절연성 액체의 조성물 및 그의 제조방법 document_id A220623064805

전기적 트랜스포머의 수명 향상은 현대의 전력 오퍼레이션 기술의 필수 부분이다. 절연성 오일의 에이징(aging) 또는 열화는 보통 산화와 관련되어 있다. 산소 및 물의 존재로 인하여, 절연성 오일은 이상적 조건하에서도 산화된다. 오일의 절연 특성은, 오일에 용해되는 트랜스포머 내의 고체 물질로부터 생긴 오염물에 의해 영향을 받는다. 오일 중의 불안정한 탄화수소와 산소, 수분 또는 대기 중의 다른 화학물질의 열과 같은 가속제의 보조에 의한 반응은 오일 중에서 붕괴(decay) 생성물을 초래한다. 무기오일 절연성 액체는 산소 존재하에서 산화적 분해를 거쳐 다수의 산화 생성물을 생성한다. 산화의 최종 생성물은 산성 물질이어서 절연성 액체의 특성에 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 전기적 설비의 부품에 손상을 준다. 정당한 과정에서 고온은 절연성 액체의 산화를 유발하고 궁극적으로 충분한 양의 슬러지 및 가용성 산을 생산하여 열전달 및 유전체 효율을 부여한다. 슬러지 형성은 열화 과정의 마지막 단계이다. 산화 과정에서 형성된 산은 셀룰로오스 섬유 및 금속 비누를 형성하는 금속, 래커, 알데히드, 알코올 및 케톤을 공격해서, 절연체 상에 다량 머무르는 산성 슬러지로 석출된다. 슬러지는 과잉량 로딩되고, 고온에서 작동하고 남용되는 트랜스포머에서 더 빠르게 나타나서, 니스 및 셀룰로오스 물질 누출을 통하여 절연의 축소를 유발한다. 트랜스포머 오일의 주요 목적은 트랜스포머를 절연하고 냉각시키는 것이다. 상세한 설명은 좋은 시작이지만 트랜스포머에 꼭 맞는 오일을 찾기 위해서 더 자세한 내용이 필요하다. 모든 트랜스포머 및 이들의 요건은 상이하다. 이용성, 성능 및 그의 기하학적 조건 등의 각 트랜스포머의 필요에 맞추어진 올바른 오일이 필요하다. 트랜스포머에 사용하기에 탁월한 특성을 갖는 나프탈렌 오일이 가장 훌륭하다. 이는 고온에서 이들의 낮은 점도 및 아주 저온에서 탁월한 용매성으로 인한 것이다. 이들은 높은 산화 안정성 및 양호한 전기적 특성을 가지고 있으므로, 트랜스포머에 대한 완벽한 선택으로 된다. 절연성 액체의 제조를 위한 종래 기술에서, 일반적으로 무기 오일 또는 무기 오일과 합성 액체의 조합 또는 합성 액체 단독이 사용되었다. 관심의 대상은 이러한 오일 기제(oil base)의 사용이 성능을 향상시키는지 여부이었다. 2004년 4월 27일 Goedde 등에 허여된 미국특허 6,726,857호 및 미국특허 6,485,659호 (쿠퍼 인더스트리스 인코포레이티드) "전기적 장치에 사용하기 위한 규정된 화학 조성을 갖는 유전체 액체"를 참조할 수 있다. 밀폐되고 통기되지 않는 트랜스포머에 사용하기 위한 유전체 착색제는 종이 절연층의 분해 감소 뿐만 아니라 고도의 안전도 및 환경적 수용성을 비롯한 성능 특징을 향상시켰다. 방향족 탄화수소(비페닐 에탄 또는 에틸 나프탈렌과 같은 디 또는 트리 아릴 에탄)의 구성, 폴리알파올레핀, 폴리올 에스테르, 및 천연 채소오일과 함께 유동점을 향상시키기 위한 첨가제는 안정성을 증가시키고 산화속도를 감소시킨다(무기 오일, 폴리알파올레핀, 폴리올 에스테르 및 천연 채소 오일의 블렌드). 