CN110643416A - 一种改性绝缘油、制备方法及其应用 - Google Patents

一种改性绝缘油、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性绝缘油、制备方法及其应用，属于绝缘油制备技术领域。所述改性绝缘油由非离子表面活性剂改性的纳米氧化铝粒子与绝缘油混合组成。其制备方法为：将纳米氧化铝粒子进行预处理，然后将非离子表面活性剂加入到纳米氧化铝粒子中，研磨，密封后恒温处理，得到改性纳米氧化铝粒子加入到绝缘油中，进行搅拌、超声得到混合溶液；最后进行干燥，即得改性绝缘油。本发明的改性绝缘油通过物理方法与高分子化合物进行复合，使得粒子与介质中分子的界面相容性增强，使得粒子容易分散在有机介质中，使得改性绝缘油具有优异的绝缘性能和耐热性能，在电力系统领域中具有广泛的工业应用价值。

Description

一种改性绝缘油、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于绝缘油制备技术领域，具体涉及一种改性绝缘油、制备方法及其应用。
背景技术
影响变压器油的关键主要在于变压器油本身的性质以及变压器油中空间电荷的影响两个方面。电力系统变压器主要使用矿物油作为绝缘介质，变压器油除了绝缘作用之外，还起着散热和消弧的作用。已有学者提出通过纳米改性的方法，使变压器油的绝缘性能得到提升。研究表明，纳米改性后的电介质中，纳米粒子通过捕获空间电荷，阻碍流注的发展从而使得液体电介质的绝缘强度得到有效的提升，其中纳米改性变压器油和普通变压器油的击穿电压可以看到，在2mm间距时两者相差不大，当间距增大后，纳米改性变压器油的击穿电压比普通变压器油增大了10％～20％。通过对纳米改性变压器油与普通变压器油的局部放电起始电压比较可以得出，纳米改性变压器油能够显著提高局放起始电压，提高范围可达29％～53％，这对于提高变压器绝缘系统的抗老化破坏性能和降低介质损耗具有十分重要的意义。
纳米粒子根据性质的不同可以分为导电性纳米粒子，和介电性纳米粒子等。最开始是向变压器油中添加导电性纳米粒子进行绝缘性能研究，结果发现由于导电性纳米粒子改性变压器油容易受到外界磁场的干扰其流体稳定性较差从而使得纳米油的绝缘特性不甚理想。
发明内容
有鉴于此，本发明方法提供了一种改性绝缘油的制备方法及应用。
为了达到上述目的，本案发明人经过长期研究和大量实践，得以提供本发明技术方案，具体实施过程如下；
1.一种改性绝缘油，所述改性绝缘油由非离子表面活性剂司盘80改性的纳米氧化铝粒子与绝缘油混合组成。
优选的，所述改性的纳米氧化铝粒子与绝缘油按g：L计为0.01～0.05:1。
优选的，所述改性的纳米氧化铝粒子与绝缘油按g：L计为0.02:1。
优选的，所述绝缘油为矿物绝缘油或合成绝缘油。
优选的，所述矿物绝缘油为10号矿物变压器油、25号矿物变压器油或45号矿物变压器油。
2.一种改性绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
s1、将纳米氧化铝粒子，在N2保护的条件下，升温至600～700℃，并保持2～4h；
s2、将非离子表面活性剂司盘80加入到s1得到的纳米氧化铝粒子中，研磨，密封后，在50～65℃条件下，恒温2～4h，得到改性纳米氧化铝粒子；
s3、将改性纳米氧化铝粒子加入到绝缘油中，进行搅拌，然后超声得到混合溶液；
s4、在温度为60～70℃的条件下，将混合溶液进行真空干燥3～4h，即得改性绝缘油。
优选的，所述s2中，司盘80与纳米氧化铝粒子的重量比例为1～3:100。
