專利名稱：包含芥酸介電油的電氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含具有高芥酸含量的介電油的電氣設(shè)備。
背景技術(shù)：
配電和電力設(shè)備(包括變壓器、開關(guān)裝置和電纜)中使用的介電(或絕緣)流體執(zhí)行兩種重要功能。這些流體用作電絕緣介質(zhì)，即具有介電強度，并且它們將設(shè)備產(chǎn)生的熱傳送出去，即用作冷卻介質(zhì)。當(dāng)用于變壓器中時，例如介電流體從變壓器的繞組和線芯或者所連接的電路將熱量傳送至冷卻表面。除了具有介電強度和冷卻能力之外，用于電氣設(shè)備的理想介電流體還對環(huán)境具有極小的不利影響或無不利影響，可與用于構(gòu)成設(shè)備的材料相容，并且相對不可燃。一個多世紀(jì)以來，源自原油的礦物油被廣泛地用作電氣設(shè)備中的絕緣液體和冷卻液體。雖然此類油具有良好的介電強度且可與設(shè)備材料相容，但其并非被認為不可燃，并且因為它們基于石油，所以被視為存在環(huán)境成本。在本世紀(jì)中葉，隨著安全標(biāo)準(zhǔn)對許多室內(nèi)和拱頂設(shè)備安裝的要求更為嚴(yán)格，礦物油在很大程度上已被諸如多氯化聯(lián)苯(PCB)流體的不可燃液體所替代。人們最終認識到PCB的環(huán)境危害，并因此禁止PCB的生產(chǎn)和銷售以及其在新設(shè)備中的使用。由于基于PCB的流體存在缺點和不足且由于對礦物油和可用替代物的潛在不利環(huán)境影響的認識不斷增強，一直以來并持續(xù)地做出許多努力，以開發(fā)成本較低、環(huán)境安全且不可燃的介電流體。由于對環(huán)境問題的意識和認識不斷增強，越來越需要提供一種介電流體，該流體應(yīng)(1)具有最小的環(huán)境危害；(2)快速且容易降解使得溢出物在任何顯著時間內(nèi)不會污染土壤或地下水位；以及(3)不以任何顯著的方式干擾自然生物降解過程。也越來越需要用可再生資源來代替非可再生資源，特別是考慮到依賴石油衍生產(chǎn)品是不可取的，并且工業(yè)市場和零售市場對于所有的天然產(chǎn)品的需求總體上已增加。這至少部分地歸因于對材料及其降解副產(chǎn)物的長期作用的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的至少一個方面致力于解決對利用絕緣液體的電氣設(shè)備的需求，所述絕緣液體無毒、可生物降解、相對易燃、對環(huán)境無害，符合現(xiàn)有的介電流體規(guī)范和指南，并且具有可媲美或超越目前使用的絕緣油的性能特性。在一個方面，本發(fā)明提供一種適用于電氣設(shè)備的介電流體。所述介電流體包含油組分，該油組分包含海甘藍油和高芥酸油菜籽(HEAR)油中的一者或兩者以及酯化或酯交換(這些術(shù)語在本文中可交替使用)的海甘藍油和HEAR油中的一者或兩者。本發(fā)明的一些實施例具有芥酸含量為至少45重量％、至少50重量％、至少55重量％或至少60重量％ 的油組分。本發(fā)明的另一個方面提供用于變換、產(chǎn)生和/或分配電能的裝置(包括電力傳輸電纜、開關(guān)裝置和變壓器)，其并入包含油組分的介電流體，所述油組分包含海甘藍油和 HEAR油中的一者或兩者以及酯化或酯交換的海甘藍油和HEAR油中的一者或兩者。如本發(fā)明中所用“芥酸”是指表示為C22 1的單不飽和脂肪酸?！案呓嫠嵊汀笔侵赴８仕{油、HEAR油、酯化海甘藍油和酯化HEAR油中的至少一者的油。本發(fā)明的至少一個實施例的一個優(yōu)點在于其提供改善導(dǎo)熱性的具有低粘度的介電油。本發(fā)明的至少一個實施例的另一個優(yōu)點在于其可生物降解。本發(fā)明的至少一個實施例的另一個優(yōu)點在于，因為高芥酸油通常不可食用，所以采用這些油來產(chǎn)生介電流體不會使這些油轉(zhuǎn)而用作食物源。本發(fā)明的上述發(fā)明內(nèi)容不旨在描述本發(fā)明的每個公開實施例或每種實施方式。以下附圖
和具體實施方式
更具體地舉例說明了示例性實施例。
