絕緣油介電強(qiáng)度測(cè)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(zhǎng)。
（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。aixiangbo.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(duì)甲酚，能改善絕緣油的抗老化性能。
1．2 絕緣油析氣性的評(píng)定方法及原理
(1) 絕緣油析氣性的評(píng)定方法按IEC 60628和ASTMD2300各有A、B兩種方法，我國(guó)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(duì)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(guò)氣壓計(jì)觀察）加電壓，使油和油面氣體受到徑向電場(chǎng)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(guò)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(shì)。
(2) 試驗(yàn)所測(cè)得的值是放氣和吸氣綜合作用的結(jié)果。其原理是：在電場(chǎng)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(kāi)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(chǎng)作用下放出氫（烷鏈烴減少） 由上述反應(yīng)式可見(jiàn)，反應(yīng)式（1）和（2）是產(chǎn)氣過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(cè)試了各結(jié)構(gòu)族的含量。測(cè)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(chǎng)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(píng)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(duì)局部放電的抑制作用是相對(duì)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(lái)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(duì)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(guò)飽和而析出氣泡、真空注油不完善有窩氣等，通過(guò)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(guò)熱故障，使油紙絕緣材料分解出氣體，氣體來(lái)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(méi)有在運(yùn)行的變壓器中發(fā)現(xiàn)過(guò)油的析氣性不同而對(duì)局部放電起始和發(fā)展的影響作用。
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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(zhǎng)。
（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。aixiangbo.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(duì)甲酚，能改善絕緣油的抗老化性能。
1．2 絕緣油析氣性的評(píng)定方法及原理
(1) 絕緣油析氣性的評(píng)定方法按IEC 60628和ASTMD2300各有A、B兩種方法，我國(guó)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(duì)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(guò)氣壓計(jì)觀察）加電壓，使油和油面氣體受到徑向電場(chǎng)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(guò)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(shì)。
(2) 試驗(yàn)所測(cè)得的值是放氣和吸氣綜合作用的結(jié)果。其原理是：在電場(chǎng)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(kāi)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(chǎng)作用下放出氫（烷鏈烴減少） 由上述反應(yīng)式可見(jiàn)，反應(yīng)式（1）和（2）是產(chǎn)氣過(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(cè)試了各結(jié)構(gòu)族的含量。測(cè)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(chǎng)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(píng)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(duì)局部放電的抑制作用是相對(duì)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(lái)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(duì)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(guò)飽和而析出氣泡、真空注油不完善有窩氣等，通過(guò)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(guò)熱故障，使油紙絕緣材料分解出氣體，氣體來(lái)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(méi)有在運(yùn)行的變壓器中發(fā)現(xiàn)過(guò)油的析氣性不同而對(duì)局部放電起始和發(fā)展的影響作用。
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