvertert til og godkjent en D5950 automatisert metode.

Den vegetabilske olje blir fortrinnsvis oppnådd ved prosessering av naturlig forekommende (ikke genetisk modifisert, eller ikke-GMO) frølager, som også kan oppnås fra genetisk modifiserte (GMO) frø, eller fra blandinger av oljer oppnådd fra GMO og ikke-GMO frø.

En egnet vegetabilsk olje for den dielektriske fluidsammensetning kan oppnås ved å prosessere GMO rapsfrø, ikke-GMO rapsfrø og kombinasjoner derav. Foretrukne oljer blir oppnådd fra frø dyrket i nord europeiske regioner. Oljer oppnådd fra ikke-GMO "vinter" rapsfrø dyrket i nord europeiske klimaer har særlig lave hellepunkter, og er foretrukket for anvendelse i elektriske apparater som benyttes i kaldt klima. Oljer oppnådd fra frøene til Brassica Juneca og Brassica Campestris plantene er særlig foretrukket, og egnede oljer er tilgjengelig fra Cargill, Inc., Minneapolis, MN, under handelsbetegnelsen Agri-Pure 60 rapsfrøolje.

Mens det ikke er ønskelig å bli bundet til noen teori, indikerer foreliggende tilgjengelig bevis at RBD-oljer oppnådd fra nord europeisk rapsfrø så som f.eks. Brassica Juneca og Brassica Campestris frø, har en fettsyrefordeling som resulterer i et hellepunkt på mindre enn ca. -20°C, fortrinnsvis mindre enn ca. -20°C, målt i henhold til hver av ASTM D97 eller ASTM D5950. Andre RBD rapsfrøoljer så som f.eks. de tilgjengelig fra nord amerikanske frølager, utviser et mye høyere hellepunkt på ca. -10 til ca. -16°C. Sammenlignet med disse nord amerikanske oljene kan nord europeiske rapsfrøoljer avledet fra Brassica Juneca og Brassica Campestris tilveiebringe en signifikant fordel ved lavtemperaturanvendelser.

Brassica Juneca og Brassica Campestris oljer brukt i den dielektriske fluidsammensetningen kan oppnås fra et enkelt års innhøsting, eller oljer fra forskjellige dyrkere kan blandes for å tilveiebringe en vegetabilsk olje dielektrisk fluidsammensetning med de ønskede elektriske, kjemiske og fysikalske egenskaper.

I tillegg til et eksepsjonelt lavt hellepunkt, har dielektriske fluidsammensetninger inkludert de foretrukne RBD Brassica Juneca og Brassica Campestris oljer utmerkede elektriske egenskaper etter egnet prosessering.

De dielektriske fluidsammensetningene har fortrinnsvis en dielektrisk styrke på minst ca. 55 kv, fortrinnsvis større enn ca. 60 kV. Den dielektriske styrken kan måles ved ASTM-metode D1816 ved å bruke et 0,08 tommer (2 mm) gap mellom VDE-elektroder. Bestemmelse av dielektrisk styrke er velkjent på området, og innenfor kunnskapen til fagpersonen.

Den dielektriske fluidsammensetningen har også fortrinnsvis et brennpunkt større enn 300°C, så vel som et flashpunkt større enn ca. 275°C. Både brannpunktet og flashpunktet kan måles ved ASTM D92. Bestemmelse av brannpunktet er velkjent på området og innenfor kunnskapen til fagpersonen.

Den dielektriske fluidsammensetningen har også fortrinnsvis en tapsfaktor (DF) ved 25°C på mindre enn ca. 0,1 %, og en tapsfaktor ved 100°C på mindre enn ca. 4°. Tapsfaktorene kan måles ved å bruke ASTM D924. Bestemmelse av tapsfaktor er velkjent på området og innenfor kunnskapen til fagpersonen.

Andre elektriske, kjemiske og fysikalske egenskaper er fremsatt i tabell 4 nedenfor.

