酸值对天然酯绝缘油介电性能的影响

酸值对天然酯绝缘油介电性能的影响张过有;吕程;康积涛【摘要】利用萃取法,得到酸值不同的天然酯绝缘油,并测试了酸值不同的天然酯绝缘油的温度介电谱和频率介电谱.结果表明:在测试温度为30～90℃时,随温度的升高,天然酯绝缘油的相对介电常数降低、介质损耗因数升高;在测试频率为10-2～107 Hz时,随频率升高,天然酯绝缘油的相对介电常数和介质损耗因数都降低;温度或频率相同时,天然酯绝缘油的酸值越高,相对介电常数和介质损耗因数越大.%Natural ester insulating oil containing different acid value were prepared by the method of extraction.The temperature dielectric spectroscopy and the frequency dielectric spectroscopy of natural ester insulating oil containing different acid value were tested.The results showed that when the testing temperature covered the range of 30～90 ℃,the relative permittivity was decreased with the increasing of the temperature,the dielectric loss factor was increased with the increasing of the temperature.When the testing frequency covered the range of 10-2～107 Hz,the relative permittivity and the dielectric loss factor of natural ester insulating oil were decreased with the increasing of the frequency.When the testing temperature or the testing was is equal,the higher the acid value of natural ester insulating oil,the relative dielectric and the dielectric loss factor of natural ester insulating oil were the greater.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2016(034)006【总页数】4页(P932-935)【关键词】酸值;天然酯绝缘油;温度;频率;介电性能【作者】张过有;吕程;康积涛【作者单位】重庆水利电力职业技术学院,重庆 402160;西南交通大学电气工程学院,四川成都 610030;重庆水利电力职业技术学院,重庆 402160;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆大学,重庆 400044;西南交通大学电气工程学院,四川成都 610030【正文语种】中文【中图分类】TK6;S216.2绝缘油是变压器、充油电缆、电容器等高压电力设备中常用的一种电介质[1]，[2]。

目前，大部分绝缘油都是矿物绝缘油，矿物绝缘油使用至今已有100多年的历史，矿物绝缘油的优点在于电气绝缘性能好、冷却性能优异和成本较低[3]，[4]。

但随着电力行业的发展和高电压输电技术的大规模运用，矿物绝缘油闪点低、防火性能差、相对介电常数与绝缘值差值大、电场分布不均匀、生物降解率低等问题也越来越突出[5]。

近年来，研究人员对精炼提纯后得到的天然酯绝缘油进行了研究，发现天然酯绝缘油闪点大于300℃、生物降解率高于97%、相对介电常数是矿物绝缘油的1.5倍左右，更利于电气设备中电场的均匀分布[6]～[8]。

影响天然酯绝缘油性能的因素有很多，其中酸值是最重要的指标之一[9]。

目前，关于天然酯绝缘油的酸值对绝缘油击穿性能影响的研究报道的较多[10]，[11]，关于天然酯绝缘油的酸值对介电性能的影响的研究却鲜见报道。

而天然酯绝缘油的介电性能对其应用有很大的影响，因此，本文利用萃取的方法得到酸值不同的天然酯绝缘油，并研究了具有不同酸值的天然酯绝缘油的温度介电谱和频率介电谱，为天然酯绝缘油的应用提供了重要参考。

FR3型天然酯绝缘油（美国Cargill公司）、乙醇（重庆川润石化集团）的纯度为99.7%。

S202-30型双层玻璃反应器（西安予辉仪器有限公司）、GSC型恒温水浴锅（西安予辉仪器有限公司）、真空浸油箱（重庆永恒仪器有限公司）、宽频介电与阻抗谱仪（德国Novocontrol GmbH公司）。

利用游离脂肪酸在天然酯与无水乙醇中的溶解度不同，将游离脂肪酸从天然酯中分离，从而达到萃取并降低天然酯酸值的目的[11]。

样品的制备过程如下：将天然酯绝缘油与无水乙醇按照1∶3的体积比加入到S202-30型双层玻璃反应器搅拌混合，并将反应器放入GSC型恒温水浴锅中，温度设为25℃，转速设为700 r/min，搅拌时长为60 min。

