JP5248049B2

JP5248049B2 - 電気絶縁油組成物

Info

Publication number: JP5248049B2
Application number: JP2007162475A
Authority: JP
Inventors: 高志大野
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: JP2009004159A

Description

本発明は、変圧器などに使用される電気絶縁油組成物に関する。

電気絶縁油は、いったん変圧器等に充填された後は長期間に渡って無交換で使用されるため、耐酸化安定性や耐候性が極めて重要である。
これに対して、市販の１種２号絶縁油に酸化防止剤を添加することで耐酸化寿命を延長した電気絶縁油が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに最近では、クレーゲル分析による極性物質の含有量を特定範囲にした基油や、電界イオン化質量分析法によるパラフィン類の含有量を特定範囲にした基油を用いた電気絶縁油が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。

特開２０００−３０６４３０号公報特開２００２−２６０４４５号公報特開２００４−１６４８５８号公報

しかしながら、ポールトランスに代表されるような開放型小型変圧器においては、大型変圧器と比べ油劣化防止方式やメンテナンス状況が異なっており、絶縁油の環境が厳しく、その劣化度合いは大きい。それ故、特許文献１に記載された電気絶縁油を用いても、開放型小型変圧器用としては未だ耐候性が不十分であり、使用中にスラッジの発生は避けられず、また油面計の汚れにより現場の維持管理が困難となるなどの問題がある。
また、特許文献２、３に記載された電気絶縁油でも、耐候性は未だ不十分であり、耐候性の一層の向上が望まれている。
そこで、本発明は、含有される酸化防止剤の添加効果が著しく向上し、耐候性に優れるとともに、長期間使用してもスラッジの発生がない電気絶縁油組成物を提供することを目的とする。

前記した課題を解決すべく、本発明は、以下のような電気絶縁油組成物を提供するものである。
（１）非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の双方を含む精製鉱油を基油とする電気絶縁油組成物であって、電界イオン化質量分析法（ＦＩ−ＭＳ法）により測定された前記非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の前記精製鉱油における合計含有量が９０質量％以上であり、４０℃における動粘度が５〜１３ｍｍ ^２／ｓ、流動点が−３０℃以下、および引火点が１４０℃以上であり、前記基油にフェノール系酸化防止剤を配合したことを特徴とする電気絶縁油組成物。

（２）上記（１）に記載の電気絶縁油組成物において、前記フェノール系酸化防止剤の配合量が、組成物全量基準で０．０５〜０．５質量％であることを特徴とする電気絶縁油組成物。
（３）上記（１）または（２）に記載の電気絶縁油組成物において、前記精製鉱油における非環状パラフィン類の含有量が６０質量％以上であり、モノシクロパラフィン類の含有量が２０質量％以上であることを特徴とする電気絶縁油組成物。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電気絶縁油組成物において、環分析（ｎ-ｄ-Ｍ法）により測定された前記精製鉱油における％ＣＰが９０質量％以上であることを特徴とする電気絶縁油組成物。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の電気絶縁油組成物において、組成物全量基準で、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であり、全窒素分が５質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする電気絶縁油組成物。

本発明の電気絶縁油組成物によれば、基油に対する酸化防止剤の添加効果が著しく向上する。それ故、優れた耐候性を発揮できるとともに、長期間使用してもスラッジの発生がない電気絶縁油組成物を提供できる。また、本発明の電気絶縁油組成物を製造するには、必ずしも白土処理を必要としないので、環境面からも好ましい。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。
本発明の電気絶縁油組成物は、非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類のうち少なくともいずれか含む精製鉱油を基油とする。そして、電界イオン化質量分析法（ＦＩ−ＭＳ法）により測定された前記非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の前記精製鉱油における含有量が９０質量％以上である。
このような精製鉱油の製造に用いられる原料原油としては、パラフィン基系原油，ナフテン基系原油、混合基系原油およびＧＴＬ（Gas To Liquid）基油のいずれも使用できるが、酸化劣化防止の観点よりＧＴＬ基油が好ましい。
精製鉱油は、例えば上述した原油を蒸留して得られた留出油および／またはワックスを含む留出油（常圧換算で２５０〜５００℃）を水素化改質、水素化精製、溶剤精製、水素化脱蝋、溶剤脱蝋等の各公知の精製プロセスを適宜組み合わせて製造したものを適宜混合することにより所定の精製鉱油を得ることができる。
ここで、留出油とは原油を常圧蒸留するか、あるいは常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られたものを意味する。

