CN101419852A - 具有改进的吸氢性能的电绝缘油组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有改进的吸氢性能的电绝缘油组合物，其中，将含有多烷基萘和多烷基苯的芳香烃与脂肪烃以一定的比例混合，因此，在高电压下由局部放电产生的氢气能够在短时间内被吸收，因而进一步改善了电容器的稳定性。

Description

具有改进的吸氢性能的电绝缘油组合物
交叉参考的相关申请
本申请要求于2007年10月26提交的申请号为10-2007-0108463的题为“具有改进的吸氢性能的电绝缘油组合物”的韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容引入本申请中作为参考。
技术领域
本发明涉及一种具有改进的吸氢性能的电绝缘油组合物，更具体地说，本发明涉及一种电绝缘油组合物，其中，将含有多烷基萘和多烷基苯的芳香烃与脂肪烃以一定的比例混合，因此，在高电压下由局部放电产生的氢气能够在短时间内被吸收，因而进一步改善了电容器的稳定性。
背景技术
通常用于电绝缘油的芳香烃的例子包括二芳基烷烃、烷基苯和多烷基萘，所述二芳基烷烃具有两个芳环，所述芳环通过脂族碳彼此相连；所述烷基苯具有一个由碳原子数为12-16的烷基取代的芳环。在它们之中，烷基苯的导电性稍低，因此在变压器中用作绝缘油，二芳基烷烃和多烷基萘具有较强的吸氢性能，主要用作高压电容器的电绝缘油。
通常，根据用于生产的原油的组成或生产过程的操作条件，精炼石油中的芳香烃的含量有很大的变化，该精炼石油中含有腐蚀性的硫化合物，具有较高的倾点，因此显示出较差的低温流动性，因而难以满足绝缘性能的要求和高压电容器所需要的在电击穿下的长期可靠性。因此，很难将精炼石油应用于高压电容器中，而使用二芳基烷烃，例如苯基二甲苯基乙烷或苯甲基甲苯。
这两种油的吸氢性能比精炼石油高并改善了电容器的稳定性，因此，泛地用于电绝缘油的生产。近来，随着高压电力电容器的尺寸的减小，电极之间的距离也减小了。由于这个原因，要求绝缘体具有较高的绝缘性能，并能够防止由于局部放电引起的电介质击穿的发生。因此，为了防止由于局部放电引起的电介质击穿，对具有进一步改进的吸氢性能的绝缘油有更强烈的需求。
另一方面，用于变压器的电绝缘油中使用的烷基苯，该烷基苯的苯环上被碳原子数为12-16的烷基取代，烷基苯的电绝缘性能优于精炼石油，但是它的倾点较高，因此，限制了在低温下的使用。
当在电容器上施加高电压时，绝缘油或绝缘体(例如，膜或纸)会由于局部放电而分解，从而产生氢气。当绝缘油中存在由此产生的氢气时，在绝缘油的一个区域中会形成低密度的空闲空间，并因此发生介质击穿。
因此，由高电压强度产生的氢气必须被快速吸收。因为通常使用的二芳基烷烃化合物(例如苯基二甲苯基乙烷(PXE)或苯甲基甲苯)、精炼石油、烷基苯以及多烷基萘的吸氢性能不足，限制了其作为用于施加高电压的变压器的电绝缘油的应用。
此外，随着温度的变化，绝缘油的导电性会发生很大的改变。在高温和低温下，绝缘体的导电性普遍具有降低的趋势。电力电容器在各种气候条件下使用，因而，在较宽的温度范围内无论是温度更高还是温度更低都应该表现出相同的性能。因此，合成油(例如PXE和苯甲基甲苯)可以单独使用也可以一定比例混合使用，但是它们在减少局部放电所需要的吸氢性能方面没有达到足够高的要求，因而在使用交流电的情况下，它们的电位梯度还不能达到70伏/微米的水平。
