包含具有增加的稳定性的天然生物来源的油的介电流体的制作方法

在一方面，本发明涉及用于电力分配和动力装备中的介电流体组合物，包括绝缘油，该电力分配和动力装备包括变压器、开关齿轮和电缆。

背景技术：

1、用于电力分配和动力装备(包括变压器、开关齿轮和电缆)中的介电(或绝缘)流体执行两种重要的功能。这些流体用作电绝缘介质，即，表现出介电强度，并且它们将生成的热量传送离开装备，即，用作冷却介质。例如，当用于变压器中时，介电流体将热量从变压器或连接的电路的绕组和芯传送到冷却表面。除了具有介电强度和冷却能力之外，用于电气装备的理想介电流体还对环境表现出很小的不利影响或无不利影响，与用于构造装备的材料相容，并且相对不易燃。

2、介电油具有许多特定的功能特性。油的介电击穿或介电强度提供其抵抗电击穿的能力的指示，并且被测量为在浸没于油中的指定间隙处导致两个电极之间的电弧放电所需的最小电压。脉冲介电击穿电压提供油在瞬态电压应力诸如闪电和电涌下抵抗电击穿的能力的指示。油的耗散因数是油中的介电损耗的量度；低耗散因数指示低介电损耗和低浓度的可溶性极性污染物。油的放气趋势测量油在存在部分放电的条件下放出或吸收气体的趋势。同样，杂散放气可由于介电油(诸如变压器油)的热应力而发生，从而导致氢、甲烷、乙烷、乙烯等的释放。

3、由于介电流体的一个功能是携带和耗散热量，因此显著影响流体用作介电冷却剂的相对能力的因素包括粘度、比热、热导率和膨胀系数。在选择用于特定应用的合适介电流体时，必须权衡这些特性的值，尤其是在全额定值的装备的操作温度范围内。

4、除了影响热传递的上述特性之外，介电流体还应具有相对高的介电强度、低耗散因数、与固体电介质相容的介电常数、低放气趋势，并且其必须与其所暴露的电气装备材料相容。杂散放气的控制防止爆炸性气体在电气装备的顶部空间中积聚。

5、用于电气装备中的包含植物油或植物油共混物并且包含一种或多种抗氧化剂化合物的介电流体在授予corkran等人的美国专利7651641号中有所描述。

技术实现思路

1、制备介电流体以降低氧化降解效应的典型实践是添加基于二叔丁基苯酚的抗氧化剂。这些抗氧化剂通过从氧化期间形成的过氧化物中提取氢自由基，并且螯合该自由基而起作用。所得醌甲基化物和芪醌是高度着色的，这在某些介电流体应用中或在其中颜色干扰油质可视化的情况下被认为是有害的。此外，已将钝化剂诸如芳基三嗪添加到介电流体中以减少溶解的金属和金属表面对氧化降解的催化，从而延长抗氧化剂的寿命。

2、用作介电流体的油，例如矿物油、合成酯以及特别是生物来源的油，在用作介电流体时具有稳定性的限制。热降解由杂散气体的生成来证实，该杂散气体选自氢、甲烷、乙烷和乙烯。杂散放气根据astm d3612-02，方法c来测量。具体地讲，氧化降解增加了热降解的氢和乙烷浓度，并且通常伴随着有机酸、醇和过氧化物的生成。氢和甲烷证实由部分放电(电子泄漏)引起的电离劣化，并且电弧放电和静电放电伴随着氢和乙炔的生成。

3、已发现，将包含一种或多种亚磷酸盐化合物的亚磷酸盐组分添加到包含油的介电流体中，赋予稳定效应，该稳定效应在正常使用期间降低、抑制或防止介电流体中杂散气体的形成。不受理论的束缚，据信向介电流体添加一种或多种选自由亚磷酸盐化合物组成的组的化合物，在形成过氧化物之前赋予稳定效应，从而有利地防止气体的形成。

4、在一方面，提供了介电流体，该介电流体包含油和一种或多种选自由亚磷酸盐化合物组成的组的化合物。在一方面，提供了介电流体，该介电流体包含油和一种或多种选自由亚磷酸盐化合物组成的组的化合物，并且还包含选自一种或多种非亚磷酸盐抗氧化剂化合物的非亚磷酸盐抗氧化剂组分。

5、在一方面，提供了配制用于在电力分配或动力装置中使用的介电流体，该介电流体包含油和一种或多种选自由亚磷酸盐化合物组成的组的化合物。

6、在一方面，提供了使电力分配或动力装置绝缘的方法，该方法包括将如本文所述的介电流体掺入电力分配或动力装置中。

7、在一方面，提供了包括如本文所述的介电流体的电力分配或动力装置。

技术特征：

1.一种介电流体，其中所述介电流体包含天然生物来源的油和亚磷酸盐组分，所述亚磷酸盐组分包含一种或多种亚磷酸盐化合物，并且所述天然生物来源的油选自油菜籽油、葵花油、和大豆油。

