高燃點電氣絕緣油組合物及其用途

2023-06-30 16:33:01

高燃點電氣絕緣油組合物及其用途
【專利摘要】本發明涉及一種高燃點電氣絕緣油組合物及其用途，主要解決現有技術中礦物電氣絕緣油基礎油的燃點較低，不能滿足城市電網中高層建築小型變壓器所要求的防火安全問題，且對油品的氧化安定性和防硫腐蝕性要求較高的情況。本發明通過採用以重量份數計包含以下組份：a)100份礦物基礎油；b)0.08～0.4份抗氧劑；c)0～0.05份金屬減活劑；所述礦物基礎油的特徵在於：a1)100℃時的運動黏度為11～14毫米2/秒；a2)燃點大於等於300℃；a3)硫含量小於等於0.03重量％；a4)氮含量小於等於0.003重量％的技術方案較好的解決了該問題，可用於高燃點電氣絕緣油組合物的工業生產中。
【專利說明】高燃點電氣絕緣油組合物及其用途

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種礦物高燃點電氣絕緣油組合物及其用途。

【背景技術】
[0002] 電氣絕緣油是一種用於變壓器、互感器等電氣設備中，既作為電氣設備的絕緣介 質，又作為傳導電氣設備熱能的導熱介質，主要起到絕緣和冷卻作用。
[0003] 隨著電力行業的不斷發展，電網及用電負荷正不斷增加，用戶對變壓器等電氣設 備及用油的安全性要求也不斷增加。尤其是城市電網高層建築中已經對使用的油浸式變 壓器的防火性提出了較高要求，從而要求使用的電氣絕緣油應具有較高的燃點（按照GB/ T3536或ASTMD92方法測試燃點不小於300°C)和優良氧化安定性和防硫腐蝕性等要求。 目前現有的高燃點電氣絕緣油的標準有關國材料試驗協會的ASTMD5222-08《高燃點礦物 絕緣油》。
[0004] 現有技術中礦物電氣絕緣油基礎油的燃點較低（按照GB/T3536或ASTMD92方法 測試燃點在140?170°C)，無法滿足ASTMD5222-08《高燃點礦物絕緣油》質量要求，不能 在高燃點油浸式變壓器上進行使用。
[0005] 通過國內外專利及文獻查詢，發現一些高燃點電氣絕緣油組合物及其製法，例如 專利RU23820666C1涉及到一種礦物高燃點電氣絕緣油基礎油的製備方法，但其無對油品 組成的闡述；專利CN101538505涉及了一種燃點可達到300°C的電氣絕緣油，但其是一種植 物油。


【發明內容】

[0006] 本發明所要解決的技術問題之一是現有技術中電氣絕緣油的燃點較低（按照 ASTMD92或GB/T3536方法測試燃點在140?170°C)，不能滿足城市電網中高層建築等的 小型變壓器所要求的防火安全問題（如要求電氣絕緣油的燃點大於300°C)，提供一種新的 礦物高燃點電氣絕緣油組合物。該組合物具有較高的燃點（按照GB/T3536或ASTMD92方 法測試燃點不小於300°C)，並具有優良的氧化安定性和防硫腐蝕性。本發明所要解決的技 術問題之二是提供一種與解決技術問題之一相對應的高燃點電氣絕緣油組合物的用途。
[0007] 為解決上述技術問題之一，本發明採用的技術方案如下：一種高燃點電氣絕緣油 組合物，以重量份數計包含以下組份：
[0008] a) 100份礦物基礎油；
[0009] b) 0? 08 ?0? 4 份抗氧劑；
[0010]c)0?0? 05份金屬減活劑；
[0011] 所述礦物基礎油的特徵在於：al)100°C時的運動黏度為11?14毫米2/秒；a2)燃 點大於等於300°C;a3)硫含量小於等於0? 03重量％ ;a4)氮含量小於等於0? 003重量％。
[0012] 所述抗氧劑選自2，6-二叔丁基對甲酚、2，6-二叔丁基酚、二烷基硫代磷酸酯衍生 物、二硫代磷酸酯或二苄基二硫化物中的至少一種；
[0013] 所述金屬減活劑選自N，N-二丁基氨基亞甲基-烷基苯三唑、N，N-二烷基氨基亞 甲基三唑、N，N-二烷基氨基亞甲基-烷基苯三唑、苯三唑、甲基苯三唑、或者苯三唑和醛、胺 的縮合物中的至少一種。