For å sikre at den dielektriske fluidsammensetningen forblir flytbar ved relativt lave temperaturer, bør den vegetabilske olje brukt i sammensetningen fortrinnsvis ha en kinematisk viskositet mellom 2 og 15 cSt ved 100°C og mindre enn 110 cSt ved 40°C. Fortrinnsvis har fluidene brukt i den dielektriske fluidsammensetningen en kinematisk viskositet mellom ca. 20 og ca. 50 cSt ved 40°C.

En vanlig metode til å måle den kinematiske viskositeten ved 40/100°C er ASTM D445, imidlertid ved kuldegrader på -10°C og -20°C og kaldere, kan en annen teknikk anvendes. Flytespenning og viskositet ble målt ved å bruke et Cannon mini-rotasjonsviskometer (MRV) ved ASTM D3829. MRV funksjonerte som et konsentrisk sylinderviskometer hvori flytespenningen blir bestemt ved å observere bevegelsen av sylinderen under forskjellige typer anvendt spenning. F.eks. kan en 5 g vekt anvendes til å påføre flytespenning, og viskositeten kan bestemmes ved å måle tiden det tar for å gjennomgå tre omdreininger. Tiden blir multiplisert med en konstant, som avhenger av cellen brukt for målingen, og den anvendte spenning, for å bestemme den dynamiske viskositet i centipoise (cP). Den dynamiske viskositet i cP blir konvertert til kinematisk viskositet i centistokes (cSt) ved å dele den dynamiske viskositet med tettheten til fluidet på den spesifikke måletemperatur. Bestemmelse av viskositeter er velkjent på området og er innenfor kunnskapen til fagpersonen.

F.eks. kan tettheten bestemmes ved å bruke en 250 ml volumetrisk flaske med en 15 ml gradert sylinder som hals. Det indre volumet ble kalibrert med vann med kjent temperatur og masse før måling av fluidet. Tetthetene til fluidene ved temperaturen ble beregnet ved å bruke vekten av fluidet med det målte volum.

Den vegetabilsk olje dielektriske fluidsammensetningen inkluderer ytterligere én eller flere antioksidantforbindelser. Nyttige antioksidantforbindelser inkluderer f.eks. BHA (butylert hydroksyanisol), BHT (butylert hydroksytoluen), TBHQ (tertiært butylhydrokinon), THBP (tetrahydrobutrofenon), askorbylpalmitat (rosmarinolje), propylgallat, og alfa-, beta- eller delta-tokoferom (vitamin E).

Antioksidantforbindelsene kan være tilstede i den dielektriske fluidsammensetningen med mindre enn ca. 1 vekt%, fortrinnsvis mindre enn ca. 0,5 vekt%, basert på den totale vekten til sammensetningen.

I tillegg til de foretrukne rapsfrøoljer så som Brassica Juneca og Brassica Campestris kan enhver av de dielektriske fluidsammensetningene beskrevet heri eventuelt inkludere andre vegetabilske oljer som utvidere eller for å modifisere dets egenskaper, inkludert å justere hellepunktet. Enhver kommersielt tilgjengelig frøolje kan anvendes, og egnede ytterligere vegetabilske oljer inkludere f.eks. soyabønne, solsikke, kål, mais, oliven, bomullsfrø, safrantistel, vernonia, lesquerella og kombinasjoner derav. Av disse ytterligere oljer er soyabønneolje og solsikkeolje foretrukne.

De ytterligere vegetabilske oljer kan være tilstede eller anvendes i enhver mengde, så lenge som deres nærvær ikke hovedsakelig degraderer de fysikalske, kjemiske elektriske egenskapene til sammensetningen.

I en annen utforming består den vegetabilsk olje dielektriske fluidsammensetningen av minst én vegetabilsk olje som beskrevet over, minst én antioksidant som beskrevet over, og minst ett middel til nedsetting av hellepunktet. Et stort utvalg av forbindelser kan anvendes som midler for nedsetting av hellepunktet, og foretrukne midler inkluderer polvinylacetatoligomerer og polymerer og/eller akryloligomerer og polymerer. Egnede midler til nedsettelse av hellepunktet inkluderer (met)akrylater så som de tilgjengelig fra Rohmax, Philadelphia, PA, under handelsnavnet Viscoplex. Alkylmetakrylater med en molekylvekt på ca. 200000, så som Viscoplex 10-310 er blitt funnet å være spesielt egnet.