具體實施例方式下文為優(yōu)選實施例的詳細描述。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以采用其他實施例，并且可以進行結(jié)構(gòu)性或邏輯性的修改。因此，下列詳細描述不應(yīng)從限制的意義上去理解，并且本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。在本發(fā)明的一些實施例中，油組分可包含至少45重量％的芥酸、至少50重量％的芥酸、至少55重量％的芥酸或至少60重量％的芥酸。這可理想地用于電氣應(yīng)用中。目前用于電氣應(yīng)用中的一些植物油包含油酸(C18. 1)作為其主要組分。因為芥酸碳鏈較長，所以其與油酸相比提供更好的熱穩(wěn)定性和耐熱性。在至少一個實施例中，本發(fā)明的高芥酸油包含高于76重量％的單不飽和脂肪酸。 單不飽和脂肪酸比二 _和三_不飽和脂肪酸的熱穩(wěn)定性更強，并因此更適用于電氣應(yīng)用中的絕緣流體。由海甘藍或HEAR油制成的酯提供優(yōu)異的電阻，從而使其還可理想地用于電氣應(yīng)用中。酯化或酯交換反應(yīng)優(yōu)選地產(chǎn)生具有1至8個碳原子、更優(yōu)選1至4個碳原子的碳鏈的烷基酯。此外，因為在酯化期間移除了甘油單元，從而提供個體化的碳鏈，所以這些酯具有低黏度。低黏度在應(yīng)用于電氣應(yīng)用期間可改善油冷卻過程。植物油的粘度可比礦物油高兩倍，礦物油比植物油更普遍地用于電氣應(yīng)用中。因為植物油的黏度較高，所以植物油可能需要與礦物油不同的冷卻過程且可對諸如變壓器的電氣設(shè)備的壽命產(chǎn)生負面影響。將本發(fā)明的酯包括在介電流體的組合物中可將油組分的粘度降低至可接受的水平。為獲得適用于本發(fā)明的高芥酸油，首先從海甘藍或HEAR種子中提取油。典型的提取過程包括將己烷用作溶劑以增加從所述種子中榨取的油量。正如其他植物油，粗制海甘藍和HEAR油通常不能合乎要求地用作介電流體，因為其在作為介電流體而用于諸如電力變壓器和配電變壓器的電氣設(shè)備中時含有會降低其性能特性的水和其他導(dǎo)電性污染物。因此，優(yōu)選地，本發(fā)明的海甘藍和HEAR油經(jīng)由純化過程來移除水、酸和導(dǎo)電性污染物?？梢瞥伭?例如葉綠素)、蠟和磷脂(諸如卵磷脂)在內(nèi)的極性污染物，其中將磷酸或檸檬酸、磷脂酶、硅酸鹽(諸如金屬硅酸鹽或硅酸鈉)，或黏土添加至油中。這些材料的適宜量通常為約3-4重量％。這些材料通常會將污染物聚結(jié)成顆粒。然后可通過過濾來移除這些顆粒。合適的過濾介質(zhì)通常會移除0.5-5微米范圍內(nèi)的顆粒。通常優(yōu)選的是較小孔徑的介質(zhì)。極性污染物的移除還可通過在重力下經(jīng)由包括但不限于漂白土、硅藻土、活性黏土和綠坡縷石的吸附介質(zhì)對介電流體組合物進行洗脫來完成。水的移除可通過已知的脫水過程來實施。合適的脫水過程的實例包括但不限于在重力下經(jīng)由吸附介質(zhì)對介電流體組合物進行洗脫、離心分離以及真空脫水。將水移除的合適的吸附介質(zhì)包括但不限于化學(xué)干燥劑，諸如硅膠或無水硫酸鎂、淀粉或分子篩。優(yōu)選地將水濃度降低至約IOOppm或更小。酸的移除可通過在堿性水基溶液中添加氫氧化鈉或氫氧化鉀來實施。該過程形成可從油中濾去的皂。粘土還可用于提高從油中分離這些皂。粗制海甘藍和HEAR油可經(jīng)由一個或多個純化過程，以提供用于電氣設(shè)備中的具有所需性能特性的介電流體組合物。海甘藍和HEAR油還可經(jīng)酯化過程。酯化或酯交換反應(yīng)優(yōu)選地產(chǎn)生具有1至8個碳原子、更優(yōu)選地1至4個碳原子的碳鏈的烷基酯。已知的酯化方法包括使用堿或酸催化齊U。堿催化劑的典型實例包括氫氧化鈉；氫氧化鉀；醇鈉；醇鉀；選自甲醇鈉、乙醇鈉、丙醇鈉、丁醇鈉、甲醇鉀、乙醇鉀、丙醇鉀、丁醇鉀及其混合物的堿金屬烷氧基化催化劑；三乙醇胺；以及它們的混合物。酸催化劑的典型實例包括選自硫酸、磷酸、鹽酸或其混合物的無機酸催化劑。酯化油可以與原油相同的方式進行純化。其他類型的植物油和酯可與海甘藍和HEAR油以及酯混合。優(yōu)選的油可為具有相對高含量的芥酸的那些，諸如其他類型的油菜籽油、羅蘭花籽油、池花籽油和薺菜籽油，但在一些實施例中其他植物油或非植物油也可為合適的添加劑。在本發(fā)明的一些實施例中，還將介電流體組合物與諸如抗氧化劑和金屬凈化劑 (緩蝕劑)的添加劑混合。