CN107312603A - 一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，包括以下重量份的原料：纳米改性材料6‑8份、金属钝化剂1‑2份、苯甲醇2‑4份、硬脂酸镁1‑2份、钨酸钠1‑3份、复配基础油700‑800份、对苯二酚7‑9份、氮川三乙酸四钠0.3‑0.5份、聚马来酸酐0.2‑0.5份、复配抗氧剂0.8‑1.2份、红磷阻燃剂0.4‑0.6份、偶联剂0.4‑0.8份。本发明的变压器油具有较好的绝缘性、消弧性能，高温条件下抗氧化性能较好，通过引入的纳米材料使得其不易氧化、老化、腐蚀，稳定性加强，此外其还具有良好的阻燃性能；同时本发明的原料组分安全可靠、成本较低，工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。

Description

一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油及其制备方法
技术领域
本发明涉及电力设备材料技术领域，具体涉及一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油及其制备方法。
背景技术
变压器油属易燃油，一般不包括合成油，即不包括不燃油和高燃点油。不然油有聚
氯联苯( PCB )和氟油两种，而高燃点油有硅油、α油、β油、M油、聚α烯、十二烷基苯、E油、γ油。变压器油的燃点是165℃,而高燃点油的燃点均在300℃以上，不燃油是不会着火的。高燃点油又称阻燃油，主要用在高燃点油浸式变压器、阻燃油有载分接开关、电容器、电缆等场合。而不燃油的聚氯联苯因致癌有毒，已禁用，氟油因价高货少，很少用。良好的变压器油应该是清洁而透明的液体，无沉淀物、机械杂质悬浮物及棉絮状物质。变压器油是电力输送系统中使用的最基本材料之一，在诸多充油电器设备中主要起到绝缘、冷却和散热的作用。如变压器中铁芯和线圈均浸在变压器油中,使其与空气和潮气隔绝,变压器油能使变压器线端之间,高压线圈和低压线圈之间,线圈和接地的铁芯及油箱壁之间有良好绝缘，并有将热量吸收再通过循环散发出去，这就是变压器油的绝缘与散热作用，变压器油的比热大，所以说可以起冷却作用。
变压器油又称绝缘油，是指从石油炼制的矿物型绝缘油。变压器油的电气强度比空气高4-7倍，因此用它作绝缘介质可大大缩小变压器的体积。变压器油电气强度高，当油被击穿以后，绝缘可以恢复，不会留下永久性的放电通道，因此变压器油得到了广泛的应用。变压器油绝缘强度高，在电气设备中主要作绝缘介质使用，又因比热容较大，故也作冷却介质，在断路器和有载分接开关及起动补偿器中作熄弧介质使用和起冷却触头作用。
如今人们对变压器油的各方面性能有了非常深入的了解，随着纳米技术的兴起，人们尝试将纳米材料添加到变压器油中，研究表明纳米改性变压器油在导热、击穿、老化以及抗水分影响都有很大的促进作用。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，该变压器油具有较好的绝缘性、消弧性能，高温条件下抗氧化性能较好，通过引入的纳米材料使得其不易氧化、老化、腐蚀，稳定性加强，此外其还具有良好的阻燃性能；同时本发明的原料组分安全可靠、成本较低，工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，包括以下重量份的原料：
纳米改性材料6-8份、金属钝化剂1-2份、苯甲醇2-4份、硬脂酸镁1-2份、钨酸钠1-3份、复配基础油700-800份、对苯二酚7-9份、氮川三乙酸四钠0.3-0.5份、聚马来酸酐0.2-0.5份、复配抗氧剂0.8-1.2份、红磷阻燃剂0.4-0.6份、偶联剂0.4-0.8份。
优选地，所述绝缘消弧纳米材料改性变压器油包括以下重量份的原料：
纳米改性材料7份、金属钝化剂1.5份、苯甲醇3份、硬脂酸镁1.5份、钨酸钠2份、复配基础油750份、对苯二酚8份、氮川三乙酸四钠0.4份、聚马来酸酐0.4份、复配抗氧剂1份、红磷阻燃剂0.5份、钛酸酯偶联剂0.6份。
优选地，所述纳米改性材料为纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化铝按照重量比2:2:2:1组成的混合物。
优选地，所述金属钝化剂为噻二唑及其衍生物和苯并三氮唑及其衍生物中的一种或多种。
优选地，所述复配基础油为精炼植物油和环烷基基础油按照重量比1:3组成的混合物。
优选地，所述复配抗氧剂为6- 二叔丁基苯酚、茶多酚、硫代二丙酸二酯按照重量比2:1:1组成的混合物。
优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂按照重量比3:1组成的混合物。
本发明还提供一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将偶联剂、硬脂酸镁、纳米改性材料、金属钝化剂混合其重量12-18倍无水乙醇送入球磨罐中，在1000-1400r/min下球磨5-9个小时，结束后，将该液体转移至旋蒸仪，旋蒸除去乙醇，得到干燥的粉体A；