其中，s2中，必须充分研磨，使纳米氧化铝粒子被司盘80包裹完全。
优选的，所述司盘80与纳米氧化铝粒子的重量比例为2:100。
其中，s2中，恒温采用恒温水浴进行。
优选的，所述s3中，超声分三步进行，每次超声10～15min，超声频率为20kHz，间隔5min。其中，超声通过控制恰当的超声波频率与作用时间对置于超声场中的纳米流体进行处理，大幅度降低粒子之间的微粒作用能，对于微粒悬浮夜的分散效果较好，使溶液分散性更充分，强度更高；分三步超声的目的在于避免温度过高对混合溶液以及粒子的分散产生不良影响。
优选的，所述s4中，真空干燥在真空干燥箱中进行。由于超声分散时容易在纳米流体中裹入气体，绝缘油中溶解的气体和水分在电场作用下会发生极化形成导电小桥，最终导致击穿，对冲击电压下变压器的击穿特性试验产生较大误差，因此，需真空干燥除去绝缘油中溶解的气体和水分。
3.改性绝缘油在电力系统中作为变压器油的应用。
本发明的有益效果在于：
1)本发明制得的改性绝缘油通过物理方法与高分子化合物进行复合，改变粒子表面的活性基团或电性，使得粒子与介质中分子的界面相容性增强，使得粒子容易分散在有机介质中，经过检测分析，改性绝缘油具有优异的绝缘性能和耐热性能，在电力系统领域中具有广泛的工业应用价值；
2)本发明的改性绝缘油的制备方法为物理有机包覆法，其原理为利用改性剂分子吸附在纳米粒子颗粒表面时，在粒子表面形成保护层从而防止纳米粒子之间的团聚，具有操作简单，成本低，安全环保的优点。
附图说明
图1为本发明的改性绝缘油静置两周以后的外观图；
图2为本发明的改性绝缘油的透射系数图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例改性绝缘油的制备方法包括以下步骤：
s1、将纳米氧化铝粒子置于管式炉中，在N2保护的条件下，升温至650℃，并保持3h；
s2、将非离子表面活性剂司盘80与纳米氧化铝粒子按照1：50的比例加入到s1得到的纳米氧化铝粒子中，研磨，密封后，在60℃条件下，恒温水浴2h，得到改性纳米氧化铝粒子；
s3、将0.02g改性纳米氧化铝粒子加入到1L的25号矿物变压器油中，进行搅拌，然后分三次超声，每次超声15min，间隔5min，得到混合溶液；
s4、在温度为60℃的条件下，将混合溶液进行真空干燥3天，即得25号改性矿物变压器油。
实施例2
本实施例中，除了s3中，改性纳米氧化铝粒子的用量替换为0.01g，其余均与实施例1相同。
将本实施例1和实施例2制得的25号改性矿物变压器油，采用透射系数法并辅以静置目测法进行稳定性分析。具体操作为：首先将所制得的25号改性矿物变压器油静置两周以后装入比色管，进行目测分析，然后利用光功率计检测透射光强度和入射光强度从而得到透射系数。结果如图1和图2所示。
图1(左)为本实施例1和图1(右)为本实施例2制得的25号改性矿物变压器油静置两周以后的外观图。由图中观察可知，25号改性矿物变压器油静置两周后没有明显变化。
图2(左)为同一高度下该比色管中，25号改性矿物变压器油每隔10小时测量得到的透射系数，图2(右)为静置一个月后从比色管最低端每隔5cm测量得到的25号改性矿物变压器油的透射系数。由图中可以看出不同时刻下透射系数基本没有变化，且不同高度的透射系数也基本相同，说明本实施例1和实施例2制得的25号改性矿物变压器油稳定性均良好。
将本实施例1和实施例2制得的25号改性矿物变压器油分别做绝缘性检测。