Midler for nedsettelse av hellepunktet kan anvendes alene eller eventuelt være ytterligere fortynnet med en vegetabilsk olje. Egnede vegetabilske oljer for fortynning av middel til nedsettelse av hellepunktet inkluderer f.eks. vegetabilsk oljefortynnede alkylmetakrylater tilgjengelig fra Functional Products, Makedonia, OH, under handelsbetegnelsen PD-551.

Middel for nedsettelse av hellepunkter er tilstede i den vegetabilsk olje dielektriske fluidsammensetning opptil ca. 4 vekt%, fortrinnsvis 0,2 vekt% til ca. 2 vekt%, og mer fortrinnsvis fra ca. 0,4 vekt% til 2 vekt%.

Sammensetninger av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje inkluderer en antioksidant og et middel for nedsettelse av hellepunktet som typisk har et hellepunkt på mindre enn ca. -30°C, fortrinnsvis mindre enn ca. -33°C, som målt med minst én av ASTM D97 og ASTM D5950. Inkludert disse tilsettinger har sammensetningen av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje typisk et brannpunkt som er større enn ca. 300°C, fortrinnsvis større enn ca. 350°C, og et flashpunkt som er større enn ca. 275°C, fortrinnsvis større enn ca. 325°C. Andre egenskaper til en sammensetning av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje med tilsetninger er vist i tabell 5 nedenfor.

Enhver av de dielektriske fluidsammensetningene beskrevet heri kan eventuelt inkludere en liten mengde av én eller flere tilsetninger for å inhibere vekst av mikroorganismer. Ethvert antimikrobielt stoff som er kompatibelt med det dielektriske fluidet kan blandes inn i fluidet. I noen tilfeller kan forbindelser som er nyttige som antioksidanter også anvendes som antimikrobielle midler. Det er f.eks. kjent at fenoliske antioksidanter så som BHA også utviser noe aktivitet mot bakterier, mugg, virus og protozoer, særlig når de anvendes med andre mikrobielle stoffer så som kaliumsorbat, sorbinsyre eller monoglyserider. Vitamin E, askorbylpalmitat og andre kjente forbindelser er også egnet for anvendelse som antimikrobielle tilsettinger.

Enhver av sammensetningene av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje beskrevet heri kan ytterligere eventuelt inkludere et fargemiddel så som en farge eller pigment. Enhver kjent farge eller pigment kan anvendes for denne hensikt, og mange er kommersielt tilgjengelige som mattilsetninger. De nyttigste fargestoffer og pigmenter er de som er oljeløselige. Fargestoffet er tilstede i sammensetningen i små mengder, typisk mindre enn ca. 1 ppm.

Under egnede omstendigheter kan enhver av sammensetningene av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje beskrevet heri eventuelt inkludere en liten mengde av én eller flere mineraloljeavledede oljer, så som f.eks. mineraloljer og/eller polyalfaolefiner. Mineraloljer fra nafteniske og parafiniske kilder blir typisk raffinert og prosessert til transformatorfluider som oppfyller den elektriske industriens standarder ASTM D3687. Egnede mineraloljebaserte dielektriske fluider inkluderer f.eks. de som er tilgjengelig fra Petro-Canada under handelsbetegnelsen Luminol TR, de tilgjengelig fra Calumet Lubricating Co. under handelsbetegnelsen Caltran 60-15, og de tilgjengelig fra Ergon Refining Inc. under handelsbetegnelsen Hivolt II. Egnede polyalfaolefiner har en viskositet fra ca. 2 cSt til ca. 14 cSt ved 100°C, og er tilgjengelig fra Chevron under handelsbetegnelsen Synfluid PAO, Amoco under handelsbetegnelsen Durasyn og Ethyl Corp. under handelsbetegnelsen Ethylflo. Særlig foretrukne polyalfaolefiner har en viskositet på ca. 4 cSt til ca. 8 cSt.

Mineraloljeavledede oljer og polyalfaolefiner kan inkorporeres i sammensetningen med mindre enn ca. 10 vekt%, fortrinnsvis mindre enn ca. 5 vekt%.