步骤三，将复配基础油、苯甲醇、对苯二酚、氮川三乙酸四钠与聚马来酸酐混合均匀，再通入含水的氮气，在60-80℃温度下反应1-3h，反应结束后，将得到的混合物在80-100℃温度下除去残留的水分，得到混合油B；
步骤四，将步骤三制得的混合油B加热至260-270℃，依次加入步骤二制备的纳米粉体A、红磷阻燃剂、复配抗氧剂、钨酸钠，在3000-4000r/min高速分散机下搅拌2-4小时后，保温1-3小时，冷却至室温后即得本发明的绝缘消弧纳米材料改性变压器油。
优选地，所述绝缘消弧纳米材料改性变压器油步骤为：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将偶联剂、硬脂酸镁、纳米改性材料、金属钝化剂混合其重量15倍无水乙醇送入球磨罐中，在1200r/min下球磨7个小时，结束后，将该液体转移至旋蒸仪，旋蒸除去乙醇，得到干燥的粉体A；
步骤三，将复配基础油、苯甲醇、对苯二酚、氮川三乙酸四钠与聚马来酸酐混合均匀，再通入含水的氮气，在70℃温度下反应2h，反应结束后，将得到的混合物在90℃温度下除去残留的水分，得到混合油B；
步骤四，将步骤三制得的混合油B加热至265℃，依次加入步骤二制备的纳米粉体A、红磷阻燃剂、复配抗氧剂、钨酸钠，在3500r/min高速分散机下搅拌3小时后，保温2小时，冷却至室温后即得本发明的绝缘消弧纳米材料改性变压器油。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油添加的纳米改性材料，主要为纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化铝组成的混合物，纳米材料在变压器油为分散相，避免了颗粒之间的硬团聚，使其稳定的分散在变压器油里面，很大程度上改善其绝缘、防潮、消弧及散热的性能，增强了变压器用油的导热性、稳定性和绝缘性。
（2）本发明的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油将植物油基础油与环烷基基础油结合起来，制备成本低廉，可降解性能良好，同时又具有良好的电气绝缘性能的新型变压器油，解决了植物油制备的变压器油导热性较差、抗氧化性不佳的问题。
（3）本发明的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油采用的抗氧剂主要为6- 二叔丁基苯酚、茶多酚、硫代二丙酸二酯组成的混合物，配合添加的金属钝化剂能有效增加变压器油的防腐防锈和防阻垢的性能，提高了变压器用油的燃点。
（4）本发明的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油添加的阻燃剂为红磷阻燃剂，其具有优良的热稳定性，不挥发性，不产生腐蚀性气体，阻燃效果好，电绝缘性佳等特点，能有效提高壳体材料的阻燃性能，增强其抗危险能力。
（5）本发明的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油具有较好的绝缘性、消弧性能，高温条件下抗氧化性能较好，通过引入的纳米材料使得其不易氧化、老化、腐蚀，稳定性加强，此外其还具有良好的阻燃性能；同时本发明的原料组分安全可靠、成本较低，工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，包括以下重量份的原料：
纳米改性材料6份、金属钝化剂1份、苯甲醇2份、硬脂酸镁1份、钨酸钠1份、复配基础油700份、对苯二酚7份、氮川三乙酸四钠0.3份、聚马来酸酐0.2份、复配抗氧剂0.8份、红磷阻燃剂0.4份、偶联剂0.4份。
本实施例中的纳米改性材料为纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化铝按照重量比2:2:2:1组成的混合物。
本实施例中的金属钝化剂为噻二唑及其衍生物。
本实施例中的复配基础油为精炼植物油和环烷基基础油按照重量比1:3组成的混合物。
本实施例中的复配抗氧剂为6- 二叔丁基苯酚、茶多酚、硫代二丙酸二酯按照重量比2:1:1组成的混合物。
本实施例中的偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将偶联剂、硬脂酸镁、纳米改性材料、金属钝化剂混合其重量12倍无水乙醇送入球磨罐中，在1000r/min下球磨5个小时，结束后，将该液体转移至旋蒸仪，旋蒸除去乙醇，得到干燥的粉体A；
步骤三，将复配基础油、苯甲醇、对苯二酚、氮川三乙酸四钠与聚马来酸酐混合均匀，再通入含水的氮气，在60℃温度下反应1h，反应结束后，将得到的混合物在80℃温度下除去残留的水分，得到混合油B；
步骤四，将步骤三制得的混合油B加热至260℃，依次加入步骤二制备的纳米粉体A、红磷阻燃剂、复配抗氧剂、钨酸钠，在3000/min高速分散机下搅拌2小时后，保温1小时，冷却至室温后即得本发明的绝缘消弧纳米材料改性变压器油。
实施例2.
