絕緣油介電強(qiáng)度測試儀廠家闡述絕緣油的析氣性與芳香烴含量關(guān)系
1．1 絕緣油的組分與分類
石油的組分主要是烴（碳和氫）類化合物。根據(jù)石油中占主導(dǎo)成分是烷烴還是環(huán)烷烴，則可大致分為烷烴基（石蠟基）油和環(huán)烷烴基油。介于二者之間難以區(qū)分的油種，則稱為混合基油。變壓器油中主要含有以下不同比例的成分，其分子結(jié)構(gòu)也不同。
（1） 烷烴。烷烴是一種飽和的直鏈和支鏈烴類化合物。當(dāng)碳原子數(shù)相同時(shí)，直鏈烴的熔點(diǎn)比支鏈烴的高，烷烴是化學(xué)反應(yīng)緩慢的化合物。在正常條件下，含碳原子少（C4以下）的烷烴呈氣態(tài)，中等數(shù)目的呈液態(tài)，多的則呈固態(tài)。具有同樣原子數(shù)，但不同結(jié)構(gòu)的烷烴則稱為異構(gòu)體烷烴。隨著碳原子數(shù)目的增多，其構(gòu)成異構(gòu)體烷烴的數(shù)目也急劇增長。
（2） 環(huán)烷烴。環(huán)烷烴是飽和的5和6個(gè)碳原子的環(huán)烴類化合物。依其分子量的不同，可能會(huì)帶有烷烴側(cè)鏈，也有可能在1個(gè)分子中有若干個(gè)飽和環(huán)，它們帶有與烷烴鏈相連接的側(cè)鏈。這類分子具有的環(huán)烷烴特性的強(qiáng)弱，取決于分子中環(huán)烷烴的環(huán)數(shù)多于烷烴側(cè)鏈的程度。
（3） 鏈烯烴（非飽和化合物）。如果烷烴和環(huán)烷烴的氫原子數(shù)不足，則其碳原子的4個(gè)鍵就不都是飽和的。相鄰的2個(gè)碳原子之間有1個(gè)雙鏈，則稱為鏈烯烴。ewkbg.com 由于這類化合物為雙鏈結(jié)構(gòu)，故化學(xué)穩(wěn)定性比烷烴低。
（4） 芳香烴。所有石油中都含有芳香族化合物，它們是由苯和少量的縮合環(huán)（如萘）衍生而成的。芳香烴與鏈烯烴一樣，也是非飽和化合物。但是，由于芳香烴的環(huán)為共軛雙鏈結(jié)構(gòu)，所以芳香烴在化學(xué)特性上比鏈烯烴穩(wěn)定。在同一分子中，環(huán)烷烴環(huán)、烷烴鏈和芳香環(huán)也可能是同時(shí)相互連接的。
（5） 雜環(huán)化合物。石油中除純烴類成分外，還有雜環(huán)化合物。這是一類含有碳、氫，以及硫、氮或氧的化合物，尤其是環(huán)烷基石油中，還可能含有某些有機(jī)酸（如環(huán)烷酸）。其中既有延緩油的化學(xué)特性變化（老化）的成分，即天然抗氧化劑，也有加速其老化的成分。在變壓器油調(diào)制時(shí)，油中添加一定量的合成抗老化劑或者含酚類化合物，二叔丁基對甲酚，能改善絕緣油的抗老化性能。
1．2 絕緣油析氣性的評定方法及原理
(1) 絕緣油析氣性的評定方法按IEC 60628和ASTMD2300各有A、B兩種方法，我國除作試驗(yàn)研究外，一般采用IEC 60628A法。玻璃析氣儀有一圓柱型的析氣池，內(nèi)電極直徑為10 mm，可施加10 kV電壓，外電極直接接地。試油用量5ml，由于低粘度對油的析氣性能更為有利，因而析氣池置于80 ℃的恒溫油浴中。加壓前通氫氣1 h，使油中氣體及油面氣體被氫氣飽和；在油面氣體壓力與大氣壓力平衡狀態(tài)下（通過氣壓計(jì)觀察）加電壓，使油和油面氣體受到徑向電場約3.84kV/mm的作用，使油面氣體首先被電離，形成油氣界面電子、離子活動(dòng)劇烈的電離區(qū)域；油面氣體壓力隨加壓時(shí)間不斷變化，直至穩(wěn)定。試驗(yàn)2 h后，讀取氣壓計(jì)壓差，如果內(nèi)部壓力升高，則產(chǎn)氣率為“正”；如油吸收的氫氣量超過放氣量，則內(nèi)部壓力下降，產(chǎn)氣速率為“負(fù)”；內(nèi)外壓力仍然平衡，則產(chǎn)氣速率趨于“0”；并計(jì)算出產(chǎn)氣速率(單位為μL/min)。這種產(chǎn)生速率也稱析氣系數(shù)或稱析氣趨勢。