I en annen utforming er foreliggende beskrivelse rettet på en sammensetning av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje som inkluderer minst én vegetabilsk olje som beskrevet over, og en syntetisk esterforbindelse. I tillegg til den minst ene vegetabilske olje og syntetiske ester inkluderer den vegetabilsk olje dielektrisk fluid sammensetningen fortrinnsvis ytterligere en antioksidant som beskrevet over, og et middel for nedsettelse av hellepunktet som beskrevet heri.

Den syntetiske ester kan blandes med den vegetabilske olje og andre eventuelle komponenter i en mengde som er tilstrekkelig til å modifisere egenskapene til den dielektrisk fluidsammensetningen, særlig for ytterligere å senke hellepunktet for en spesiell kuldetemperaturanvendelse. Betegnelsen "syntetisk ester" som brukt heri refererer seg til estere fremstilt ved en reaksjon mellom: (1) en biobasert eller mineraloljeavledet polyol; og (2) en lineær eller grenet organisk syre som kan være biobasert eller mineraloljeavledet. Betegnelsen polyol som benyttet heri refererer seg til alkoholer med to eller flere hydroksylgrupper.

Mens de syntetiske estere kan avledes fra biologisk baserte forbindelser, mineraloljebiprodukter eller kombinasjoner derav, er biologisk baserte estere avledet fra fornybare forbindelser fremstilt av dyr og planter foretrukket.

Som brukt heri refererer betegnelsen biobasert seg til forbindelser avledet fra stoffer fremstilt av enten dyr og/eller naturlig forekommende eller dyrkede planter. Plante-og dyrekildene for de biobaserte forbindelser kan være GMO, ikke-GMO og kombinasjoner derav, og ikke-GMO-kilder er foretrukne. Betegnelsen "biobasert" har betydninger fremsatt i USD A FB4P (2002 Farm Bill), f.eks. 70 Fed. Reg. 1792 (11. januar 2005) og 71 Fed. Reg. 59862 (11. oktober 2006) (for å kodifiseres med 7 C.F.R. punkt 2902).

Egnede eksempler på biobaserte syntetiske estere inkluderer de fremstilt ved å omsette en polyol og en organisk syre med karbonkjedelengder på C8-C10 avledet fra en vegetabilsk olje så som f.eks. kokosnøttolje. Egnede syntetiske estere er tilgjengelige fra Cargill (Brasil) under handelsbetegnelsen Innovatti, så vel som fra Hatco Chemical Co., Kearney, NJ. Blant disse syntetiske estere er syntetiske pentaerytritolestere med C7-C9-grupper tilgjengelige under handelsbetegnelsen Envirotemp 200 (E200) fra Cooper Power Systems og Hatco 5005 fra Hatco Chemical Co., så vel som trimetylolpropan (TMP) estere med C8-C10-grupper tilgjengelig under handelsbetegnelsen EXP 1906 fra Innovatti og Hatco 2938 fra Hatco Chemical Co., særlig vel egnet for anvendelse i sammensetningene av de elektriske fluider. Andre polyoler som er egnet for å reagere med organiske syrer for å fremstille syntetiske estere inkluderer f.eks. neopentylglykol, dipentaerytritol, og 2-etylheksyl, n-oktyl, isooktyl, isononyl, isodecyl og tridecylalkoholer.

De syntetiske estere kan anvendes i sammensetningen av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje opptil ca. 70 vekt%, fortrinnsvis ca. 30 vekt% til ca. 70 vekt%, og enda mer fortrinnsvis ca. 25 vekt% til 70 vekt%. Generelt resulterer større mengder av den syntetiske ester i en sammensetning av dielektrisk fluid med et lavere hellepunkt. F.eks. har noen sammensetninger av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje som inkluderer opptil ca. 30 vekt% syntetiske estere et hellepunkt på mindre enn ca. -38°C, mens noen sammensetninger som inkluderer opp til ca. 70 vekt% syntetisk ester har et hellepunkt på mindre enn ca. -50°C, i henhold til minst én av ASTM D97 og ASTM D5950.