搅拌后静置90 min，让其自然分层，最后将分层后的天然酯绝缘油和无水乙醇分离。

重复以上的过程，直至天然酯绝缘油的酸值降低到所需值为止。

表1给出了萃取次数与酸值的关系。

测试前将酸值降低后的天然酯绝缘油放入真空浸油箱进行减压蒸馏，以除去天然酯绝缘油中残留的水分和酒精。

采用宽频介电与阻抗谱仪对具有不同酸值的天然酯绝缘油进行温度介电谱和频率介电谱的测试。

温度介电谱的测试温度为30～90℃，每隔10℃采集一次数据，测试频率为50 Hz；频率介电谱的测试频率为10-2～107Hz，测试温度为60℃（变压器内部正常工作时的温度）。

天然酯绝缘油的相对介电常数与温度的关系如图1所示。

从图1可以看出：在测试的温度范围内，酸值不同的天然酯绝缘油的相对介电常数都随温度升高而降低；在温度相同时，天然酯绝缘油的相对介电常数随酸值的降低而减小。

这是因为天然酯绝缘油是混脂肪酸甘油三脂的混合物，其分子结构中存在C=O双键等极性键，属于偶极性的电介质；在电场的作用下，天然酯绝缘油不但会发生电子式位移极化，还会发生转向极化，在温度的升高过程中，分子的热运动加强，使偶极子的转向极化变得困难，而相对介电常数又是反映电介质极化能力的物理量，因此，随温度升高，天然酯绝缘油的相对介电常数减小。

在温度相同时，酸值越小相对介电常数越小，是因为在萃取降酸的过程中，降低了一些极化能力强的游离脂肪酸的含量。

天然酯绝缘油的介质损耗因数与温度的关系如图2所示。

从图2可以看出：随温度的增加，天然酯绝缘油的介质损耗因数增加；在温度相同时，酸值越高，介质损耗因数越高，且温度越高，介质损耗因数的差异越大。

这是因为当温度升高时，油中损耗主要是由电导损耗引起的，而酸值对天然酯绝缘油电导率的影响非常大（酸值越高，电导率越高），因此，在温度相同时，酸值越高，天然酯绝缘油的电导损耗就越高。

天然酯绝缘油的相对介电常数与频率的关系如图3所示。

从图3可以看出，在测试的频率范围内，酸值越高，天然酯绝缘油的相对介电常数就越大，并且相对介电常数随频率的增加而降低。

这是因为分子的转向极化所需要的时间较长，频率增加，而分子转向极化来不及完成，因此，天然酯绝缘油的相对介电常数随频率的增加而降低。

天然酯绝缘油的介质损耗因数与频率的关系如图4所示。

从图4可以看出：在频率较低时，酸值对天然酯绝缘油的介质损耗因数有较大的影响，酸值越高，介质损耗因数越大；随着频率的增加，介质损耗因数不断减小，当频率达到102Hz后，几种酸值不同的天然酯绝缘油的介质损耗因数减小到同一值。

这是因为频率较低时，天然酯绝缘油的损耗主要来自于电导损耗，此时酸值越大，天然酯的电导率越高，天然酯绝缘油的介质损耗因数与酸值呈正相关；在频率较高时，天然酯绝缘油的介质损耗因数主要是由极化损耗决定，且在频率较高时，转向极化来不及完成，因此，不同酸值的天然酯绝缘油的介质损耗因数趋于相同。

