CN111808667B - 一种高燃点矿物绝缘油及其制备方法 - Google Patents

一种高燃点矿物绝缘油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高燃点矿物绝缘油,由矿物绝缘油和液体阻燃剂组成,所述液体阻燃剂为磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3‑二氯异丙基)酯和氯化石蜡42;所述液体阻燃剂的含量占高燃点矿物绝缘油质量的3.5~7%。其制备方法包括:将磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3‑二氯异丙基)酯、氯化石蜡42加入矿物绝缘油中搅拌混匀即可。本发明通过向矿物绝缘油中添加合适的液体阻燃剂提高绝缘油燃点,液体阻燃剂的添加不仅不会改变矿物绝缘油的理化和电气性能,使得绝缘油兼有矿物绝缘油优良的冷却和绝缘性能。

Description

一种高燃点矿物绝缘油及其制备方法
技术领域
本发明属于绝缘油技术领域,尤其涉及一种高燃点的矿物绝缘油及其制备方法。
背景技术
绝缘油是一种重要的液体绝缘介质,在变压器、断路器、电流和电压互感器、套管等油浸绝缘高电压设备中广泛应用,保证电气设备的安全运行。矿物绝缘油由于其优良的电气绝缘和冷却性能,以及低廉的成本,成为绝缘油的首选,得到极为广泛的应用。但是,由于矿物绝缘油燃点低,一旦油浸入电气设备就会发生故障,有可能使得绝缘油燃烧,发生火灾。据统计,每台变压器在其正常运行年限发生火灾的概率为1.6%~10%。矿物绝缘油在使用时,需要对目前使用矿物绝缘油的变压器进行改造,不然存在很大的风险,因此根本无法形成广泛应用。
针对矿物绝缘油燃点低的问题,各国学者进行了大量的研究,相继开发了以聚氯联苯(PCB)为主的绝缘油、硅油、合成酯(季戊四醇酯)、α油、β油、聚α烯经、HMWH油(高分子碳氢化合油)、植物绝缘油等难燃或不燃油产品,但是这些绝缘油要么冷却性能和绝缘等性能不能满足要求,要么就是成本高,难以形成广泛的应用。所以,目前油浸设备使用的仍然是矿物绝缘油。因此,亟需开发高燃点绝缘油来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,克服以上背景技术中提到的不足和缺陷,提供一种高燃点且兼具优良的冷却和绝缘性能、价格便宜等特点的矿物绝缘油。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种高燃点矿物绝缘油,由矿物绝缘油和液体阻燃剂组成,所述液体阻燃剂为磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯和氯化石蜡42;所述液体阻燃剂的含量占高燃点矿物绝缘油质量的3.5~7%。
上述的高燃点矿物绝缘油,优选的,所述高燃点矿物绝缘油中,液体阻燃剂的各组分含量分别为:0.5~1%磷酸甲苯二苯酯、0.5~1%磷酸三异丙基苯酯、0.5~1%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、2~4%氯化石蜡42。
本发明的申请人通过探索性研究和反复试验验证,最终选择磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯和氯化石蜡42作为高燃点矿物绝缘油的液体阻燃剂,并通过其用量进行研究,将磷酸甲苯二苯酯用量控制在0.5~1%,磷酸三异丙基苯酯用量控制在0.5~1%,磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯用量控制在0.5~1%,氯化石蜡42用量控制在2~4%,这几种液体阻燃剂,在该合适的用量范围内都能溶于矿物绝缘油中,为保证高燃点矿物绝缘油性能提供保证,而其他的常规阻燃剂、或者阻燃剂加入量未选择合适,都可能导致阻燃剂不溶于矿物绝缘油中,从而导致电气绝缘性能(如耐压只有20kV)低于标准要求值,运动粘度也不满足理化性能要求;另一个方面,本发明选择的这几种液体阻燃剂具有不同的分解温度,将其组合在一起后具有协同阻燃的效果,同时又不改变电气绝缘和冷却性能。
上述的高燃点矿物绝缘油,优选的,所述矿物绝缘油为环烷基矿物绝缘油,其质量标准满足GB 2536和GB/T 14542要求。
作为一个总的发明构思,本发明还提供一种上述的高燃点矿物绝缘油的制备方法,将磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、氯化石蜡42加入矿物绝缘油中搅拌混匀即可。