Mens inkorporering av ikke-biobaserte syntetiske materialer kan forbedre visse egenskaper til sammensetningene av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje beskrevet ovenfor, øker også tilsetning av disse forbindelser omkostningene og kan redusere sammensetningens "omgivelsesvennlige" natur. For å sikre at søl eller lekkasje av sammensetningen av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje ikke vil ha signifikant innflytelse på omgivelsene bør sammensetningen fortrinnsvis være biodegraderbar, ikke-toksisk og formulert med et minimum av ikke-basert materiale. Sammensetningen av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje bør fortrinnsvis inkludere minst 70 % biobasert materiale og mer fortrinnsvis ca. 72,5 % biobasert materiale.

F.eks. kan biobasert innhold bestemmes ved å bruke ASTM-metode D6866, som er basert på mengden av biobasert karbon i materialet som prosent av massen av det totale organiske karbon i produktet.

Sammensetningene av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje beskrevet ovenfor bør også fortrinnsvis formuleres for å inkludere en minimal mengde av ikke-biodegraderbart materiale. Mengden av syntetiske og/eller ikke-biodegraderbare tilsetninger i sammensetningen av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje bør fortrinnsvis være begrenset slik at sammensetningen kvalifiserer som minst én av: (1) lett biodegraderbar som definert av USEPA OPPTS 835.3110; (2) endelig biodegraderbar som definert ved USEPA OPPTS 835.3100; og (3) biodegraderbar som målt ved metoden OECD 301.

Lett biodegraderbart som definert ved USEPA OPPTS 835.3110 er en tilfeldig klassifisering av kjemikalier som har passert visse spesifiserte screeningtester for endelig biodegraderbarhet.

Disse testene er så strenge at det er antatt at slike forbindelser vil hurtig og fullstendig biodegraderes i vandige omgivelser under aerobe forhold.

Endelig biodegraderbarhet som definert ved USEPA OPPTS 835.3100 er nedbrytning av en organisk forbindelse til CO2, vann, oksider eller mineralsalter av andre elementer, og/eller til produkter assosiert med normale metabolske prosesser i mikroorganismer.

Sammensetningene av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje beskrevet over bør fortrinnsvis formuleres slik at de er essensielt fri for GMO-materiale, som betyr at sammensetningen ikke inkluderer mer enn ca. 5 vekt% GMO-materiale. Enda mer fordelaktig bør sammensetningen være hovedsakelig fri for GMO-materiale (ikke mer enn ca. 1 vekt% GMO), og mest fortrinnsvis fullstendig fri for GMO-materiale, som betyr at intet GMO-materiale er tilstede i sammensetningen unntagen som urenheter. I den foreliggende søknad ekskluderes det hovedsakelig ikke fullstendig, f.eks. at en sammensetning som er hovedsakelig fri for GMO-materiale kan være fullstendig fri for GMO-materiale. Når det er nødvendig kan ordet hovedsakelig fjernes fra definisjonen av oppfinnelsen.

Sammensetningene av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje beskrevet over kan fremstilles ved å ta kommersielt tilgjengelig raffinert, bleket og luktfri (RBD) vegetabilske oljer og behandle oljene for p fjerne urenheter og forbedre elektriske egenskaper. RBD-oljene blir typisk behandlet ved å fjerne fuktighet og omrøring med et absorberende middel, så som en aktivert leire, for å fjerne urenheter, som kan være ødeleggende for de dielektriske egenskapene til oljene. I tillegg til eller istedenfor leirebehandlingstrinnet kan RBD-oljer oppvarmes og/eller filtreres for å fjerne partikler, mikroorganismer og liknende.

Fortrinnsvis blir RBD-oljene behandlet ved å tilsette ca. 10 vekt% oppvarmet leire (170°C) til den oppvarmede olje under omrøring. Oljen ble deretter filtrert for å fjerne leirepartikler som inneholder de absorberende kontaminanter etterfulgt av vakuumprosessering til mindre enn ca. 10 torr.

Typisk ved å følge disse eller lignende behandlingstrinn inneholder foretrukne prosesserte oljer maksimalt ca. 200 ppm vann, mer fortrinnsvis maksimalt ca. 100 ppm vann.