介電流體組合物的氧化穩(wěn)定性可通過將抗氧化劑和/或金屬凈化劑添加至該介電流體組合物來提高?？寡趸瘎┌栈蚯宄醯囊环N或多種化合物，否則該氧會溶于高芥酸油中且導(dǎo)致油出現(xiàn)氧化降解。合適的抗氧化劑的實例包括但不限于諸如IRGANOX L109、 IRGANOX L64aRGANOX L94的酚類抗氧化劑，以及諸如IRGANOX L57 (均以這些商品名得自 CibaCorporation (現(xiàn)為 BASF 的一部分)(Tarrytown，NY)) ,ΕΤΗΑΝ0Χ 4702 (得自 Albemarle Corporation (Baton Rouge, LA) )、BHA (丁基化羥基苯甲醚)、BHT (丁基化羥基甲苯)、 TBHQ(叔丁基對苯二酚)、THBP (四羥基苯丁酮)、抗壞血酸棕櫚酸酯(迷迭香油)、沒食子酸丙酯和α -、β -或δ -生育酚(維生素Ε)的辛基化/ 丁基化二苯胺抗氧化劑。合適的金屬凈化劑的實例包括但不限于諸如甲基苯并三唑、苯并三唑和三唑衍生物的銅凈化劑，諸如以商品名IRGAMET 30 (三唑衍生物)和IRGAMET 39 (甲基苯并三唑衍生物)得自Ciba Corporation (現(xiàn)為BASF的一部分)的那些。包含抗氧化劑和金屬凈化劑的共混物的合適的實例為KEMIN BF320 (得自Kemin Industries (Des Moines, Iowa))，其包含斷鏈抗氧化劑叔丁基對苯二酚(TBHQ)和金屬螯合劑檸檬酸。介電流體在低溫下的性能在某些應(yīng)用中很重要。海甘藍和HEAR油可具有比某些應(yīng)用中所需值更高的傾點值。例如，典型的配電應(yīng)用需要冷卻劑的傾點低于約-20°C。低溫特性通常會在將海甘藍和/或HEAR酯添加至海甘藍和/或HEAR油時改善。 這些組分的共混物可提供比其單獨的組分油更低的傾點，因為海甘藍和HEAR酯的傾點比單獨的海甘藍或HEAR油更低。合適的混合比例的實例包括約1至約99重量％的海甘藍和 /或HEAR油與約99至約1重量％的海甘藍和/或HEAR酯的任何混合比例，視所需特性而定。適用于某些應(yīng)用中的共混物的實例包括約5至約95重量％的海甘藍和/或HEAR油與約95至約5重量％的海甘藍和/或HEAR酯以及約30至約70重量％的海甘藍和/或HEAR 油與約70至約30重量％的海甘藍和/或HEAR酯。應(yīng)當(dāng)理解，這些混合范圍并未詳盡列舉且僅提供用于說明本發(fā)明的實質(zhì)。還可將降凝劑添加至本發(fā)明的高芥酸油中。合適的降凝劑為得自 3M Company (St. Paul, MN)的二辛基戊醇鹽(amilate)。將本發(fā)明的介電流體引入到電氣設(shè)備中，優(yōu)選地，在引入過程中將介電流體暴露于大氣氧、水分和會不利地影響介電流體性能的其他污染物的程度降低至最小化。合適的過程包括干燥槽的內(nèi)容物、抽氣和用干燥氮氣代替空氣、在部分真空下填充以及對槽進行立即密封。本發(fā)明的介電流體可用于采用常規(guī)介電流體的任何應(yīng)用中。因此，可將本發(fā)明的基于高芥酸油的流體并入所有類型的電氣設(shè)備中，包括但不限于反應(yīng)器、開關(guān)裝置、調(diào)節(jié)器、抽頭變換器隔間、高壓套管和油浸電纜。電力變壓器和開關(guān)裝置通常通過將線芯和繞組以及其他電氣設(shè)備浸沒在介電流體中且將浸沒的部件封閉在密封外殼或槽中來構(gòu)造。較大型設(shè)備中的繞組在很多情況下也由纖維素或紙質(zhì)材料來包裹。本發(fā)明的介電流體可用上述方式來填充新電氣設(shè)備。這些流體還可用于對采用其他不太理想的介電流體的現(xiàn)有電氣設(shè)備進行倒填充。對現(xiàn)有設(shè)備進行倒填充可采用本領(lǐng)域中已知的任何合適方法來實現(xiàn)，但由于植物油流體對水分的敏感性較大，所以可取的是在弓丨入基于高芥酸油的介電流體之前對電氣設(shè)備的部件進行干燥。實例以下提供的實例和比較例有助于理解本發(fā)明，且這些實例和比較例不應(yīng)被理解為對本發(fā)明范圍的限制。除非另外指明，所有的份數(shù)和百分比均按重量計。在以下示例性實例的評價中采用所列出的測試方法和規(guī)程材料列表
權(quán)利要求
