ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ЖИДКАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА Российский патент 2010 года по МПК H01B3/20 H01F27/12 

Изобретение относится к области электротехники, для получения электроизоляционных жидких композиций на основе растительных масел и применения их в качестве охлаждающей диэлектрической жидкости для силовых и распределительных трансформаторов, реакторов, силовых кабелей. В настоящее время за рубежом в электротехнической промышленности применяются электроизоляционные жидкие композиции на основе растительных масел: Envirotemp, Biotemp и Midel (T.V.Oommen "Vegetable oils for liquid-filled transformers", IEEE Electrical Insulation Magazine, №1, 2002 г., том 18, стр.6÷11) [1], Biotemp и Midel (M.Hammer, R.Badent, A.J.Schwab "Electrcal properties of rape-seed oil", Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2002, стр.83÷86) [2], которые применяются в электротехническом оборудовании средней и малой мощности в Европе, Канаде, США уже в течение 10÷15 лет. Применение таких жидкостей позволило повысить уровень пожарной безопасности и экологии электротехнического оборудования.

Общие признаки рассматриваемых жидких композиций:

1. Основной компонент - очищенное растительное масло.

2. Модифицирующие добавки:

- антиоксиданты (ингибиторы окисления);

- антисептики;

- разбавители.

Известна электроизоляционная жидкость на растительном масле или смеси растительных масел, являющихся триглицеридами растительных кислот (олеиновой, эруковой, пальмитиновой, стеариновой и ряда других насыщенных и ненасыщенных кислот). (Патент US 2002109128 (A1), класс Н01В 3/20, опубликован 15.08.2002 г.) [3] Жидкость содержит антиоксидант, выбранный из группы: бутилированный гидроанизол, трет-бутилгидрохинон, бутилированный гидротолуол, трагидробутрофенон, аскорбилпальмитат, пропилгаллат и α-токоферол, β-токоферол, Δ-токоферол. В качестве разбавителя в состав этой композиции входят вещества, выбранные из группы: олигомеры поливинилацетата, акриловые олигомеры, поливинилацетатные и акриловые полимеры, а также их смеси. Недостатком данной композиции является низкий уровень вязкости. Применяется она для оборудования генерирования и распределения электроэнергии.

В другом изобретении (Патент WO 0078900 (A1), класс Н01В 3/20, опубликован 28.12.2000 г.) [4] предложена электроизоляционная жидкость на основе высокоолеинового соевого масла, имеющего в составе антиоксиданты. В качестве антиоксиданта применяется трет-бутилгидрохинон, который вводится в количестве (0,02÷1,0) мас.%. Также рассматривается применение смеси антиоксидантов: лимонная кислота в количестве (0,001÷0,1) мас.% и трет-бутилгидрохинон в количестве (0,02÷1,0) мас.%. В качестве разбавителя применяются сложные метиловые эфиры, имеющие в молекулярной цепи (16÷18) атомов углерода. Общим недостатком приведенных выше изобретений является применение недостаточно эффективных антиоксидантов, что может негативно сказаться на стабильности диэлектрических свойств этих композиций в процессе эксплуатации оборудования.

Наиболее близкой к предлагаемым композициям нашего изобретения является диэлектрическая жидкость на основе растительного (рапсового или подсолнечного) масла, которая используется для электротехнического оборудования, силовых трансформаторов (Патент US 2006030499 (A1), класс Н01В 3/20, опубликован 09.02.2006 г.) [5]. В состав композиции входит от (0,1÷0.3) мас.%, антиоксиданта или смеси нескольких антиоксидантов: бутилированный гидроксианизол, бутилированный гидрокситолуол, моно-трет-бутилгидрохинон. Для улучшения технологических свойств в состав композиции вводят (1÷24) мас.% изоляционных жидкостей, выбранных из группы, состоящей из минерального масла, синтетических эфиров, синтетических углеводородов.

Композиция имеет следующие технические показатели:

1) электрическая прочность - не менее 35 кВ/2,5 мм;

2) температура застывания - не более минус 25°С;

3) температура возгорания - не менее 300°С;

4) окислительная стабильность - не менее 100 часов.

Недостатком данного решения является пониженный уровень диэлектрической прочности и окислительной стабильности композиции (100 часов).

Существенными признаками предлагаемого нами изобретения является введение в состав растительного масла комплекса новых добавок, которые способствуют повышению уровня стабильности свойств электроизоляционной композиции в процессе ее эксплуатации. Это позволит повысить уровень надежности и долговечности электротехнической аппаратуры: силовых и распределительных трансформаторов, реакторов, конденсаторных колонок, силовых кабелей. Целью настоящего изобретения является, по сравнению с наиболее близким аналогом, (прототипом), повышение уровня диэлектрических свойств и окислительной стабильности композиции на основе растительного масла при сохранении на достаточно высоком уровне ее технологических свойств.