Etter trinnene for å fjerne urenheter kan de prosesserte oljer anvendes alene som dielektriske fluider i elektriske apparater. Før anvendelse er imidlertid oljene typisk blandet med tilsetninger beskrevet ovenfor, f.eks. antioksidanter, midler til nedsettelse av hellepunktet, fargemidler og liknende. De prosesserte oljene kan ytterligere blandes med ytterligere vegetabilske oljer, syntetiske estere, syntetiske eller mineraloljeavledede oljer og liknende for å skreddersy deres egenskaper for en spesiell anvendelse.

I en annen utforming er foreliggende beskrivelse rettet på elektriske apparater som har i seg en sammensetning av dielektrisk fluid inkludert minst én RBD vegetabilsk olje som beskrevet over og en antioksidant. Sammensetningen med dielektrisk fluid har et hellepunkt på ca. -20°C, fortrinnsvis mindre enn ca. -25°C, som målt i henhold til én av ASTM D97 eller ASTM D5950.1 tillegg til antioksidanten kan sammensetningen av dielektrisk fluid i det elektriske apparatet ytterligere inkludere enhver av tilsetningene beskrevet over, inkludert f.eks. midler for nedsettelse av hellepunktet, ytterligere vegetabilske oljer, syntetiske estere, mineraloljer, polyalfaolefiner og liknende.

Sammensetningen av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje kan inkorporeres i ethvert elektrisk utstyr eller apparat inkludert men ikke begrenset til transformatorer, koblingsanlegg, regulatorer og gjeninnkoblingsanordninger.

F.eks. ved å referere til fig. 1 inkluderer en transformator 10 et tanklegeme 12 som innelukker en transformatorkjernespolemontasje og vindinger 15. Kjernespolemontasjen og vindingene 15 er minst delvis nedsenket i et dielektrisk fluid 18. Rommet mellom en overflate av fluidet 18 og tanklegemet 12, referert til som tomrommet 20, kan eventuelt inkludere en oksygenpermeabel beholder 24 som huser en oksidasjonsreduserende sammensetning 22 slik som de beskrevet i US 2005/0040375. F.eks. er en ferdigpakket oksygenkonsumerende forbindelse, tilgjengelig kommersielt under Ageless og Freshmax handelsnavn, og som kan pakkes i en sekk konstruert av oksygenpermeabel polymerfilm, en polyesterfilt eller cellulosepapp. Tanklegemet 12 kan også inkludere eventuelle trekk så som en gjenget plugg 28 med en innsynsport 30, og en trykkfrigjøringsanordning 40.

Sammensetningene av dielektrisk fluid blir fortrinnsvis innført i det elektriske apparatet på en måte som minimaliserer eksponering av fluidet til atmosfærisk oksygen, fuktighet og andre kontaminanter som kunne påvirke deres yteevne negativt. En foretrukket prosess inkluderer tørking av tankinnholdene, evakuering og substitusjon av luft med tørr nitrogengass, fylling under delvis vakuum og øyeblikkelig forsegling av tanken. Hvis den elektriske anordning krever et tomrom mellom det dielektriske fluidet og tankdekselet, kan etter fylling og forsegling av tanken gassen i tomrommet evakueres og substitueres med en inertgass, så som tørr nitrogen.

Elektriske transformatorer og koblingsanlegg er typisk konstruert ved å senke kjernene og vindingene og annet elektrisk utstyr ned i et dielektrisk fluid og lukke de nedsenkede komponentene i et forseglet hus eller tank. Vindingene i større utstyr blir også hyppig pakket med et cellulose- eller papirmateriale. Sammensetningene av dielektrisk fluid med vegetabilsk olje beskrevet heri kan også anvendes til å beskytte og utvide den nyttige tjenestetiden til cellulosekjeder av papirinsulerende materiale. Mens man ikke ønsker å være bundet til noen teori indikerer foreliggende tilgjengelige bevis at de dielektriske fluidene med vegetabilsk olje absorberer vann fra papiret, som forhindrer papiret fra hydrolyttisk degradering, og tilveiebringer langkjedede fettsyrer som transesterifiserer cellulosen og ytterligere reduserer papirnedbrytning, spesielt ved høyere operative temperaturer for utstyret.