(2) 試驗(yàn)所測得的值是放氣和吸氣綜合作用的結(jié)果。其原理是：在電場作用下，當(dāng)析氣池的電離區(qū)內(nèi)存在大量高能電子和離子時(shí)，表面的油不時(shí)地受到劇烈撞擊，使油分子的C-H、C-C鍵斷裂，產(chǎn)生活性的氫及烴基團(tuán)?；钚曰鶊F(tuán)又繼續(xù)與油中的烷及烯烴分子作用，形成氫分子和甲烷等低分子烴類氣體。另外活性基團(tuán)如與芳香烴相遇，則芳烴的雙鏈被打開而吸收氫，形成新的環(huán)烷烴。另外，有一部分釋放了氫原子的烴基基團(tuán)有可能聚合，形成高分子的膠狀物——X蠟。
飽和烴在電場作用下放出氫（烷鏈烴減少） 由上述反應(yīng)式可見，反應(yīng)式（1）和（2）是產(chǎn)氣過程，產(chǎn)生的氣體主要是氫和低分子烴類氣體，其作用是使油面上的氣體壓力增加；而反應(yīng)式（3）的反應(yīng)則相反，是吸收氣體的過程。即氫離子被吸收到芳香環(huán)中，使油面氫氣減少。
總之，經(jīng)過析氣試驗(yàn)后，油中的芳烴和烷鏈烴含量減少了，環(huán)烷烴含量增加。拓普電氣認(rèn)為這是因?yàn)橛椭蟹紵N吸收氫而轉(zhuǎn)化成環(huán)烷烴；烷鏈烴的減少，是部分鏈烴分子裂解成低分子烴類氣體，并有一部分聚合成X蠟。
在對不同的絕緣油分別進(jìn)行析氣試驗(yàn)的前后，用紅外分光光度計(jì)測試了各結(jié)構(gòu)族的含量。測試結(jié)果完全證實(shí)了這一分析。
(3) 降低油析氣系數(shù)的作用。在充油電氣設(shè)備中，特別是少油的封閉電器中，一旦因浸漬不良或壓力波動(dòng)等原因形成微小的氣泡，則將引起介質(zhì)中電場分布的不均勻，使氣體發(fā)生游離而形成局部放電。此時(shí)如果油中有足夠的芳烴，就可能吸收其中主要的被游離的氫氣，氣泡縮小甚至被吸收，使起始的放電有可能得到抑制，減少發(fā)展成連續(xù)放電的可能。因此，析氣系數(shù)是選擇和評定電容器等用油的重要指標(biāo)。電容器的絕緣介質(zhì)從礦物油逐步改用以苯環(huán)為基本結(jié)構(gòu)的介質(zhì)或其他合成液體介質(zhì)，除其特性要求外，與其化氣穩(wěn)定性有一定關(guān)系。但需要指出的是，這種對局部放電的抑制作用是相對于一定的起始放電條件和能量而言的。如果是設(shè)備本身的設(shè)計(jì)、材質(zhì)和工藝存在缺陷，則局部放電故障的發(fā)展是不可能用油的析氣系數(shù)降低來得到抑制的。這就需要設(shè)備制造廠提供全面的質(zhì)量保證，對變壓器而言尤其如此。影響變壓器局部視在放電量的因素很多，單從“氣泡放電”而言，就有變壓器油中氣體過飽和而析出氣泡、真空注油不完善有窩氣等，通過改善注油和運(yùn)行條件可以減少或避免上述情況。至于變壓器內(nèi)部存在放電性或過熱故障，使油紙絕緣材料分解出氣體，氣體來不及溶解在油中時(shí)，形成氣泡等更不是油的性能承擔(dān)得了的后果。總之，從工程角度，還沒有在運(yùn)行的變壓器中發(fā)現(xiàn)過油的析氣性不同而對局部放電起始和發(fā)展的影響作用。