本实施例的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，包括以下重量份的原料：
纳米改性材料8份、金属钝化剂2份、苯甲醇4份、硬脂酸镁2份、钨酸钠3份、复配基础油800份、对苯二酚9份、氮川三乙酸四钠0.5份、聚马来酸酐0.5份、复配抗氧剂1.2份、红磷阻燃剂0.6份、偶联剂0.8份。
本实施例中的纳米改性材料为纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化铝按照重量比2:2:2:1组成的混合物。
本实施例中的金属钝化剂为苯并三氮唑及其衍生物。
本实施例中的复配基础油为精炼植物油和环烷基基础油按照重量比1:3组成的混合物。
本实施例中的复配抗氧剂为6- 二叔丁基苯酚、茶多酚、硫代二丙酸二酯按照重量比2:1:1组成的混合物。
本实施例中的偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将偶联剂、硬脂酸镁、纳米改性材料、金属钝化剂混合其重量18倍无水乙醇送入球磨罐中，在1400r/min下球磨9个小时，结束后，将该液体转移至旋蒸仪，旋蒸除去乙醇，得到干燥的粉体A；
步骤三，将复配基础油、苯甲醇、对苯二酚、氮川三乙酸四钠与聚马来酸酐混合均匀，再通入含水的氮气，在80℃温度下反应3h，反应结束后，将得到的混合物在100℃温度下除去残留的水分，得到混合油B；
步骤四，将步骤三制得的混合油B加热至270℃，依次加入步骤二制备的纳米粉体A、红磷阻燃剂、复配抗氧剂、钨酸钠，在4000r/min高速分散机下搅拌4小时后，保温3小时，冷却至室温后即得本发明的绝缘消弧纳米材料改性变压器油。
实施例3.
本实施例的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，包括以下重量份的原料：
纳米改性材料7份、金属钝化剂1.5份、苯甲醇3份、硬脂酸镁1.5份、钨酸钠2份、复配基础油750份、对苯二酚8份、氮川三乙酸四钠0.4份、聚马来酸酐0.4份、复配抗氧剂1份、红磷阻燃剂0.5份、钛酸酯偶联剂0.6份。
本实施例中的纳米改性材料为纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化铝按照重量比2:2:2:1组成的混合物。
本实施例中的金属钝化剂为噻二唑及其衍生物。
本实施例中的复配基础油为精炼植物油和环烷基基础油按照重量比1:3组成的混合物。
本实施例中的复配抗氧剂为6- 二叔丁基苯酚、茶多酚、硫代二丙酸二酯按照重量比2:1:1组成的混合物。
本实施例中的偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂按照重量比3:1组成的混合物。
本实施例的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将偶联剂、硬脂酸镁、纳米改性材料、金属钝化剂混合其重量15倍无水乙醇送入球磨罐中，在1200r/min下球磨7个小时，结束后，将该液体转移至旋蒸仪，旋蒸除去乙醇，得到干燥的粉体A；
步骤三，将复配基础油、苯甲醇、对苯二酚、氮川三乙酸四钠与聚马来酸酐混合均匀，再通入含水的氮气，在70℃温度下反应2h，反应结束后，将得到的混合物在90℃温度下除去残留的水分，得到混合油B；
步骤四，将步骤三制得的混合油B加热至265℃，依次加入步骤二制备的纳米粉体A、红磷阻燃剂、复配抗氧剂、钨酸钠，在3500r/min高速分散机下搅拌3小时后，保温2小时，冷却至室温后即得本发明的绝缘消弧纳米材料改性变压器油。
以上各实施例制备的绝缘消弧纳米材料改性变压器油的性能测试结果如下：
击穿电压KV 介电常数 闪点℃ 90℃介质损失角正切
实施例1 87 2.48 240 0.2%
实施例2 84 2.51 240 0.2%
实施例3 86 2.53 240 0.2%
对比例 72 2.21 170 0.4%