[0014] 上述技術方案中，優選地，以重量份數計，抗氧劑的用量為0. 1?0. 4份，金屬減活 劑的用量為0.001?0.03份。
[0015] 上述技術方案中，優選地，所述礦物基礎油的硫含量小於等於0.02重量％，燃點 大於等於308°C。
[0016] 上述技術方案中，所述抗氧劑優選方案之一為選自2,6-二叔丁基對甲酚或2， 6-二叔丁基酚中的至少一種。
[0017] 上述技術方案中，所述抗氧劑優選方案之二為選自2,6_二叔丁基對甲酚或2， 6_二叔丁基酚中的至少一種與選自二烷基硫代磷酸酯衍生物、二硫代磷酸酯或二苄基二硫 化物中的至少一種的混合物；混合物中，選自2,6-二叔丁基對甲酚或2,6-二叔丁基酚中的 至少一種與選自二烷基硫代磷酸酯衍生物、二硫代磷酸酯或二苄基二硫化物中的至少一種 的重量比為1 : (0.05?0.5)。
[0018] 上述技術方案中，優選地，所述組合物中還包括降凝劑；以重量份數計，降凝劑的 用量為0?0.5份。
[0019] 上述技術方案中，優選地，所述降凝劑選自烷基萘、聚a-烯烴或聚丙烯酸酯中的 至少一種。
[0020] 上述技術方案中，優選地，所述組合物中還包括抗泡劑；以重量份數計，抗泡劑的 用量為0?0.05份。
[0021] 上述技術方案中，優選地，所述抗泡劑選自甲基矽油、乙基矽油或丙烯酸酯與醚共 聚物中的至少一種。
[0022] 本發明的電氣絕緣油組合物的製備方法為：將抗氧劑、金屬減活劑、降凝劑、抗泡 劑在40?80°C溫度下加入基礎油中，攪拌0. 5?2小時，使其全部溶解即可得到本發明的 組合物。
[0023] 為解決上述技術問題之二，本發明採用的技術方案如下：上述高燃點電氣絕緣油 組合物用於包括變壓器的電氣設備中。
[0024] 上述技術方案中，所述電氣絕緣油組合物的組份、重量份數以及優選範圍與解決 技術問題之一所採取的技術方案相同。
[0025]本發明採用以下各種試驗方法來對所述高燃點電氣絕緣油組合物的性能進行評 定，其中有石油產品運動粘度測定法和動力粘度計算法（GB/T265或ASTMD445)，石油產品 閃點和燃點的測定克利夫蘭開口杯法（GB/T3536或ASTMD92)，輕質烴及發動機燃料和其 他油品的總硫含量測定法（紫外螢光法）（SH/T0689或ASTMD5453)，液態石油烴中痕量氮 的測定氧化燃燒和化學發光法（SH/T0657或ASTMD4629)，石油餾分沸程分布測定法（氣 相色譜法）（SH/T0558或ASTMD8887)，石油餾份分子量計算法（粘度計算法）（SH/T0730 或ASTMD2502)，石油餾份的碳分布和結構族組成計算方法（n-d-M法）（SH/T0729或ASTM D3238)，液體烴的折射率和折射色散測定法（SH/T0724或ASTMD1218)，石油產品傾點測 定法（GB/T3535ASTMD97)，電氣絕緣油中腐蝕性硫試驗法（ASTMD1275)，潤滑油氧化安 定性的測定旋轉氧彈法（SH/T0193或ASTMD2112)，礦物絕緣油氧化安定性試驗法（ASTM D2440)，石油產品對水界面張力測定法（圓環法）（GB/T6541或IS06295)。
[0026] 本發明對礦物基礎油、抗氧劑、金屬減活劑進行了組合和篩選，其中選用的礦物 基礎油具有如下的特徵：al)100°C時的運動黏度為11?14毫米2/秒；a2)燃點大於等於 300°C;a3)硫含量小於等於0? 03重量％ ;a4)氮含量小於等於0? 003重量％。
[0027] 抗氧劑的優選方案之一為選自2,6-二叔丁基對甲酚或2,6-二叔丁基酚中的至 少一種。抗氧劑的優選方案之二為選自2,6_二叔丁基對甲酚或2,6_二叔丁基酚中的至 少一種與選自二烷基硫代磷酸酯衍生物、二硫代磷酸酯或二苄基二硫化物中的至少一種的 混合物。本發明充分利用了各組份的協同作用，使得組合物能夠具有較高的燃點，採用石 油產品閃點和燃點的測定克利夫蘭開口杯法（GB/T3536或ASTMD92)測試油品的燃點大 於等於300°C;優良的氧化安定性，採用潤滑油氧化安定性的測定旋轉氧彈法（SH/T0193或 ASTMD2112)測試的氧化安定性大於等於400min，採用礦物絕緣油氧化安定性試驗法（ASTM D2440)測試72小時氧化試驗後油品油泥不大於0. 15%，酸值不大於0. 30mgK0H/g，，164小 時氧化試驗後油品油泥不大於0. 30%，酸值不大於0. 60mgK0H/g;優良的防硫腐蝕性，採用 電氣絕緣油中腐蝕性硫試驗法（ASTMD1275)測試無腐蝕性，且腐蝕等級小於等於1級，取 得了較好的技術效果。