并且，除了绝缘功能外，装入电容器中的电绝缘油还表现出冷却功能，以均匀、快速地驱散由损耗电流产生的热量。因为绝缘油通常通过自然对流向外界传递热量，即使在低温下也应该具有良好的流动性。如果绝缘油凝固并因此失去了流动性，产生的气体在局部累积，会发生不期望的设备紊乱。
高电压电容器的电位梯度不只取决于绝缘油的种类，还受与绝缘膜的兼容性的影响。膜上的微孔被绝缘油填充以增加膜的电介质强度，因此，绝缘油必须与膜适当地兼容。
发明内容
本发明提供了一种用于高压电力电容器的绝缘油组合物，该绝缘油组合物主要含有多烷基萘和多烷基苯，它们具有与常规的用于生产绝缘油的芳香烃(例如，二芳基烷烃，如PXE或苯甲基甲苯、精炼石油和烷基苯)不同的结构，该绝缘油组合物还含有一定量的脂肪烃，因此，能够显著地提高吸氢性能。
根据本发明，该电绝缘油组合物可以含有以95∶5至60∶40的体积比混合的芳香烃和脂肪烃，该芳香烃含有50-90体积％的多烷基萘和10-50体积％的多烷基苯，该芳香烃的馏程为280-320℃，该芳香烃在40℃下的动力学粘度为5-6.5cSt，所述脂肪烃的馏程在280-400℃，所述脂肪烃在40℃下的动力学粘度为5-10cSt，且所述脂肪烃中的芳香烃含量为0.5体积％或更少。
具体实施方式
在下文中，将对本发明进行详细的描述。
根据本发明，通过将芳香烃和脂肪烃按一定的比例混合制备电绝缘油。
用于本发明的电绝缘油的芳香烃为高度提纯的碳原子数为12-20的芳香烃，其馏程为280-320℃，在40℃下的动力学粘度为5-6.5 cSt。特别有效的是以一定的比例混合的多烷基萘和多烷基苯的混合物，其中，多烷基萘的萘上被两个或多个烷基取代，多烷基苯的苯环上被两个或多个烷基取代。
在混合多烷基萘和多烷基苯的时候，将它们的混合比例调整在一定的范围之内，其中，多烷基萘的用量为50-90体积％，且多烷基苯的用量为10-50体积％。如果多烷基萘的含量少于50体积％，吸氢性能会急剧下降。相反，如果它的含量超过90体积％，介电损失增加，导致吸氢性能的下降。
用于本发明的电绝缘油的多烷基萘的例子包括但不限于烷基萘异构体的混合物，该烷基萘异构体上具有两个碳原子数为1-7的烷基，例如，异丁基丙烷基萘，异丙基异丁基萘等。
用于本发明的电绝缘油的多烷基苯的例子包括但不限于烷基苯异构体的混合物，该烷基苯异构体上具有两个碳原子数为1-16的烷基，例如，异丙基异壬基苯，甲基十二烷基苯等。
用于本发明的芳香烃可以通过从由铂重整或芳构化制得的芳香烃油组分中只分离沸点为280-320℃的油组分而获得。
铂重整过程是通过使用铂作为活性催化成分将石脑油转化为芳香烃的操作，芳构化过程是通过使用过渡金属(例如负载在无机氧化物载体上的镍)将石脑油转化为芳香烃的方法，特别地，在金属催化剂的存在下，异构化的石脑油可以被转化为芳香烃。
用于制备芳香烃的铂重整过程或芳构化过程中使用的金属催化剂包括通过将一种或多种金属负载到无机氧化物载体上而制得的催化剂，所述金属选自铂、镍和钯中的一种或几种，所述无机氧化物选自二氧化硅、硅铝酸盐、沸石和粘土。
对于本发明的电绝缘油中含有的脂肪烃，可以使用碳原子数为18-35的直链脂肪烃或环状脂肪烃，所述脂肪烃的馏程为280-400℃，在40℃下的动力学粘度为5-10 cSt，芳香烃的含量为0.5体积％或更少，且倾点为-38.5℃或更低。用于本发明的脂肪烃的例子包括但不限于具有碳原子数为12的烷基的环己胺等。特别适用的是环烷烃，异链烷烃或它们的混合物。同样地，根据ASTM D3238的n-d-M方法测定出的环烷烃的含量可以为30％或更多，或者可以不用限定它的含量。