2.根据权利要求1所述的介电流体，其中所述天然生物来源的油选自高油酸低芥酸菜籽油、美国低芥酸菜籽油、欧盟油菜籽油和葵花油。

3.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分是烷基芳基亚磷酸盐。

4.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分是三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸盐。

5.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述介电流体还包括选自一种或多种非亚磷酸盐抗氧化剂化合物的非亚磷酸盐抗氧化剂组分。

6.根据权利要求5所述的介电流体，其中所述非亚磷酸盐抗氧化剂组分是丁基化苯酚抗氧化剂。

7.根据权利要求5所述的介电流体，其中所述非亚磷酸盐抗氧化剂组分是季戊四醇四(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸盐)。

8.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述介电流体还包括金属钝化剂。

9.根据权利要求8所述的介电流体，其中所述金属钝化剂是苯并三唑或其衍生物。

10.根据权利要求8所述的介电流体，其中所述金属钝化剂是n,n-双(2-乙基己基)-芳甲基-1h-苯并三唑-1-甲胺。

11.根据权利要求1或2所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分选自亚磷酸酯、三芳基亚磷酸盐、三烷基亚磷酸盐、环状亚磷酸盐、双芳基亚磷酸季戊四醇环状酯。

12.根据权利要求1或2所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分选自具有一至三个芳氧基基团的亚磷酸盐化合物。

13.根据权利要求1或2所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分选自三芳基亚磷酸盐化合物。

14.根据权利要求1或2所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分选自由以下项组成的组：环状芳基亚磷酸盐、环状烷基-芳基亚磷酸盐、芳基环状苯氧基亚磷酸盐、双芳基亚磷酸盐、烷基芳基亚磷酸盐、以及它们的混合物。

15.根据权利要求1或2所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分选自由以下项组成的组：三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸盐；双(2,4-二枯基苯基季戊四醇二亚磷酸盐；三壬基苯基亚磷酸盐；1,3,7,9-四叔丁基-11-(2-乙基己氧基)-5h-苯并[d][1,3,2]-苯并二氧杂环磷烷；3,9-双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷；双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸盐；4,4'-异亚丙基二酚c12-15醇亚磷酸盐；3,9-二苯氧基-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷；3,9-双(十八烷氧基)-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺[5.5]十一烷；三苯基亚磷酸盐；异癸基二苯基亚磷酸盐；2-乙基己基二苯基亚磷酸盐；5,5-二甲基-2-苯氧基-1,3,2-二氧磷杂环己烷；甲基二苯基亚磷酸盐；以及它们的混合物。

16.根据权利要求5所述的介电流体，其中所述非亚磷酸盐抗氧化剂组分选自由酚类抗氧化剂组成的组。

17.根据权利要求5所述的介电流体，其中所述非亚磷酸盐抗氧化剂组分选自由以下项组成的组：丁基化羟基苯甲醚；丁基化氢甲苯；叔丁基氢醌；四氢丁酰苯；抗坏血酸棕榈酸酯；没食子酸丙酯；α-生育酚、β-生育酚或δ-生育酚；以及它们的混合物。

18.根据权利要求5所述的介电流体，其中所述非亚磷酸盐抗氧化剂组分选自由以下项组成的组：季戊四醇四(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸盐)；六亚甲基双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸盐]；十八烷基-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸盐]；乙烯双(氧乙烯)双-(3-(5-叔丁基-4-羟基间甲苯基)丙酸盐)；2,6-二叔丁基-4-(4,6-双(辛基硫基)-1,3,5-三嗪-2-基氨基)苯酚；n,n’-己烷-1,6-二基双(3-3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)；4,6-双(辛基硫甲基)邻甲酚；4,4'-亚甲基-双-2,6-二叔丁基苯酚；以及2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。

19.一种介电流体，包含：

20.根据权利要求19所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分是三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸盐，并且所述非亚磷酸盐抗氧化剂组分是季戊四醇四(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸盐)。

21.根据权利要求19或20所述的介电流体，其中所述介电流体还包括金属钝化剂，所述金属钝化剂是苯并三唑或其衍生物。

22.根据权利要求19-21任一项所述的介电流体，其中所述金属钝化剂是n,n-双(2-乙基己基)-芳甲基-1h-苯并三唑-1-甲胺。

23.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中与不含有亚磷酸盐组分的类似介电流体组合物相比，所述亚磷酸盐组分以足以将所述介电流体的h2放气减少至少60％的量存在；或者与不含有亚磷酸盐组分的类似介电流体组合物相比，所述亚磷酸盐组分以足以将所述介电流体的h2放气减少至少70％的量存在；或者与不含有亚磷酸盐组分的类似介电流体组合物相比，所述亚磷酸盐组分以足以将所述介电流体的h2放气减少至少80％的量存在。