上記した公知の各プロセスを適宜選定し、あるいは得られた精製鉱油を適宜ブレンドすることによって、電界イオン化質量分析法（ＦＩ−ＭＳ法）により測定された非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の含有量が９０質量％以上である精製鉱油を得ることができる。この精製鉱油は、非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の含有量が上述した所定量以上であるので、後述するフェノール系酸化防止剤の添加効果に極めて優れている。すなわち、この精製鉱油を基油として、フェノール系酸化防止剤を添加してなる電気絶縁油組成物は、極めて優れた耐酸化安定性を発揮するようになる。

非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の精製鉱油における含有量は、好ましくは、９５質量％以上である。また、精製鉱油における非環状パラフィン類の含有量は６０質量％以上、かつ、モノシクロパラフィン類の含有量は２０質量％以上であることが好ましい。これらのいずれかの成分の含有量が上述した量を下回ると、フェノール系酸化防止剤の添加効果が低下するおそれがある。すなわち、電気絶縁油組成物として十分な耐候性が得られず、絶縁油の変色を生じたりスラッジが発生するおそれがある。精製鉱油における非環状パラフィン類のより好ましい含有量は７０質量％以上である。

また、本発明において基油として用いられる精製鉱油は、環分析（ｎ-ｄ-Ｍ）法により測定された％ＣＰ（パラフィン分）が９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。％ＣＰが９０質量％未満であると、後述するフェノール系酸化防止剤の添加効果が低下するおそれがある。

本発明の電気絶縁油組成物は、上述した特定の基油に、フェノール系酸化防止剤が配合されたものである。フェノール系酸化防止剤としては、例えば２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ｐ−クレゾール；２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−エチルフェノールなどのモノフェノール系、４，４’−メチレンビス（２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）；２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）などのジフェノール系を挙げることができる。該フェノール系酸化防止剤は一種または二種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明の電気絶縁油組成物に適用される酸化防止剤としては、上述のフェノール系酸化防止剤が必須であり、他の種類の酸化防止剤の使用は好ましくない。例えば、窒素系、硫黄系酸化防止剤では、熱あるいは光によって潤滑油組成物の変色を招きやすく、さらには銅を腐食するおそれがあるので好ましくない。ただし、本発明の効果を損なわない範囲での併用は差し支えない。
上記のフェノール系酸化防止剤の配合量は、組成物全量基準で０．０５〜０．５質量％であることが好ましい。フェノール系酸化防止剤の配合量が０．０５質量％未満では、電気絶縁油組成物としての耐酸化安定性が悪く、耐候性も低下し、使用中に組成物が変色しスラッジが発生する場合がある。一方、フェノール系酸化防止剤の配合量が０．５質量％を超えると電気特性に劣るおそれがある。それ故、耐酸化安定性、耐候性および電気特性のバランスを考慮すると、フェノール系酸化防止剤の配合量は０．１〜０．４質量％であることがより好ましい。

本発明の電気絶縁油組成物は、組成物全量基準で硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であり、全窒素分が５質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。電気絶縁油組成物中の硫黄分が１０質量ｐｐｍを超えると、電気絶縁油組成物の耐酸化安定性や耐候性が低下して、該組成物が変色したり、スラッジが発生するおそれがある。また、全窒素分の含有量が５質量ｐｐｍを超えると色相劣化を引き起こし、また誘電正接（ｔａｎ δ）を悪化させる場合がある。この点から、全窒素分の含有量は３質量ｐｐｍ以下がさらに好ましい
ここで、硫黄分はＪＩＳＫ−２５４１に準拠して測定すればよく、全窒素分は、ＪＩＳＫ−２６０９に準拠して測定できる。