В качестве основы композиции используется растительное масло: рапсовое, подсолнечное, кукурузное или смесь этих масел, которые имеют высокий уровень содержания жирных эфиров олеиновой кислоты. Масло предварительно очищают от примесей: рафинируют, отбеливают, дезодорируют. В состав масла для повышения уровня диэлектрических свойств и окислительной стабильности вводится комплекс специальных добавок, которые впервые применены в данной техническом решении: ингибиторы окисления совместно с синергистами, хелатирующими агентами для связывания катионов металлов, антибактериальные вещества. Для понижения уровня вязкости и температуры застывания в состав композиции вводятся низковязкие разбавители:

1. В качестве ингибиторов окисления (первичных стабилизаторов) применены алкилфенолы (2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, 3-трет-бутил-4-оксианизол, 2-трет-бутил-4-оксианизол и их смеси) и 4-гидроксидифениланилин в количестве (0,1÷0,5) мас.%.

2. В качестве синергистов применены диалкилсульфиды: бис(стеарилпропионат) сульфид, бис(лаурилпропионат) сульфид, 4,4'- диаминодифенилсульфид и их смеси в количестве (0,1÷0,5) мас.%.

3. В качестве хелатирующих агентов применены 8-оксихинолин, 8-оксихинальдин, антраниловая кислота, дисалицилиденалкилдиамины в количестве (0,1÷0,5) мас.%.

4. В качестве антисептиков применены 8-оксихинолин, 8-оксихинальдин, бензойная кислота в количестве (0,05÷0,5) мас.%.

Усиление ингибирующего эффекта добавок достигается за счет одновременного введения синергистов (вторичных стабилизаторов) и хелатирующих веществ, которые совместно усиливают действие основных ингибиторов (первичных стабилизаторов). Следует отметить особую роль хелатов (8-оксихинолина и 8-оксихинальдина), которые являются одновременно и хелатирующими агентами, и антисептиками. Для поддержания низкого уровня вязкости и уменьшения температуры застывания масла в качестве разбавителей применены низковязкие сложные эфиры на основе фталевой кислоты и первичных насыщенных спиртов. Спирты содержат в молекулярной цепи (2÷8) атомов углерода. Эфиры вводили в количестве (5,0÷20,0) мас.%. Смешивание масла с добавками осуществляется в реакторе, снабженном мешалкой и обогревом.

Способ приготовления композиции:

а) - в реактор загружают очищенное масло;

б) - нагревают до температуры 40±5°С;

в) - вводят добавки;

г) - смешивают компоненты в течение 30÷60 минут;

д) - охлаждают до температуры окружающей среды.

Испытание композиций проводят по следующим параметрам:

1. Пробивное напряжение при ас по МЭК 60158 (2.5 мм), кВ, min;

2. Тангенс угла диэлектрических потерь при 25°С по МЭК 60247;

3. Окислительная стабильность по МЭК 61125С, час;

4. Вязкость при 40° по ИСО 3104, сСт;

5 Температура застывания по МЭК 60814,°С.

Составы исследуемых композиций (мас.%) приведены в примерах: 1÷4.

Пример 1

- 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол 0,5 - бис(лаурилпропионат)сульфид 0,5 - 8-оксихинолин 0,5 - диоктилфтала 20,0 - рапсовое масло 78,5

Пример 2

- 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол 0,1 - бис(лаурилпропионат)сульфид 0,1 - 8-оксихинолин 0,1 - диоктилфталат 5,0 - рапсовое масло 94,7

Пример 3

- 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол 0,5 - бис(стеарилпропионат)сульфид 0,5 - 8-оксихинальдин 0,5 - дибутилфталат 5,0 - смесь масел (рапсовое и подсолнечное (1:1) по массе) 93,5

Пример 4

- 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол 0,1 - бис (стеарилпропионат) сульфид 0,1 - 8-оксихинальдин 0,1 - дибутилфталат 20,0 - смесь масел (рапсовое и подсолнечное 1:1 по массе) 79,7

Результаты испытаний исследуемых композиций Наименование показателей Примеры   1 2 3 4 Пробивное напряжение ас кВ, min 53 54,5 52 51,5 Тангенс угла диэлектрических потерь при 25°С 0,02 0,03 0,03 0,03 Окислительная стабильность, час, не менее 164 164 164 164 Вязкость при 40°С, сСт 25 30 31 28 Температура застывания,
°С -28 -20 -20 -23