本文通过分析酸值不同的天然酯绝缘油的温度介电谱和频率介电谱，得出如下结论。

①随温度的升高，天然酯绝缘油的相对介电常数减小、介质损耗因数增大；在温度相同时，酸值越高，天然酯绝缘油的相对介电常数和介质损耗因数越大。

②随频率的增加，天然酯绝缘油的相对介电常数降低，在测试的频率范围内，酸值越高，天然酯绝缘油的相对介电常数越大。

③在测试的频率范围内，天然酯绝缘油的介质损耗因数随频率的增加而降低；在频率为10-2～102Hz时，酸值越高，天然酯绝缘油的介质损耗因数越高；在频率为102～107Hz时，酸值不同的天然酯绝缘油的介质损耗因数趋于同一值。

【相关文献】[1]李剑，孙艳飞，邹平，等.精炼菜籽绝缘油的介电性能[J].高电压技术，2009（6）：1316-1321.[1]Li Jian，Sun Yanfei，Zou Ping，et al.Dielectric properties of pefined insulating rapeseed-oil[J].High Voltage Engineering，2009（6）：1316-1321.[2]Singh J，Sood Y R，Verma P.The influence of service aging on transformer insulatingoil parameters[J].Dielectrics and Electrical Insulation，IEEE Transactions on，2012，19（2）：421-426.[3]Jeong J I，An J S，Huh C S.Accelerated aging effects of mineral and vegetable transformer oils on medium voltage power transformers[J].Dielectrics and Electrical Insulation，IEEE Transactions on，2012，19（1）：156-161.[4]Liao Ruijin，Lv Cheng，Yang Lijun，et al.The insulation properties of oil-impregnated insulation paper reinforced with Nano-TiO2[J].Journal of Nanomaterials，2013，11：1-7. [5]刘光祺，钟力生，于钦学，等.植物绝缘油研究现状[J].绝缘材料，2012（3）：34-39.[5]Liu Guangqi，Zhong Lisheng，Yu Qinxue，et al.Research situation of vegetable insulating oil[J].Insulating Materials，2012（3）：34-39.[6]周璇，陈江波，余辉，等.菜籽油酯交换制备植物绝缘油及电气性能研究[J].应用化工，2012，41（8）：1375-1379.[6]Zhou Xuan，Chen Jiangbo，Yu Hui，et al.Study on electrical performance of vegetable insulating oils prepared by ester-exchange reaction from rapeseed oil[J].Applied Chemical Industry，2012，41（8）：1375-1379.[7]凡勇，周竹君，吴义华，等.植物绝缘油与变压器材料相容性的研究[J].绝缘材料，2013，46（5）：29-32.[7]Fan Yong，Zhou Zhujun，Wu Yihua，et al.Research of compatibility between rapeseed insulating oil and insulting materials in transformer[J].Insulating Materials，2013，46（5）：29-32.[8]李剑，姚舒瀚，杜斌，等.植物绝缘油及其应用研究关键问题分析与展望[J].高电压技术，2015，41（2）：353-363.[8]Li Jian，Yao Shuhan，Du Bin，et al.Analysis to principle problems and future prospectof research on vegetable insulating oils and their applications[J].High Voltage Engineering，2015，41（2）：353-363.[9]廖瑞金，张爽，杨丽君，等.天然酯-纸绝缘与矿物油-纸绝缘的热老化及工频击穿特性对比 [J].高电压技术，2012，38（4）：769-775.[9]Liao Ruijin，Zhang Shuang，Yang Lijun，et parative analyses of thermal aging and power frequency breakdown characteristics between natural ester-paper insulation and mineral oil-paper insulation[J].High Voltage Engineering，2012，38（4）：769-775. [10]吕程.菜籽油浸渍后绝缘纸的介电和击穿性能[J].中国油脂，2015，40（12）：109-111. [10]Lv Cheng.Dielectric and breakdown properties of rapeseed oil impregnated insulation paper[J].China Oils Fats，2015，40（12）：109-111.[11]郭沛.新型混合油-纸板绝缘的热老化特性及其在配电变压器中应用[D].重庆大学，2014. [11]Guo Pei.The therming aging properties of the new mixture oil-pressboard insulaiton and its application in the distribution transformer[D].Chongqing University，2014.。