油浸式设备采用本发明的高燃点矿物油时,将设备停电,采取循环滤油的方式将该高燃点矿物绝缘油添加到油浸式设备内,使设备内的绝缘油成为高燃点矿物绝缘油,无需对设备进行改造。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明通过向矿物绝缘油中添加合适的液体阻燃剂提高绝缘油的燃点,不仅不会改变矿物绝缘油的理化和电气性能,使得绝缘油兼有矿物绝缘油优良的冷却和绝缘性能,而且本发明采用的液体阻燃剂,由于磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯三种阻燃剂分解温度不同,在不同温度下气相中均可形成活泼的自由基,PO2 ·、PO·、HPO·与自由基O·、OH·结合达到阻燃目的,同时氯化石蜡42也会分解产生卤素自由基与自由基O·、OH·结合,与磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯三种阻燃剂达到协同阻燃效果,如此四种阻燃剂可以在不同温度下形成大量活泼自由基进行阻燃,相比单一阻燃剂在单一温度分解产生或单一活泼自由基结合的阻燃效应更好,使得绝缘油具有高燃点,从而获得一种具备优良冷却和绝缘性能的高燃点矿物绝缘油。
(2)本发明选择的液体阻燃剂可溶于矿物绝缘油,在制备高燃点矿物绝缘油过程中只需进行搅拌混匀即可,制备简单。
(3)对于变压器等设备,采取循环滤油的方式添加相应比例本发明的矿物绝缘油到油浸式设备内即可使设备内的绝缘油成为高燃点矿物绝缘油,使用过程中无需对变压器等设备进行改造。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义,下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的,并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1:
一种本发明的高燃点矿物绝缘油,包括以下组份:93.5%矿物绝缘油、0.5%磷酸甲苯二苯酯、1%磷酸三异丙基苯酯、1%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、4%氯化石蜡42。
该高燃点矿物绝缘油的制备方法为:
向93.5g矿物绝缘油中依次加入0.5g磷酸甲苯二苯酯、1g磷酸三异丙基苯酯、1g磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、4g氯化石蜡42并搅拌混匀,得到高燃点矿物绝缘油。
测试本实施例制备的绝缘油燃点为308℃,工频击穿电压72.3kV,90℃介质损耗因素0.00029,90℃体积电阻率2.6×1012Ω·m,运动粘度9mm2/s,各项指标均能满足绝缘油的要求。
实施例2:
一种本发明的高燃点矿物绝缘油,包括以下组份:94.5%矿物绝缘油、0.5%磷酸甲苯二苯酯、1%磷酸三异丙基苯酯、1%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、3%氯化石蜡42。
该高燃点矿物绝缘油的制备方法为:
(1)向283.5kg矿物绝缘油中依次加入12.3kg磷酸甲苯二苯酯、24.6kg磷酸三异丙基苯酯、24.6kg磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、73.8kg氯化石蜡42并搅拌混匀,得到母液。
(2)通过循环滤油的方式向总油重为24.6吨左右的110kV变压器中加入步骤(1)制备的母液,整个变压器油中的绝缘油即为制备的高燃点矿物绝缘油,该过程无需对变压器设备进行改造。
测试本实施例制备的绝缘油燃点305℃,工频击穿电压70.3kV,90℃介质损耗因素0.0016,90℃体积电阻率1.8×1012Ω·m,运动粘度8mm2/s,各项指标均能满足绝缘油的要求。
实施例3:
一种本发明的高燃点矿物绝缘油,包括以下组份:95.5%矿物绝缘油、1%磷酸甲苯二苯酯、0.5%磷酸三异丙基苯酯、1%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、2%氯化石蜡42。
该高燃点矿物绝缘油的制备方法为:
向95.5g矿物绝缘油中依次加入1g磷酸甲苯二苯酯、0.5g磷酸三异丙基苯酯、1g磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、2g氯化石蜡42并搅拌混匀,即得到高燃点矿物绝缘油。
本实施例制备的绝缘油燃点312℃,工频击穿电压71.7kV,90℃介质损耗因素0.00048,90℃体积电阻率3.4×1011Ω·m,运动粘度10mm2/s,各项指标均能满足绝缘油的要求。
对比例1:
本对比例的矿物绝缘油,包括以下组份:99%矿物绝缘油和1%磷酸甲苯二苯酯。
该矿物绝缘油的制备方法为:
向99g矿物绝缘油中加入1g磷酸甲苯二苯酯,搅拌混匀,得到矿物绝缘油。
测试本对比例制备的矿物绝缘油燃点为179℃,工频击穿电压73.1kV,90℃介质损耗因素0.00019,90℃体积电阻率2.1×1012Ω·m,运动粘度9mm2/s。
对比例2:
本对比例的矿物绝缘油,包括以下组份:99%矿物绝缘油、1%磷酸三异丙基苯酯。
该矿物绝缘油的制备方法为:
向99g矿物绝缘油中加入1g磷酸三异丙基苯酯,搅拌混匀,得到矿物绝缘油。
测试本对比例制备的矿物绝缘油燃点为168℃,工频击穿电压72.7kV,90℃介质损耗因素0.00021,90℃体积电阻率2.3×1012Ω·m,运动粘度9mm2/s。
对比例3:
本对比例的矿物绝缘油,包括以下组份:99%矿物绝缘油、1%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯。
该矿物绝缘油的制备方法为:
向99g矿物绝缘油中加入1g磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯,搅拌混匀,得到矿物绝缘油。
测试本对比例制备的矿物绝缘油燃点为155℃,工频击穿电压70.6kV,90℃介质损耗因素0.00036,90℃体积电阻率2.3×1013Ω·m,运动粘度8mm2/s。
对比例4:
本对比例的矿物绝缘油,包括以下组份:97%矿物绝缘油、3%氯化石蜡42。
该矿物绝缘油的制备方法为:
向97g矿物绝缘油中加入3g氯化石蜡42,搅拌混匀,得到矿物绝缘油。
测试本对比例制备的矿物绝缘油燃点为182℃,工频击穿电压68.3kV,90℃介质损耗因素0.00025,90℃体积电阻率2.3×1013Ω·m,运动粘度10mm2/s。
对比例5:
本对比例的矿物绝缘油,包括以下组份:85%矿物绝缘油、5%磷酸甲苯二苯酯、3%磷酸三异丙基苯酯、2%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、5%氯化石蜡42。
该矿物绝缘油的制备方法为:
向85g矿物绝缘油中依次加入5g磷酸甲苯二苯酯、3g磷酸三异丙基苯酯、2g磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、5g氯化石蜡42,搅拌混匀,即得到矿物绝缘油。
本对比例制备的矿物绝缘油燃点298℃,工频击穿电压20.1kV,90℃介质损耗因素0.009,90℃体积电阻率2.4×1010Ω·m,运动粘度12mm2/s。
对比例6:
本对比例的矿物绝缘油,包括以下组份:98.7%矿物绝缘油、0.1%磷酸甲苯二苯酯、0.1%磷酸三异丙基苯酯、0.1%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、1%氯化石蜡42。
该矿物绝缘油的制备方法为:
向98.7g矿物绝缘油中依次加入0.1g磷酸甲苯二苯酯、0.1g磷酸三异丙基苯酯、0.1g磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、1g氯化石蜡42,搅拌混匀,即得到矿物绝缘油。
本对比例制备的绝缘油燃点185℃,工频击穿电压73.1kV,90℃介质损耗因素0.0004,90℃体积电阻率2.8×1013Ω·m,运动粘度10mm2/s。
由以上对比例1-4和实施例1-2的对比可知,单一的阻燃剂效果比复合阻燃剂效果差很多,本发明矿物绝缘油中采用的磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、氯化石蜡之间具有相互协同阻燃效果,可以大幅提高矿物绝缘油的燃点;由对比例5和对比例6可知,阻燃剂的量选择不合适,可能会造成电气绝缘性能显著下降,如工频击穿电压20.1kV,90℃介质损耗因素0.009,90℃体积电阻率2.4×1010Ω·m;也可能会造成阻燃效果不佳,如对比例6中绝缘油燃点仅185℃。

Claims (3)

1.一种高燃点矿物绝缘油,其特征在于,由矿物绝缘油和液体阻燃剂组成,所述液体阻燃剂为磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯和氯化石蜡42;所述液体阻燃剂的质量占高燃点矿物绝缘油总质量的3.5%~7%;
所述高燃点矿物绝缘油中,液体阻燃剂的各组分含量分别为:0.5~1%磷酸甲苯二苯酯、0.5~1%磷酸三异丙基苯酯、0.5~1%磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、2~4%氯化石蜡42。
2.如权利要求1所述的高燃点矿物绝缘油,其特征在于,所述矿物绝缘油为环烷基矿物绝缘油。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的高燃点矿物绝缘油的制备方法,其特征在于,将磷酸甲苯二苯酯、磷酸三异丙基苯酯、磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯、氯化石蜡42加入矿物绝缘油中搅拌混匀即可。
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