用于本发明的脂肪烃可以通过在催化剂的存在下，通过对由减压蒸馏获得的减压瓦斯油(VGO)进行加氢而获得，用于该加氢过程的加氢催化剂通过将选自铂、镍、钯和铜中的一种或多种金属负载到选自二氧化硅、二氧化硅、硅铝酸盐、沸石和粘土的无机载体上而获得。
在本发明的电绝缘油产品中，含有多烷基萘和多烷基苯的芳香烃和脂肪烃以95:5至6:40的体积比混合。如果芳香烃的含量超过95体积％，介电损失增加，吸氢性能下降。相反地，如果芳香烃的含量小于60体积％，吸氢性能下降。按照一种优选的实施方式，芳香烃和脂肪烃以80∶20至70∶30的体积比混合。
通过下面的用于说明的实施例和对比例可以更好地理解本发明，但是并不能解释为对本发明的限定。
实施例1-5和对比例1-4
将石脑油转化为芳香烃的过程的操作条件包括：温度为520℃，液时空速为4小时-1，并且在载铂催化剂的存在下，氢气的压力为3-18 kgf/cm2。通过上述过程获得的芳香烃的馏程为280-320℃，是以85:15的体积比混合的多烷基萘和多烷基苯的组合物，在40℃下的动力学粘度为5.6cSt，溴指数为50mg/g，倾点为-43℃，芳香烃的含量为99.8体积％，在高馏程范围内具有优异的低温流动性。通过高效液相色谱(HPLC)对该芳香烃组合物进行定量分析。
用于与所述芳香烃混合的脂肪烃为脂肪烃的混合物，该脂肪烃的混合物含有以30:70的体积比混合的环烷烃和异链烷烃，通过在铂催化剂的存在下将减压瓦斯油脱蜡然后在320℃和150-200kgf/cm2压力下以及钴-钼催化剂的存在的条件下进行加氢。其组成由HPLC确定。该脂肪烃的倾点为-41℃，馏程为305-400℃，在40℃下的动力学粘度为8.6cSt，芳香烃的含量为0.1体积％。
将芳香烃和脂肪烃分别以95:5(实施例1)、90:10(实施例2)、80:20(实施例3)、70:30(实施例4)和60:40(实施例5)的比例混合，制得本发明的电绝缘油，然后测定它们的性质和气体吸收性能。结果如下表1所示。
另一方面，在对比例1和对比例2中，与本发明的实施例不同的是，只改变芳香烃和脂肪烃的混合比例；在对比例3和对比例4中，分别使用PXE(SK-CAPOIL)和苯甲基甲苯；在对比例5中使用精炼石油；在对比例6中使用烷基苯(BAB)，制备绝缘油，然后测定它们的性质和气体吸收性能。结果如下表2所示。
根据ASTM D2300，使用美国Doble公司的气体吸收测定系统测定气体吸收性能。根据下述方法测定其它电学性能。
电介质的击穿电压：IEC 60156
介电损失：IEC 60247
水份含量：IEC 60184
倾点：ISO 3016
粘度：ISO 3104
比重：ISO 3675
馏程：ASTM D86
芳香烃的含量：LC
表1
 
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
15/4℃下的比重 0.9926 0.9892 0.9774 0.9656 0.9538
40℃下的粘度，cSt 5.9 6.0 6.2 6.5 6.8
倾点，℃ -50.0 -50.0 -50.0 -50.0 -50.0
馏程，℃初始蒸馏点最终蒸馏点 290350 290390 290398 290400 290400
芳香烃，％ 95 90 80 70 60
水，重量ppm 10 9 10 8 10
电介质的击穿电压，kV 100 100 100 100 95
介电损失，％ 0.05 0.05 0.04 0.03 0.03
吸气趋势，微升/分钟 -150 -160 -190 -180 -160
表2
 
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6