本发明的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油具有较好的绝缘性、消弧性能，高温条件下抗氧化性能较好，通过引入的纳米材料使得其不易氧化、老化、腐蚀，稳定性加强，此外其还具有良好的阻燃性能；同时本发明的原料组分安全可靠、成本较低，工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，其特征在于，包括以下重量份的原料：
纳米改性材料6-8份、金属钝化剂1-2份、苯甲醇2-4份、硬脂酸镁1-2份、钨酸钠1-3份、复配基础油700-800份、对苯二酚7-9份、氮川三乙酸四钠0.3-0.5份、聚马来酸酐0.2-0.5份、复配抗氧剂0.8-1.2份、红磷阻燃剂0.4-0.6份、偶联剂0.4-0.8份。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，其特征在于，所述绝缘消弧纳米材料改性变压器油包括以下重量份的原料：
纳米改性材料7份、金属钝化剂1.5份、苯甲醇3份、硬脂酸镁1.5份、钨酸钠2份、复配基础油750份、对苯二酚8份、氮川三乙酸四钠0.4份、聚马来酸酐0.4份、复配抗氧剂1份、红磷阻燃剂0.5份、钛酸酯偶联剂0.6份。
3.根据权利要求1或2所述的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，其特征在于，所述纳米改性材料为纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化铝按照重量比2:2:2:1组成的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，其特征在于，所述金属钝化剂为噻二唑及其衍生物和苯并三氮唑及其衍生物中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，其特征在于，所述复配基础油为精炼植物油和环烷基基础油按照重量比1:3组成的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，其特征在于，所述复配抗氧剂为6- 二叔丁基苯酚、茶多酚、硫代二丙酸二酯按照重量比2:1:1组成的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂按照重量比3:1组成的混合物。
8.一种制备如权利要求1或2所述的绝缘消弧纳米材料改性变压器油的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将偶联剂、硬脂酸镁、纳米改性材料、金属钝化剂混合其重量12-18倍无水乙醇送入球磨罐中，在1000-1400r/min下球磨5-9个小时，结束后，将该液体转移至旋蒸仪，旋蒸除去乙醇，得到干燥的粉体A；
步骤三，将复配基础油、苯甲醇、对苯二酚、氮川三乙酸四钠与聚马来酸酐混合均匀，再通入含水的氮气，在60-80℃温度下反应1-3h，反应结束后，将得到的混合物在80-100℃温度下除去残留的水分，得到混合油B；
步骤四，将步骤三制得的混合油B加热至260-270℃，依次加入步骤二制备的纳米粉体A、红磷阻燃剂、复配抗氧剂、钨酸钠，在3000-4000r/min高速分散机下搅拌2-4小时后，保温1-3小时，冷却至室温后即得本发明的绝缘消弧纳米材料改性变压器油。
9.根据权利要求8所述的一种绝缘消弧纳米材料改性变压器油的制备方法，其特征在于，所述步骤为：
步骤一，按要求称量准备各组分原料；
步骤二，将偶联剂、硬脂酸镁、纳米改性材料、金属钝化剂混合其重量15倍无水乙醇送入球磨罐中，在1200r/min下球磨7个小时，结束后，将该液体转移至旋蒸仪，旋蒸除去乙醇，得到干燥的粉体A；
步骤三，将复配基础油、苯甲醇、对苯二酚、氮川三乙酸四钠与聚马来酸酐混合均匀，再通入含水的氮气，在70℃温度下反应2h，反应结束后，将得到的混合物在90℃温度下除去残留的水分，得到混合油B；
步骤四，将步骤三制得的混合油B加热至265℃，依次加入步骤二制备的纳米粉体A、红磷阻燃剂、复配抗氧剂、钨酸钠，在3500r/min高速分散机下搅拌3小时后，保温2小时，冷却至室温后即得本发明的绝缘消弧纳米材料改性变压器油。
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