Sammensetningene av dielektriske fluider med vegetabilsk olje kan også anvendes til å tilbakefylle eksisterende elektrisk utstyr som inkorporerer andre, mindre ønskelige elektriske fluider. Tilbakefylling av eksisterende utstyr kan utføres ved å bruke enhver egnet metode kjent på området, skjønt på grunn av den økte sensitiviteten til fluider med vegetabilsk olje for fuktighet, kan komponentene i det elektriske utstyret eventuelt tørkes før innføring av det vegetabilsk olje baserte dielektriske fluid. Dette kan være særlig nyttig hvis utstyret inkluderer cellulose eller papirinnpakking, som kan absorbere fuktighet over tid. På grunn av den relativt høye løseligheten av vann i vegetabilske oljer kan en vegetabilsk oljefluid i seg selv anvendes til å tørke ut eksisterende elektrisk utstyr.

EKSEMPLER

Eksempel 1

Tre forskjellige prøver av RBD europeisk rapsfrøolje som representerer minst tre forskjellige avlingsår ble oppnådd og testet. Oljene ble oppnådd fra et raffineri i Antwerpen, Belgia, som hadde rapsfrø fra de foretrukne typer av slektene og artene Brassica Juneca og Brassica Campestris.

Resultatene er vist i tabell 1 nedenfor.

Eksempel 2

Hellepunktene for følgende fluider ble målt i henhold til ASTM D97 og ASTM D5950, og resultatene er vist i tabell 2.

Eksempel 3

Prøvene med europeisk soyabønneolje og europeisk rapsfrøolje ble oppnådd for analyse. Rapsfrøoljen var Cargill Agri-Pure 60 fra Antwerpen, Belgia, og inkluderte de foretrukne typer av slektene og artene Brassica Juneca og Brassica Campestris. Som mottatt hadde RBD soyabønneolje et hellepunkt på ca. -10 til ca. -16°C i henhold til ASTM D5950, mens RBD rapsfrøoljen hadde et hellepunkt på -26°C.

Egenskapene til oljene er vist i tabell 3 nedenfor.

De prosesserte oljer ble deretter blandet med tilsetninger for å forsterke deres yteevne som elektrisk insulerende fluider. De prosesserte oljer blir blandet med 0,40 vekt% BHT antioksidant, og 1,0 vekt% av et hellepunktnedsettende middel, Viscoplex 10-310, tilgjengelig fra Rohmax, Philadelphia, PA.

Egenskapene til de resulterende blandinger er vist i tabell 5 nedenfor.

Eksempel 4

Euro rapsfrøoljen fra eksempel 2 ble blandet med forskjellige syntetiske estere som vist i tabell 6 nedenfor.

I tabell 6 refererer soyabønneolje seg til et soyabønneavledet dielektrisk fluid tilgjengelig fra Cooper Power Systems, Waukesha, WI, under handelsbetegnelsen Envirotemp FR3 fluid.

Alle blandinger i tabell 6 inneholder opptil 1,0 vekt% hellepunktnedsettende middel (Viscoplex 10-310, tilgjengelig fra Rohmax), og opptil 0,4 vekt% antioksidant i vegetabilsk olje.

Cl og C2 representerer sammenligningseksempler.

E200 *= syntetisk pentaeritritolester med C7-C9-grupper tilgjengelig fra hatco Chemical Co. under handelsbetegnelsen Hatco 5005

EXP 1906 = syntetisk ester med C8-C10-grupper tilgjengelige fra Hatco Chemical Co. under handelsbetegnelsen Hatco 2938.

Eksempel C2 sammenlignet med eksempler 3-2 og 3-4 viser den forbedrede kuldetemperaturyteevnen til euro-rapsfrøfluid sammenlignet meden soyabønneoljebasert fluid.

Eksempel 5

100 % euro-rapsfrøolje fira eksempel 2 ble blandet med tilsetninger og testet for å bestemme viskositeten over utvidede tidsperioder ved lav temperatur. Likeledes ble testen også utført på soyabønneoljeavledet dielektrisk fluid tilgjengelig fra Cooper Power Systems, Waukesha, Wl, under handelsbetegnelsen Envirotemp FR3 fluid. Resultatene er vist i fig. 2.