1.一種組合物，其包含包含油組分的介電流體，所述油組分包含海甘藍油和高芥酸油菜籽油中的一者或兩者以及酯化海甘藍油和酯化高芥酸油菜籽油中的一者或兩者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述油組分的芥酸含量為至少45重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述油組分的芥酸含量為至少50重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述油組分的芥酸含量為至少55重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述油組分的芥酸含量為至少60重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，所述組合物進一步包含抗氧化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，所述組合物進一步包含金屬凈化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述油包含至少76重量％的單不飽和脂肪酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述油包含約70至約95重量％的海甘藍和高芥酸油菜籽油中的一者或兩者以及約30至約5重量％的酯化海甘藍油和酯化高芥酸油菜籽油中的一者或兩者。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述油包含約95重量％的海甘藍和高芥酸油菜籽油中的一者或兩者以及約5重量％的酯化海甘藍油和酯化高芥酸油菜籽油中的一者或兩者。
11.一種制品，其包括電氣設(shè)備，其含有包含油組分的介電流體，所述油組分包含海甘藍油和高芥酸油菜籽油中的一者或兩者以及酯化海甘藍油和酯化高芥酸油菜籽油中的一者或兩者。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，其中所述油組分的芥酸含量為至少45重量％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，其中所述油組分的芥酸含量為至少50重量％。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，其中所述油組分的芥酸含量為至少55重量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，其中所述油組分的芥酸含量為至少60重量％。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制品，所述制品進一步包含抗氧化劑和金屬凈化劑中的一者或兩者。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述油包含至少76重量％的單不飽和脂肪酸。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述油包含約70至約95重量％的海甘藍和高芥酸油菜籽油中的一者或兩者以及約30至約5重量％的酯化海甘藍油和酯化高芥酸油菜籽油中的一者或兩者。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述油包含約95重量％的海甘藍和高芥酸油菜籽油中的一者或兩者以及約5重量％的酯化海甘藍油和酯化高芥酸油菜籽油中的一者或兩者。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述電氣設(shè)備為變壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于電氣設(shè)備中的組合物，其包含包括油組分在內(nèi)的介電流體，所述油組分包括海甘藍油和高芥酸油菜籽油中的一者或兩者以及酯化海甘藍油和酯化高芥酸油菜籽油中的一者或兩者。
文檔編號H01B3/20GK102473477SQ201080030720
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者喬斯·溫貝托·洛佩斯, 大衛(wèi)·V·馬奧尼, 拉斐爾·加西亞-拉米雷斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司