将本实施例1和2制得的25号改性矿物变压器油在3种不同的电极下分别施加电压为250/2500μs标准操作冲击电压，并采用逐步升压法测量样品的冲击击穿电压。从最初的起始电压开始每次升压1-2kV，以该速度逐级升高样品上的电压直至样品击穿，其中在波后击穿的情况下，击穿电压值即为显示波形的电压峰值，在波前击穿的情况下，击穿电压为击穿发生时刻的瞬时电压值。逐步击穿法要求在每次得到击穿数据前至少需要加压5次，且每级电压重复施加三次，连续两次加压之间时间间隔至少为1min，以消除电荷积累对试验的影响，从而保证击穿数据的准确性。每次击穿后，应查看平行极板之间若有气泡产生应将气泡处理干净之后再静置5min，直至液体恢复稳定再进行下一次试验。重复以上步骤10次，将结果去掉最大值和最小值后求其平均值作为该情况下的击穿数据。实施例1制得的25号改性矿物变压器油的数据结果如表1所示，实施例2制得的25号改性矿物变压器油的数据结果如表2所示。
表1
极板材料 平均击穿电压(kV) 标准差 平均击穿时间(μs)
铝 30.5 1.7 576
不锈钢 32.8 1.8 442
黄铜 39.4 1.3 608
表2
极板材料 平均击穿电压(kV) 标准差 平均击穿时间(μs)
铝 29.4 2.1 473
不锈钢 31.5 1.9 316
黄铜 37.3 1.6 469
从表1和表2中分析可知，经过改性纳米氧化铝粒子改性后的25号变压器油的平均击穿电压均大于29kV，充分证明了25号改性变压器油的绝缘性能。
综上所述，经过改性纳米氧化铝粒子分散到绝缘油中制得的改性绝缘油，相对于未经过改性的绝缘油的绝缘性能、耐热性能和稳定性均有提高，充分证明了改性绝缘油，在电力系统领域中具有优于未改性绝缘油的工业应用价值。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种改性绝缘油，其特征在于，所述改性绝缘油由非离子表面活性剂司盘80改性的纳米氧化铝粒子与绝缘油混合组成。
2.根据权利要求1所述一种改性绝缘油，其特征在于，所述改性的纳米氧化铝粒子与绝缘油按g：L计为0.01～0.05:1。
3.根据权利要求1所述一种改性绝缘油，其特征在于，所述改性的纳米氧化铝粒子与绝缘油按g：L计为0.02:1。
4.根据权利要求1所述一种改性绝缘油，其特征在于，所述绝缘油为矿物绝缘油或合成绝缘油。
5.根据权利要求4所述一种改性绝缘油，其特征在于，所述矿物绝缘油为10号矿物变压器油、25号矿物变压器油或45号矿物变压器油。
6.如权利要求1至权利要求5任一所述一种改性绝缘油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、将纳米氧化铝粒子，在N2保护的条件下，升温至600～700℃，并保持2～4h；
s2、将非离子表面活性剂司盘80加入到s1得到的纳米氧化铝粒子中，研磨，密封后，在50～65℃条件下，恒温2～4h，得到改性纳米氧化铝粒子；
s3、将改性纳米氧化铝粒子加入到绝缘油中，进行搅拌，然后超声得到混合溶液；
s4、在温度为60～70℃的条件下，将混合溶液进行真空干燥3～4h，即得改性绝缘油。
7.根据权利要求6所述一种改性绝缘油的制备方法，其特征在于，所述s2中，司盘80与纳米氧化铝粒子的重量比例为1～3:100。
8.根据权利要求7所述一种改性绝缘油的制备方法，其特征在于，所述司盘80与纳米氧化铝粒子的重量比例为2:100。
9.根据权利要求6所述一种改性绝缘油的制备方法，其特征在于，所述s3中，超声分三步进行，每次超声10～15min，超声频率为20kHz，间隔5min。
10.如权利要求1至权利要求5任一所述的改性绝缘油在电力系统中作为变压器油的应用。
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