2003년 11월 11일 오멘 등에 허여된 미국특허 6,645,404호(ABB Technology AG(Zurich, CH)) "고 올레산 오일 조성 및 그의 제조방법 및 전기적 절연성 액체 및 그를 포함하는 장치"를 참조할 수 있다. 35 KV/100 mil 갭의 유전체 강도 특성, 25 NC에서 0.05% 미만의 발산 인자(dissipation factor), 0.03 mg KOH/g 미만의 산도, 25 NC에서 1 pS/m미만의 전기적 도전성, 250 NC 이상의 인화점을 갖는 고 올레산 트리글리세리드와 첨가제가 전기적 절연 액체로서 기재되어 있다. 2002년 1월 22일 캐논 등에게 허여된 미국특허 6,340,658호, Wavely Light and Power (Waverly, IA) Vegetable-based transformer oil and transmission line fluid를 참조할 수 있다. 기유(base oil)는 수소화되어 최대 가능한 오일의 안정성, 또는 다르게는 더 높은 올레산 오일을 생성한다. 바람직한 양태의 채소오일은 대두유 또는 옥수수유이다. 오일은 오일을 가열할 필요없이, 결정화된 지방을 제거하고 또 기유의 유동점을 향상시키기 위하여 내한처리(winterized)될 수 있다. 기유는 유동점을 향상시키고, 냉각 특성을 향상시키며 또 유전체 안정성을 향상시키기 위해 특이적으로 고안된 물질을 함유하는 첨가제 팩키지와 조합될 수 있다. 상기 액체는 트랜스포머 및 트랜스미션 라인과 같은 전기적 부품에 유용하다. 이것은 또한 상기 액체의 제조방법 및 액체 충전된 전기적 부품을 제공한다. 본 발명자에 의해 출원된 특허는 다양한 유형의 윤활제에서 청정-분산제 녹 방지 첨가제로서 중질 알킬 벤젠 알칼리성 토금속 설포네이트의 사용을 개시하였다(CSIR에 배당된 A.K. Singh 등에 의한 특허출원 IPA 번호 1306/DEL/1998 0026# 1307/DEL/1998). 알킬 벤젠은 1개의 벤젠 또는 톨루엔 방향족 고리를 갖는 일, 이 및 다중 치환된 알킬 방향족화합물이며 또 1 내지 15개, 바람직하게는 10 내지 15개 탄소원자를 갖는 직쇄 또는 측쇄 파라핀 사슬, 바람직하게는 모노 및 디 알킬 벤젠이다. 알킬 벤젠은 (1) 청정제 공업에서 선형 알킬 벤젠(LAB), (2) 촉매적 개질기(reformer)에서 제조된 중질 방향족화합물(aromatic) 및 (3) 나프타 또는 가스 스팀 크래커(cracker) 액체 생성물의 제조 동안 생기는 부산물로서 생성된다. 알킬 벤젠은 치환된 벤젠으로 구성되며 또 어떠한 폴리방향족화합물/축합된 고리 또는 올레핀 화합물도 알킬 벤젠에 존재하지 않는다. 이것은 윤활제의 무기 기제 스톡(mineral base stock) 대신 사용될 수 있다. 이것은 윤활제의 유해 가능성을 줄일 것이다. 양호한 절연성, 열의 발산, 안정성, 항부식 특성 및 친환경적인 것과 같은 필요한 특성을 제공한다. 무기 오일에서 흔히 발견되는 유해한 다핵성 방향족 탄화수소를 갖지 않고 오염이 덜한 신규한 절연성 액체 조성물의 개발이 요청되고 있다. 이들 목적은 긴급한 성능 기준을 동시에 만족하면서 예컨대 양호한 절연성, 열의 발산, 안정성 및 항부식성을 충족시켜야 한다.