さらに、本発明の電気絶縁油組成物は、４０℃における動粘度が５〜１３ｍｍ^２／ｓ、流動点が−３０℃以下、および引火点が１４０℃以上であることが好ましい。４０℃における動粘度が５ｍｍ^２／ｓ未満では、揮発性が高くなりすぎて、取扱いにおいて安全上問題がある場合があり、一方、４０℃における動粘度が１３ｍｍ^２／ｓを超えると流動性が低くなりすぎ取扱いが困難となる。この観点から、より好ましくは５〜１２ｍｍ^２／ｓである。また、流動点が−３０℃を超えると、寒冷地での使用に支障が生じるので好ましくなく、引火点が１４０℃未満では、安全上問題がある場合がある。
ここで、４０℃動粘度は、ＪＩＳＫ−２２８３に準拠して測定すればよく、硫黄分は、ＪＩＳＫ−２５４１に準拠して測定できる。また、流動点は、ＪＩＳＫ−２２６９に準拠して測定できる。
なお、特に粘度指数が高く、低流動点の電気絶縁油組成物を得るためには、ワックスを水素化脱蝋装置で、おだやかに処理した異性化油を添加することが好ましい

本発明の電気絶縁油組成物には、必要に応じて、ベンゾトリアゾールなどの金属不活化剤を、組成物全量基準で０〜４０質量ｐｐｍ、および／またはポリアルキルメタクリレートなどの流動点降下剤を０〜０．５質量％を本発明の目的を阻害しない範囲で配合することができる。なお、本発明の電気絶縁油組成物の基油に用いられる精製鉱油としては、日本工業規格（ＪＩＳＣ２３２０−１９９３）のうち、電気絶縁油１種２号の規格に合格するものを選択することが好ましい。

次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、これらの実施例に何ら制限されるものではない。なお、本実施例における各種精製鉱油の性状分析法、および電気絶縁油組成物についての評価法は下記の通りである。

（Ａ）精製鉱油の性状分析法
（Ａ-１）電界イオン化質量分析法（ＦＩ−ＭＳ分析法）
試料油中のパラフィン類、ナフテン類についてのタイプ分析を行い、精製鉱油全量に対する質量％として求めた。分析装置としては、二重収束型質量分析計〔日本電子（株）製，ＳＸ−１０２Ａ型〕を用い、直接導入−電界イオン化（ＦｉｅｌｄＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ）−質量分析（ＭＳ）法により測定した。この場合のイオン化条件は、加速電圧８ｋＶ，カソード電圧２ｋＶとした。（出光技法第４１巻第６号「ＦＩ−ＭＳによる石油留分のタイプ分析」、第４３巻第１号「質量分析法による潤滑油分析」を参照。）

（Ａ-２）４０℃動粘度：ＪＩＳＫ−２２８３に準拠して測定した。
（Ａ-３）硫黄分：ＪＩＳＫ−２５４１に準拠して測定した。
（Ａ-４）全窒素分：ＪＩＳＫ−２６０９に準拠して測定した。
（Ａ-５）流動点：ＪＩＳＫ−２２６９に準拠して測定した。

（Ｂ）電気絶縁油組成物の評価法
（Ｂ-１）電気特性：ＪＩＳＣ−２１０１に準拠して測定した。
（Ｂ-２）耐酸化安定性（ＪＩＳ絶縁油酸価試験）：ＪＩＳＣ−２１０１に準拠し、供試油を１２０℃で、２００、２５０、３００、３５０時間保持した後のスラッジ発生の有無（油の外観）と全酸価を測定した。
（Ｂ-３）耐候性試験（自然耐候性試験）：直射日光の当たる屋内窓際で、各供試油５０ｍＬを、各々、内径３．５ｃｍ、高さ６ｃｍのガラス製５０ｍＬ容器に充填して蓋をした。そして、２、４、６、８カ月間保管した後のスラッジ発生の有無（油の外観）と全酸価を測定した。

〔実施例１〕
フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）ワックス留分を異性化脱漏工程および水素化仕上げ工程を含む工程で処理した後、減圧蒸留することにより２種類以上の精製基油に分留し規定粘度に調整した軽質留分の精製鉱油Ａを得た。性状分析の結果を表１に示す。
この精製鉱油Ａに組成物全量基準で０.３質量％の２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＤＢＰＣ）を配合して電気絶縁油組成物（絶縁油Ａ）を調整し、電気特性、耐酸化安定性および耐候性について評価した。結果を表２に示す。