信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司 信息來源：ewkbg.com
石油的組分主要是烴（碳和氫）類化合物。根據(jù)石油中占主導(dǎo)成分是烷烴還是環(huán)烷烴，則可大致分為烷烴基（石蠟基）油和環(huán)烷烴基油。介于二者之間難以區(qū)分的油種，則稱為混合基油。變壓器油中主要含有以下不同比例的成分，其分子結(jié)構(gòu)也不同。
（1） 烷烴。烷烴是一種飽和的直鏈和支鏈烴類化合物。當(dāng)碳原子數(shù)相同時(shí)，直鏈烴的熔點(diǎn)比支鏈烴的高，烷烴是化學(xué)反應(yīng)緩慢的化合物。在正常條件下，含碳原子少（C4以下）的烷烴呈氣態(tài)，中等數(shù)目的呈液態(tài)，多的則呈固態(tài)。具有同樣原子數(shù)，但不同結(jié)構(gòu)的烷烴則稱為異構(gòu)體烷烴。隨著碳原子數(shù)目的增多，其構(gòu)成異構(gòu)體烷烴的數(shù)目也急劇增長。
（2） 環(huán)烷烴。環(huán)烷烴是飽和的5和6個(gè)碳原子的環(huán)烴類化合物。依其分子量的不同，可能會(huì)帶有烷烴側(cè)鏈，也有可能在1個(gè)分子中有若干個(gè)飽和環(huán)，它們帶有與烷烴鏈相連接的側(cè)鏈。這類分子具有的環(huán)烷烴特性的強(qiáng)弱，取決于分子中環(huán)烷烴的環(huán)數(shù)多于烷烴側(cè)鏈的程度。
（3） 鏈烯烴（非飽和化合物）。如果烷烴和環(huán)烷烴的氫原子數(shù)不足，則其碳原子的4個(gè)鍵就不都是飽和的。相鄰的2個(gè)碳原子之間有1個(gè)雙鏈，則稱為鏈烯烴。ewkbg.com 由于這類化合物為雙鏈結(jié)構(gòu)，故化學(xué)穩(wěn)定性比烷烴低。
（4） 芳香烴。所有石油中都含有芳香族化合物，它們是由苯和少量的縮合環(huán)（如萘）衍生而成的。芳香烴與鏈烯烴一樣，也是非飽和化合物。但是，由于芳香烴的環(huán)為共軛雙鏈結(jié)構(gòu)，所以芳香烴在化學(xué)特性上比鏈烯烴穩(wěn)定。在同一分子中，環(huán)烷烴環(huán)、烷烴鏈和芳香環(huán)也可能是同時(shí)相互連接的。
（5） 雜環(huán)化合物。石油中除純烴類成分外，還有雜環(huán)化合物。這是一類含有碳、氫，以及硫、氮或氧的化合物，尤其是環(huán)烷基石油中，還可能含有某些有機(jī)酸（如環(huán)烷酸）。其中既有延緩油的化學(xué)特性變化（老化）的成分，即天然抗氧化劑，也有加速其老化的成分。在變壓器油調(diào)制時(shí)，油中添加一定量的合成抗老化劑或者含酚類化合物，二叔丁基對甲酚，能改善絕緣油的抗老化性能。
1．2 絕緣油析氣性的評定方法及原理
(1) 絕緣油析氣性的評定方法按IEC 60628和ASTMD2300各有A、B兩種方法，我國除作試驗(yàn)研究外，一般采用IEC 60628A法。玻璃析氣儀有一圓柱型的析氣池，內(nèi)電極直徑為10 mm，可施加10 kV電壓，外電極直接接地。試油用量5ml，由于低粘度對油的析氣性能更為有利，因而析氣池置于80 ℃的恒溫油浴中。加壓前通氫氣1 h，使油中氣體及油面氣體被氫氣飽和；在油面氣體壓力與大氣壓力平衡狀態(tài)下（通過氣壓計(jì)觀察）加電壓，使油和油面氣體受到徑向電場約3.84kV/mm的作用，使油面氣體首先被電離，形成油氣界面電子、離子活動(dòng)劇烈的電離區(qū)域；油面氣體壓力隨加壓時(shí)間不斷變化，直至穩(wěn)定。試驗(yàn)2 h后，讀取氣壓計(jì)壓差，如果內(nèi)部壓力升高，則產(chǎn)氣率為“正”；如油吸收的氫氣量超過放氣量，則內(nèi)部壓力下降，產(chǎn)氣速率為“負(fù)”；內(nèi)外壓力仍然平衡，則產(chǎn)氣速率趨于“0”；并計(jì)算出產(chǎn)氣速率(單位為μL/min)。這種產(chǎn)生速率也稱析氣系數(shù)或稱析氣趨勢。