Из анализа результатов проведенных испытаний следует, что повышение значения диэлектрических свойств и окислительной стабильности в электроизоляционных жидких композициях на основе растительного масла происходит за счет введения комплекса специальных добавок: ингибиторов окисления на основе алкилфенолов совместно с синергистами на основе алкилсульфидов, хелатирующими веществами, антисептиками, и разбавителями на основе алкилфталатов при следующем соотношении компонентов, (мас.%):

- алкилфенолы 0,1÷0,5 - диалкилсульфиды 0,1÷0,5 - хелатирующие-вещества 0,1÷0,5 - антисептики 0,05÷0,5 - разбавители 5,0÷20,0 - растительное масло (или смесь масел) 78,5÷94,7

Введение в растительное масло (или в смесь масел) предлагаемого комплекса добавок (ингибиторов окисления совместно с синергистами, хелатирующими веществами) приводит к росту диэлектрических свойств и окислительной стабильности, что мы наблюдаем в сравнении с показателями в композиции близкого аналога (прототипа), а именно:

1. Пробивное напряжение увеличилось на (16.5÷8.5) кВ.

2. Окислительная стабильность увеличилась на 64 часа.

Предлагаемая композиция имеет достаточно высокий уровень технологических свойств (пониженные вязкость и температура застывания). Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает более высокое значение диэлектрических свойств и окислительной стабильности электроизоляционной жидкой композиции, тем самым позволяет повысить уровень надежности, долговечности электротехнического оборудования, а также улучшить экологию окружающей среды.

Источники информации

[1]. T.V.Oommen. "Vegetable oils for liquid-filled transformers.", в журнале "IEEE lec-trical Insula tion Magazine", том. 18, №1, 2002 г., стр.6÷11.

[2]. M.Hammer, R.Badent, A.J.Schwab. "Electrical properties of rape-seed oil", Конференция по электрической изоляции и диэлектрическим явлениям (CEID), 2002 г., стр.83÷86.

[3]. Патент US 2002109128 (A1), класс Н01В 3/20, опубликован 15.08.2002 г.

[4]. Патент WO 0078900 (A1), класс Н01В 3/20, опубликован 28.12.2000 г.

[5]. Патент US 2006030499 (A1), класс Н01В 3/20, опубликован 09.02.2006 г.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроизоляционной жидкой композиции на основе растительного масла или смеси растительных масел (рапсовое, подсолнечное, кукурузное), которое может быть использовано в качестве охлаждающей жидкости, силового электротехнического оборудования. Введение в электроизоляционную композицию на основе растительного масла комплекса ингибиторов окисления на основе алкилфенолов совместно с синергетиками на основе алкилсульфидов, а также хелатирующих веществ и антисептиков с использованием низковязкого разбавителя, обеспечило повышение уровня стабилизации диэлектрической композиции в процессе ее эксплуатации, что является техническим результатом изобретения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Электроизоляционная жидкая композиция на основе растительного масла или смеси растительных масел, преимущественно рапсового, подсолнечного, кукурузного, предварительно очищенных, с высоким уровнем содержания жирных эфиров олеиновой кислоты, в качестве охлаждающей жидкости высоковольтного оборудования, содержащая ингибитор окисления на основе алкилфенола, выбранного из группы, содержащей 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, 3-трет-бутил-4-оксианизол, 2-трет-бутил-4-оксианизол и их смеси и 4-гидроксидифениланилин, стабилизатор на основе диалкилсульфида, выбранного из группы: - бис(стеарилпропионат)сульфид, бис(лаурилпропионат)сульфид, 4,4'-диаминодифенилсульфид и их смеси, хелатирующий агент, выбранный из группы - 8-оксихинолин, 8-оксихинальдин, антраниловая кислота, дисалицилиденалкилдиамин, антисептик, выбранный из группы - 8-оксихинолин, 8-оксихинальдин, бензойная кислота, а также разбавитель в виде смеси низковязкого сложного эфира фталевой кислоты и первичного насыщенного спирта, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
алкилфенол 0,1÷0,5 диалкилсульфид 0,1÷0,5 хелатирующий агент 0,1÷0,5 антисептик 0,05÷0,5 разбавитель 5,0÷20,0 растительное масло или смесь масел 78,5÷94,7

2. Электроизоляционная жидкая композиция на основе растительного масла по п.1, отличающаяся тем, что предварительную очистку масла проводят рафинированием, отбеливанием, дезодорированием, рафинированием.