24.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中与不含有亚磷酸盐组分的类似介电流体组合物相比，所述亚磷酸盐组分以足以将所述介电流体的乙烷放气减少至少60％的量存在；或者其中与不含有亚磷酸盐组分的类似介电流体组合物相比，所述亚磷酸盐组分以足以将所述介电流体的乙烷放气减少至少70％的量存在；或者其中与不含有亚磷酸盐组分的类似介电流体组合物相比，所述亚磷酸盐组分以足以将所述介电流体的乙烷放气减少至少80％的量存在。

25.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分在所述介电流体中以0.05重量％至溶解度极限的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分在所述介电流体中以0.1重量％至溶解度极限的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.05重量％至4重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.05重量％至3重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.05重量％至2重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.05重量％至1.5重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.05重量％至1重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.05重量％至0.5重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.1重量％至4重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.1重量％至3重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.1重量％至2重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.1重量％至1.5重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.1重量％至1重量％的量存在；或者其中所述亚磷酸盐组分以0.1重量％至0.5重量％的量存在。

26.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述亚磷酸盐组分选自水稳定的亚磷酸盐化合物。

27.根据权利要求5-7和16-26任一项所述的介电流体，其中

28.根据权利要求8-10和21-22任一项所述的介电流体，其中所述金属钝化剂以足以在根据iec 61125方法c评估的48小时氧化稳定性测试中将由iec 60247(120℃)确定的所述介电流体的耗散值控制在等于或低于0.50(50％)；或等于或低于0.60(60％)；或等于或低于0.90(90％)；或等于或低于1.0(100％)的量存在。

29.根据权利要求8-10和21-22任一项所述的介电流体，其中所述金属钝化剂以0.005重量％至1.0重量％的量存在。

30.根据权利要求8或21所述的介电流体，其中所述金属钝化剂选自由以下项组成的组：n,n-双(2-乙基己基)-芳甲基-1h-苯并三唑-1-甲胺；n,n-双(2-乙基己基)-1h-1,2,4-三唑-1-甲胺；1h-苯并三唑；甲基-1h-苯并三唑；以及2,2'-[[(甲基-1h-苯并三唑-1-基)甲基]亚氨基]双-乙醇。

31.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述介电流体包含至少75重量％的天然生物来源的油，其中所述介电流体包含至少85重量％的天然生物来源的油，其中所述介电流体包含至少90重量％的天然生物来源的油，其中所述介电流体包含至少95重量％的天然生物来源的油，其中所述介电流体包含至少98重量％的生物来源的油，其中所述介电流体中仅有的油为天然生物来源的油。

32.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述介电流体另外包含选自合成酯、矿物油、以及它们的混合物的油。

33.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述介电流体不含卤素化合物、有机硅化合物或硫化合物。

34.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述介电流体包含具有50至200的iv的天然生物来源的油；或具有80至200的iv的天然生物来源的油；或具有100至200的iv的天然生物来源的油；或具有110至200的iv的天然生物来源的油。

35.根据前述权利要求任一项所述的介电流体，其中所述介电流体具有小于5的过氧化值；或者其中所述介电流体具有小于3的过氧化值；或者其中所述介电流体具有小于2的过氧化值；或者其中所述介电流体具有小于1的过氧化值；或者其中所述介电流体具有0.01至5的过氧化值；或者其中所述介电流体具有0.01至3的过氧化值；或者其中所述介电流体具有0.01至2的过氧化值；或者其中所述介电流体具有0.01至1的过氧化值；或者其中所述介电流体具有0.1至1的过氧化值。

36.前述权利要求任一项所述的介电流体在电力分配或动力装置中的用途。

37.一种使电力分配或动力装置绝缘的方法，包括将权利要求1-35任一项所述的介电流体掺入所述电力分配或动力装置中。

38.一种电力分配或动力装置，所述电力分配或动力装置包括权利要求1至35中任一项所述的介电流体。

39.根据权利要求38所述的电力分配或动力装置，其中所述装置选自电容器和变压器。

技术总结
本发明提供了一种介电流体，该介电流体包含天然生物来源的油和一种或多种选自由亚磷酸盐化合物组成的组的化合物。已发现，将一种或多种选自由亚磷酸盐化合物组成的组的化合物添加到包含油的介电流体中，赋予稳定效应，该稳定效应在正常使用期间降低、抑制或防止该介电流体中杂散气体的形成。

技术研发人员：托德·L·库斯,凯文·R·沃茨
受保护的技术使用者：嘉吉公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5