[0028] 下面通過實施例對本發明作進一步的闡述。

【具體實施方式】
[0029] 【實施例1?6】
[0030] 按照表1中的重量份數，將抗氧劑、金屬減活劑、降凝劑、抗泡劑在50°C溫度下加 入基礎油中，攪拌至完全均勻得到所述高燃點電氣絕緣油組合物。組合物中各組份的種類 及用量，具體見表1。
[0031] 其中，1501為2,6-二叔丁基對甲酚出讓&11(?4701為2,6-二叔丁基酚 ；1322為二 苄基二硫化物；Irgamet39為N，N-二烷基氨基亞甲基-烷基苯三唑；Irgamet30為N，N-二 烷基氨基亞甲基三唑；T553為苯三唑和醛、胺的縮合物；T803B為聚a-烯烴；T921為丙烯 酸酯與醚共聚物。
[0032] 【實施例7】
[0033] 對【實施例1?6】中的組合物中的基礎油的運動黏度、燃點、初餾點、硫含量（質 量分數）、氮含量（質量分數）、平均分子量（粘度計算法）、芳烴屬碳（n-d-M法）、折射率 (20°C)進行測試，對【實施例1?6】中的組合物的燃點、傾點、氧化安定性（72h氧化安定 性試驗後油泥、酸值，164h氧化安定性試驗後油泥、酸值和對新油的旋轉氧彈值）、銅片腐 蝕性、界面張力進行測試，試驗結果見表2。
[0034] 燃點是高燃點電氣絕緣油的基本性能之一，高的燃點可以有效保證城市電網中高 層建築等的小型變壓器所要求的防火安全。對【實施例1?6】中各組合物進行了燃點測 試（按照GB/T3536或ASTMD92方法進行），油品的燃點越高，說明其防火安全性越高。對 【實施例1?6】各組合物的燃點測試數據見表2。【實施例1?6】中各組合物的燃點均大 於300°C，說明各組合物均可滿足ASTMD5222-08標準要求。比較而言，各組合物燃點（按 照GB/T3536方法測試）的優劣依次為：【實施例5】 >【實施例4】 >【實施例3】 >【實施 例6】=【實施例1】 >【實施例2】
[0035] 氧化安定性是高燃點電氣絕緣油的重要性能之一，對維護電氣設備長周期正常運 轉具有重要意義。對【實施例1?6】中各組合物進行了氧化安定性試驗測試，按照ASTM D2440氧化安定性試驗測試試驗後油品的油泥和酸值，按照SH/T0193方法測試油品的旋轉 氧彈值。氧化試驗後油品的油泥和酸值越小，說明高燃點電氣絕緣油的氧化安定性越好；油 品的旋轉氧彈值越大，說明油品的氧化安定性越好。對【實施例1?6】各組合物的氧化安 定性、旋轉氧彈值的測試數據見表2。【實施例1?6】中各組合物的72小時氧化試驗後油 泥均不大於0. 15%，酸值均不大於0. 30mg/kg(以K0H計），164小時氧化試驗後油泥均不大 於0. 30%，酸值均不大於0. 60mg/kg(以K0H計），說明各組合物可以滿足ASTMD5222-08 標準要求及部分用戶的特殊要求。比較而言，各組合物氧化安定性（按照ASTMD2440氧化 安定性試驗測試）中，72小時氧化安定性試驗後油泥的優劣依次為：【實施例4】>【實施例 5】 >【實施例6】 >【實施例1】 >【實施例3】 >【實施例2】、酸值優劣依次為：【實施例5】 >【實施例4】 >【實施例1】 >【實施例6】 >【實施例3】 >【實施例2】;164小時氧化安定 性試驗後油泥的優劣依次為：【實施例5】 >【實施例4】 >【實施例1】 >【實施例3】 >【實 施例6】 >【實施例2】、酸值優劣依次為：【實施例4】 >【實施例5】 >【實施例6】 >【實施 例3】 >【實施例1】 >【實施例2】;各組合物的旋轉氧彈值的優劣依次為【實施例5】 >【實 施例4】 >【實施例1】 >【實施例6】 >【實施例3】 >【實施例2】。因此，綜合上述評價高 燃點電氣絕緣油氧化安定性的5項指標情況，各組合物的氧化安定性的優劣依次為：【實施 例4】?【實施例5】 >【實施例1】?【實施例6】 >【實施例3】 >【實施例2】。