15/4℃下的比重 1.001 0.833 0.993 1.01 0.91 0.991
40℃下的粘度，cSt 5.9 8.1 5.1 3.8 8.2 11.2
倾点，℃ -47.5 -40.0 -40.0 -50.0 -35.0 -27.5
馏程，℃初始蒸馏点最终蒸馏点 292320 290400 285310 272285 280400 318400
芳香烃，％ 100 <0.5 100 100 30 100
水，重量ppm 12 9 13 11 11 13
电介质的击穿电压，kV 100 80 90 90 65 75
介电损失，％ 0.05 0.02 0.05 0.05 0.08 0.05
吸气趋势，微升/分钟 -110 10 -105 -130 -95 -100
上述结果表明，实施例1-5的电绝缘油的流动性等于或优于对比例的电绝缘油，并且显示出更高的电介质击穿电压和显著提高的吸氢性能。
在本发明的实施例中，当芳香烃和脂肪烃的混合比例为80∶20至70∶30时，吸氢性能最佳，比对比例1-6的常规电绝缘油增加了约50％。
如上文所述，本发明提供了一种具有改进的吸氢性能的电绝缘油。根据本发明，该电绝缘油组合物具有等于或优于常规的电绝缘油的流动性，此外，具有较高的电介质击穿电压和非常高的吸氢性能，有利于得到高稳定性的高压电容器。
尽管以说明本发明为目的地公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员应该理解的是，在本发明的技术范围内可能存在各种改变、附加和替换。

Claims (9)

1、一种电绝缘油组合物，该电绝缘油组合物含有以95：5至60：40的体积比混合的芳香烃和脂肪烃，所述芳香烃含有50-90体积％的多烷基萘和10-50体积％的多烷基苯，所述芳香烃的馏程为280-320℃，所述芳香烃在40℃下的动力学粘度为5-6.5cSt；所述脂肪烃的馏程为280-400℃，所述脂肪烃在40℃下的动力学粘度为5-10cSt，且所述脂肪烃中的芳香烃含量为0.5体积％或更少。
2、根据权利要求1所述的电绝缘油组合物，其中，所述芳香烃和所述脂肪烃以80:20至70:30的体积比混合。
3、根据权利要求1所述的电绝缘油组合物，其中，所述多烷基萘具有两个或多个碳原子数为1-7的烷基。
4、根据权利要求3所述的电绝缘油组合物，其中，所述多烷基萘包括异丁基丙基萘、异丙基异丁基萘或它们的混合物。
5、根据权利要求1所述的电绝缘油组合物，其中，所述多烷基苯具有两个或多个碳原子数为1-16的烷基。
6、根据权利要求5所述的电绝缘油组合物，其中，所述多烷基苯包括异丙基异壬基苯、甲基十二烷基苯或它们的混合物。
7、根据权利要求1所述的电绝缘油组合物，其中，所述脂肪烃包括环烷烃、异链烷烃或它们的混合物。
8、根据权利要求1所述的电绝缘油组合物，其中，所述芳香烃是通过用催化剂将石脑油转化而得到的，所述催化剂是通过将金属负载到无机载体上而得到的，所述金属为选自由铂、镍和钯所组成的组中的一种或几种，所述无机载体选自由二氧化硅、硅铝酸盐、沸石和粘土所组成的组中。
9、根据权利要求1所述的电绝缘油组合物，其中，所述脂肪烃是通过使用催化剂对减压瓦斯油进行加氢而得到的，所述催化剂是通过将金属负载到无机载体上而得到的，所述金属为选自由铂、镍、钯和铜所组成的组中的一种或几种，所述无机载体选自由二氧化硅、硅铝酸盐、沸石和粘土所组成的组中。
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