ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ЖИДКАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА
ELECTRICALLY INSULATING LIQUID COMPOSITION BASED ON VEGETABLE OIL

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.