[0036] 採用銅片腐蝕對各組合物的防硫腐蝕性進行測試。按照ASTMD1275標準中的方 法A和方法B分別進行測試，規定當銅片腐蝕級別小於等級3級時說明油品無腐蝕性，其中 具體的級別劃分為1級（包括la，lb兩個等級）、2級（包括2a，2b，2c，2d，2e五個等級）、 3級（包括3a，3b兩個等級）共九個級別，更進一步比較說明：銅片腐蝕的腐蝕級別越小， 則說明油品的對電氣設備的銅腐蝕危害性越小（如la是最好的級別）。對【實施例1?6】 各組合物的銅片腐蝕性能的測試數據見表2。各組合物在銅片腐蝕試驗中均無腐蝕性，且 銅片腐蝕級別均小於等於1級，說明各組合物可以同時滿足ASTMD5222-08標準要求及部 分用戶的特殊要求。比較而言，各組合物的防硫腐蝕性優劣依次為：【實施例4】?【實施例 5】 >【實施例1】?【實施例2】?【實施例3】?【實施例6】。
[0037] 此外，對【實施例1?6】中各組合物進行了傾點、界面張力測試，結果顯示各組合 物的傾點、界面張力等均能滿足ASTMD5222-08標準要求。【比較例1?5】
[0038] 選用基礎油3作為【比較例1】的基礎油，其特徵為：fl)100°C時的運動黏度為 11?13毫米2/秒；f2)初餾點大於等於460°C;f3)硫含量大於等於0. 03且小於等於0. 1 重量％ ;f4)氮含量小於等於0.003重量％。
[0039] 選用基礎油4作為【比較例2】和【比較例4】的基礎油，其特徵為：gl)100°C時的 運動黏度為12?14毫米2/秒；g2)初餾點大於等於500°C;g3)硫含量小於等於0. 03重 量％ ;g4)氮含量小於等於0. 003重量％ ;g5)採用n-d-M法測定的芳香屬碳大於等於1且 小於等於10重量％。
[0040] 選用基礎油5作為【比較例5】的基礎油，其特徵為：hi) 100°C時的運動黏度為小 於11毫米2/秒；h2)初餾點小於等於460°C;h3)硫含量大於等於0.1且小於等於0.5重 量％;114)氮含量大於等於0. 003且小於等於0. 01重量％;h5)米用n-d-M法測定的芳香屬 碳大於等於1且小於等於10重量％。
[0041]【比較例3】的基礎油與【實施例3】一樣，只是其中的抗氧劑不是本發明所選用的。 [0042] 選用了按照表1中的【比較例1?5】中的重量份數，分別稱取所需量的基礎油，然 後將抗氧劑、金屬減活劑、降凝劑等在50°C溫度下加入基礎油中，攪拌至完全均勻得到【比 較例1?5】所述高燃點電氣絕緣油組合物。【比較例1?5】組合物中各組份的種類及用 量見表1。
[0043]【比較例6】
[0044] 對【比較例1?5】中的組合物中的基礎油的運動黏度、燃點、傾點、硫含量（質量 分數）、氮含量（質量分數）、芳烴屬碳（n-d-M法）、折射率（20°C)進行測試。對【比較例 1?5】中的組合物的燃點、傾點、氧化安定性（72小時氧化安定性試驗後油泥、酸值，164小 時氧化安定性試驗後油泥、酸值和對新油的旋轉氧彈值）、銅片腐蝕性、界面張力進行了測 試，試驗結果見表2。
[0045] 與【實施例1?6】相比，【比較例1】、【比較例2】、【比較例3】、【比較例4】和【比 較例5】中組合物的部分指標均不能滿足ASTMD5222-08-08標準要求，也不能滿足用戶的特 殊要求。
