[发明专利]具有降低的流注速度的介电流体

说明书

技术领域

本发明涉及用于电气和/或电力设备的介电流体，制备所述流体的方法，包含所述流体的电气装置和/或电力装置，以及所述介电流体的用途。

背景技术

绝缘的介电流体用于电气装置中，如变压器、电容、开关设备、套管等，并且具有许多功能。介电流体作为分离装置内的高电压部分和接地部件之间的电绝缘介质起作用，并且用作冷却介质以传递在载流导体内产生的热量。另外，所述流体提供了监测变压器在运行期间的健康状况的媒介。

除了如上所述基本的功能外，绝缘流体还应当遵守其它必须和期望的要求。所述流体应当具有高效率、长寿命和最小的环境影响。此外，所述流体必须与在电气设备内使用的材料相容，并且不应当对人员的健康和安全构成威胁。实践中，绝缘流体应当满足各种物理、电气和化学特性，并且所有的这些特性通过标准和规范进行控制，其中规定了每个重要特性的最小要求。

传统上，已经将基于石油的油用作为油填充变压器内的绝缘流体，主要是因为与低粘度、低倾点、低介电强度、容易获得以及低成本有关的有利特性。在最近的二十年间，变压器行业经历了数次变革。市场上对于具有长期性能的紧凑和高效的变压器的需求与腐蚀性硫和油质量的问题结合起来产生了提高变压器油的特性的需求。此外，严格的对于健康和安全的环境法规已经稳步推进，并且在变压器火灾或断电情况中巨大的不利风险已经引起了高度关注。考虑到这些因素，自1990年开始已经付诸了巨大的研究和开发来寻找矿物油的替代物。

在几种通常已知的选择中，例如基于酯的流体、硅氧烷流体、氯代苯、全氯乙烯、聚α-烯烃等，基于酯的流体（合成的和天然的二者）是极佳的矿物油替代物，主要是因为它们高度可生物降解能力（较低的环境风险）和高闪点和燃点值（高火灾安全因素）。此外，主要成分为甘油三酸酯的基于植物油的天然酯由于其可再生性因而是优选的。

因此，本领域中对改善用于电力和/或电气设备中的基于酯的流体、并且更具体地基于甘油三酸酯的流体的性能存在大量的需求，从而替代在行业内所目前使用的相当不利的绝缘流体。

一般地，所有的植物油相比于矿物油均具有高粘度。如果变压器必须在更高的电压下运行，那么偶尔就可能需要通过泵使油在变压器内循环。那么，基于植物的液体的高粘度对于变压器设计提出了几个挑战，尤其是在冷却方面。这就导致对于基于植物的流体来说更低粘度值的要求。

可生物降解的基于天然酯的流体与矿物油相比具有高倾点温度，这一点在包含所述流体的电气装置必须在极冷的环境下运行的情况下被认为是主要缺陷，该问题在更高的额定电压下尤其突出。此外，低倾点可以导致流体介电和/或其它特性的变化以及浸渍这种流体的固体绝缘性的变化。这进而迫使变压器设计上的改变，由此可能导致制造成本提高。因此，非常低的倾点对于植物油而言是所期望的。

为了执行电气绝缘功能，绝缘流体必须进行设计以承受根据电气装置的设计规格的期望电气应力。

电流注（streamer）为低密度导电结构形式的预击穿现象，低密度导电结构在用大约1×10⁸（V/m）或更大量级的电场过载的流体区域中形成。一旦流注形成，其趋于延伸，从起始点朝向接地点生长。流注发展的程度依赖于引起它的电激发的性质。持续的过度激发可以导致流注桥接其起始点和地面之间的流体间隙。当这发生时，将形成电弧并发生电气击穿。流注可以由于正和负激发二者形成（Sullivan,Thesis(Ph.D.),Massachusetts Institute of Technology,Dept.of Electrical Engineering and Computer Science,2007）。

在AC（50/60Hz）和闪电脉冲（1.2/50μs）下的介电击穿耐压被认为是电气绝缘方面最为重要的参数。介电击穿耐压（击穿电压）可以定义为在特定形状并相互以一定距离放置的两个电极之间的油中获得闪络所需要的电压。AC电压为电源的线频率（根据居住地区为50或60Hz）。闪电脉冲（LI）击穿电压模拟雷击，并且通常使用1.2微秒使波提高达到90%振幅，随后在50微秒后降回至50%振幅。规定如何执行这些测试的两种技术标准为ASTM D1816（主要用于AC）和ASTMD3300（用于脉冲电压）。该标准说明了测试所要求的电极类型和间隙距离。

与闪电脉冲（LI）击穿现象相关的参数之一是流注从起始点传播至地面的速度。与LI流注速度相关的重要参数是加速电压（V_a），其可以定义为LI流注速度加速至非常高的值时的电压。