(2) 試驗(yàn)所測得的值是放氣和吸氣綜合作用的結(jié)果。其原理是：在電場作用下，當(dāng)析氣池的電離區(qū)內(nèi)存在大量高能電子和離子時(shí)，表面的油不時(shí)地受到劇烈撞擊，使油分子的C-H、C-C鍵斷裂，產(chǎn)生活性的氫及烴基團(tuán)?；钚曰鶊F(tuán)又繼續(xù)與油中的烷及烯烴分子作用，形成氫分子和甲烷等低分子烴類氣體。另外活性基團(tuán)如與芳香烴相遇，則芳烴的雙鏈被打開而吸收氫，形成新的環(huán)烷烴。另外，有一部分釋放了氫原子的烴基基團(tuán)有可能聚合，形成高分子的膠狀物——X蠟。
飽和烴在電場作用下放出氫（烷鏈烴減少） 由上述反應(yīng)式可見，反應(yīng)式（1）和（2）是產(chǎn)氣過程，產(chǎn)生的氣體主要是氫和低分子烴類氣體，其作用是使油面上的氣體壓力增加；而反應(yīng)式（3）的反應(yīng)則相反，是吸收氣體的過程。即氫離子被吸收到芳香環(huán)中，使油面氫氣減少。
總之，經(jīng)過析氣試驗(yàn)后，油中的芳烴和烷鏈烴含量減少了，環(huán)烷烴含量增加。拓普電氣認(rèn)為這是因?yàn)橛椭蟹紵N吸收氫而轉(zhuǎn)化成環(huán)烷烴；烷鏈烴的減少，是部分鏈烴分子裂解成低分子烴類氣體，并有一部分聚合成X蠟。
在對不同的絕緣油分別進(jìn)行析氣試驗(yàn)的前后，用紅外分光光度計(jì)測試了各結(jié)構(gòu)族的含量。測試結(jié)果完全證實(shí)了這一分析。
(3) 降低油析氣系數(shù)的作用。在充油電氣設(shè)備中，特別是少油的封閉電器中，一旦因浸漬不良或壓力波動(dòng)等原因形成微小的氣泡，則將引起介質(zhì)中電場分布的不均勻，使氣體發(fā)生游離而形成局部放電。此時(shí)如果油中有足夠的芳烴，就可能吸收其中主要的被游離的氫氣，氣泡縮小甚至被吸收，使起始的放電有可能得到抑制，減少發(fā)展成連續(xù)放電的可能。因此，析氣系數(shù)是選擇和評定電容器等用油的重要指標(biāo)。電容器的絕緣介質(zhì)從礦物油逐步改用以苯環(huán)為基本結(jié)構(gòu)的介質(zhì)或其他合成液體介質(zhì)，除其特性要求外，與其化氣穩(wěn)定性有一定關(guān)系。但需要指出的是，這種對局部放電的抑制作用是相對于一定的起始放電條件和能量而言的。如果是設(shè)備本身的設(shè)計(jì)、材質(zhì)和工藝存在缺陷，則局部放電故障的發(fā)展是不可能用油的析氣系數(shù)降低來得到抑制的。這就需要設(shè)備制造廠提供全面的質(zhì)量保證，對變壓器而言尤其如此。影響變壓器局部視在放電量的因素很多，單從“氣泡放電”而言，就有變壓器油中氣體過飽和而析出氣泡、真空注油不完善有窩氣等，通過改善注油和運(yùn)行條件可以減少或避免上述情況。至于變壓器內(nèi)部存在放電性或過熱故障，使油紙絕緣材料分解出氣體，氣體來不及溶解在油中時(shí)，形成氣泡等更不是油的性能承擔(dān)得了的后果。總之，從工程角度，還沒有在運(yùn)行的變壓器中發(fā)現(xiàn)過油的析氣性不同而對局部放電起始和發(fā)展的影響作用。
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