[0046] 綜合上述對【實施例1?6】和【比較例1?5】中各組合物的燃點、傾點、氧化安 定性（氧化後油泥、酸值）、旋轉氧彈值以及腐蝕性能（銅片腐蝕）、界面張力等的測試結 果，說明了本發明組合物具有較高的燃點（採用GB/T3536方法測試油品的燃點均大於等於 300°C)，優良的氧化安定性（採用礦物絕緣油氧化安定性試驗法（ASTMD2440)測試72小 時氧化試驗後油泥不大於〇. 15%，酸值不大於0. 30mg/kg(以K0H計），164小時氧化試驗後 油泥不大於〇. 30%，酸值不大於0. 60mg/kg(以K0H計）；採用潤滑油氧化安定性的測定旋 轉氧彈法（SH/T0193)測試的氧化安定性大於等於400min)，優良的防硫腐蝕性（採用電氣 絕緣油中腐蝕性硫試驗法（ASTMD1275)測試無腐蝕性，且腐蝕等級小於等於1級）；同時， 組合還具有優良的低溫性能和界面張力。
[0047]

【權利要求】
1. 一種高燃點電氣絕緣油組合物，以重量份數計包含以下組份： a) 100份礦物基礎油； b) 0. 08?0. 4份抗氧劑； c) 0?0.05份金屬減活劑； 所述礦物基礎油的特徵在於：al) KKTC時的運動黏度為11?14毫米2/秒；a2)燃點 大於等於300°C ;a3)硫含量小於等於0. 03重量％ ;a4)氮含量小於等於0. 003重量％ 所述抗氧劑選自2,6_二叔丁基對甲酚、2,6_二叔丁基酚、二烷基硫代磷酸酯衍生物、 二硫代磷酸酯或二苄基二硫化物中的至少一種； 所述金屬減活劑選自N，N-二丁基氨基亞甲基-烷基苯三唑、N，N-二烷基氨基亞甲基 三唑、N，N-二烷基氨基亞甲基-烷基苯三唑、苯三唑、甲基苯三唑、或者苯三唑和醛、胺的縮 合物中的至少一種。
2. 根據權利要求1所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於以重量份數計，抗氧 劑的用量為〇. 1?〇. 4份，金屬減活劑的用量為0. 001?0. 03份。
3. 根據權利要求1所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於所述礦物基礎油硫含 量小於等於〇. 02重量％，燃點大於等於308°C。
4. 根據權利要求1所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於所述抗氧劑選自2， 6_二叔丁基對甲酚或2,6-二叔丁基酚中的至少一種。
5. 根據權利要求1所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於所述抗氧劑選自2， 6_二叔丁基對甲酚或2,6-二叔丁基酚中的至少一種與選自二烷基硫代磷酸酯衍生物、二 硫代磷酸酯或二苄基二硫化物中的至少一種的混合物；混合物中，選自2,6_二叔丁基對甲 酚或2,6-二叔丁基酚中的至少一種與選自二烷基硫代磷酸酯衍生物、二硫代磷酸酯或二 苄基二硫化物中的至少一種的重量比為1 : (0. 05?0. 5)。
6. 根據權利要求1所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於所述組合物中還包括 降凝劑；以重量份數計，降凝劑的用量為〇?〇. 5份。
7. 根據權利要求6所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於所述降凝劑選自烷基 萘、聚a-烯烴或聚丙烯酸酯中的至少一種。
8. 根據權利要求1所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於所述組合物中還包括 抗泡劑；以重量份數計，抗泡劑的用量為0?0. 05份。
9. 根據權利要求1所述的高燃點電氣絕緣油組合物，其特徵在於所述抗泡劑選自甲基 矽油、乙基矽油或丙烯酸酯與醚共聚物中的至少一種。
10. 權利要求1?9任一所述的高燃點電氣絕緣油組合物用於包括變壓器在內的電氣 設備中。
【文檔編號】C10N30/10GK104342251SQ201410494812
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】何曉瑛, 嚴麗珍, 周霞, 益梅蓉, 鞏亞 申請人:中國石油化工股份有限公司