Resultatene i fig. 2 viser at, når det innføres i elektrisk kraftutstyr, opprettholder de hovedsakelig biobaserte og biodegraderbare formuleringer i henhold til den foreliggende beskrevne sammensetningen av dielektrisk fluid en relativt konstant viskositet for en utvidet tidsperiode sammenlignet med en konvensjonell vegetabilsk olje.

Forskjellige utforminger av oppfinnelsen er blitt beskrevet. Disse og andre utforminger er innenfor området til de følgende vedlagte krav.

Claims (16)

1. Elektrisk anordning, karakterisert ved at den inneholder en dielektrisk fluidsammensetning, der den dielektriske fluidsammensetningen omfatter minst én raffinert, bleket og luktfjernet rapsfrøolje avledet fra ikke-GMO vinter-rapsfrø dyrket i et nordeuropeisk klima.

2. Elektrisk anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den dielektriske fluidsammensetningen har et ytterligere omfatter minst én av et hellepunktsnedsettende middel og en antioksidant.

3. Elektrisk anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at antioksidanten er valgt fra gruppen som består av butylert hydroksyanisol (BHA), butylert hydroksytoluen (BHT), tertiært butylhydroksykinon (TBHQ), tetrahydroksybutrofenon (THBP), askorbylpalmitat, propylgallat, alfa-, beta- eller delta-tokoferol og kombinasjoner derav..

4. Elektrisk anordning ifølge ethvert av kravene 1-3, karakterisert ved at den dielektriske fluidsammensetningen ytterligere omfatter en syntetisk ester.

5. Elektrisk anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at den syntetiske esteren er avledet fra biologisk baserte forbindelser, petroleumsbiprodukter og kombinasjoner derav.

6. Elektrisk anordning ifølge ethvert av kravene 4-5, karakterisert ved at den syntetiske esteren er avledet fra biologisk baserte forbindelser.

7. Elektrisk anordning ifølge ethvert av kravene 4-6, karakterisert ved at den dielektriske fluidsammensetningen omfatter minst 30 vekt% av rapsfrøoljen

8. Elektrisk anordning ifølge ethvert av kravene 1-7, karakterisert ved at den dielektriske fluidsammensetningen ytterligere omfatter en andre vegetabilsk olje.

9. Elektrisk anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at den andre vegetabilske oljen er valgt fra gruppen som består av soyabønne, kål av slekten Crambe, mais, oliven, bomullsfrø, safran, vernonia, lesquerella og kombinasjoner derav.

10. Elektrisk anordning ifølge ethvert av kravene 8-9, karakterisert ved at de vegetabilske oljene har en viskositet på mellom 2 og 15 cSt ved 100 °C, og mindre enn 110 cSt ved 40 °C.

11. Elektrisk anordning ifølge ethvert av kravene 1-10, karakterisert ved at den dielektriske fluidsammensetningen ytterligere omfatter et fargestoff.

12. Elektrisk anordning ifølge ethvert av kravene 1-11, karakterisert ved at den elektriske anordningen er valgt fra en transformator, et koplingsanlegg, en regulator og en gjeninkobler.

13. Fremgangsmåte for fylling av en transformator med et dielektrisk fluid, karakterisert ved at den omfatter å: - fjerne den opprinnelige dielektriske fluidsammensetningen, og - erstatte den opprinnelige dielektriske fluidsammensetningen med en ny dielektrisk fluidsammensetning ifølge ethvert av kravene 1-11

14. Fremgangsmåte for å senke hastigheten på degradering av et papirisolerende materiale i en transformator som omfatter en leder som er isolert med det papirisolerende materialet, karakterisert ved å benytte en dielektrisk fluidsammensetning ifølge krav 1 i nevnte transformator.

15. Fluidsammensetning, karakterisert ved at den består av den dielektriske fluidsammensetningen ifølge krav 1 og en antioksidant, der fluidsammensetningen har et hellepunkt på mindre enn 25 °C.

16. Fluidsammensetning, karakterisert ved at den består av den dielektriske fluidsammensetningen ifølge krav 1, en antioksidant og en syntetisk ester.