〔実施例２〕
フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）ワックス留分を異性化脱漏工程および水素化仕上げ工程を含む工程で処理した後、減圧蒸留することにより２種類以上の精製基油に分留し規定粘度に調整した軽質留分の精製鉱油Bを得た。性状分析の結果を表１に示す。
この精製鉱油Bに組成物全量基準で０.３質量％の２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＤＢＰＣ）を配合して電気絶縁油組成物（絶縁油Ｂ）を調整し、電気特性、耐酸化安定性および耐候性について評価した。結果を表２に示す。

〔比較例１〕
パラフィン基系原油を常圧蒸留し、その常圧残渣油を減圧蒸留して得た減圧留出油を水素化改質精製、水素化脱漏、水素化仕上げの順に処理した後、更に減圧蒸留により所定粘度に調整して軽質留分の精製鉱油Cを得た。性状分析の結果を表１に示す。
この精製鉱油Ｃに、組成物全量基準で０.３質量％の２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＤＢＰＣ）を配合して電気絶縁油組成物（絶縁油Ｃ）を調整し、電気特性、耐酸化安定性および耐候性について評価した。結果を表２に示す。

〔比較例２〕
パラフィン基系原油を常圧蒸留し、その常圧残渣油を減圧蒸留して得た減圧留出油を水素化改質精製、水素化脱漏、水素化仕上げの順に処理した後、所定粘度に調整して精製鉱油Ｄを得た。性状分析の結果を表１に示す。
この精製鉱油Ｄに、組成物全量基準で０.３質量％の２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール（ＤＢＰＣ）を配合して電気絶縁油組成物（絶縁油Ｄ）を調整し、電気特性、耐酸化安定性および耐候性について評価した。結果を表２に示す。

〔評価結果〕
上記の結果より、本発明における実施例１、２の電気絶縁油組成物は、電気特性と耐酸化安定性に優れると共に、耐候性にも優れていることが分かる。一方、比較例１、２の電気絶縁油組成物は、実施例１、２と同じ酸化防止剤を同量配合しているにもかかわらず、基油である精製鉱油中のパラフィン類およびモノシクロパラフィン類の割合が少ないため、酸化防止剤の添加効果が発揮されず、電気特性、耐酸化安定性および耐候性に劣っている。
なお、本実施例では、精製鉱油の白土処理を行うことなく、優れた性能の電気絶縁油組成物を得ており、環境保護の観点からも好ましい。

本発明の電気絶縁油組成物は、油入り変圧器、油入り遮断器、油入りケーブル、油入りコンデンサ等、特に小型の開放式変圧器などの用途に好適に使用することができる。

Claims

非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の双方を含む精製鉱油を基油とする電気絶縁油組成物であって、
電界イオン化質量分析法（ＦＩ−ＭＳ法）により測定された前記非環状パラフィン類およびモノシクロパラフィン類の前記精製鉱油における合計含有量が９０質量％以上であり、
４０℃における動粘度が５〜１３ｍｍ ^２／ｓ、流動点が−３０℃以下、および引火点が１４０℃以上であり、
前記基油にフェノール系酸化防止剤を配合したことを特徴とする電気絶縁油組成物。
請求項１に記載の電気絶縁油組成物において、
前記フェノール系酸化防止剤の配合量が、組成物全量基準で０．０５〜０．５質量％であることを特徴とする電気絶縁油組成物。
請求項１または請求項２に記載の電気絶縁油組成物において、
前記精製鉱油における非環状パラフィン類の含有量が６０質量％以上であり、モノシクロパラフィン類の含有量が２０質量％以上であることを特徴とする電気絶縁油組成物。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電気絶縁油組成物において、
環分析（ｎ-ｄ-Ｍ法）により測定された前記精製鉱油における％ＣＰが９０質量％以上であることを特徴とする電気絶縁油組成物。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電気絶縁油組成物において、
組成物全量基準で、硫黄分が１０質量ｐｐｍ以下であり、全窒素分が５質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする電気絶縁油組成物。