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絕緣油及絕緣油檢測

嘉峪檢測網        2015-11-12 10:44

什么是合成絕緣油

20世紀30年代初美國合成電氣性能優良、穩定性好,特別是具有不燃性的極性液體多氯聯苯(PCB),用于電容器和變壓器,提高了容量和安全性。后來,運行經驗證明PCB具有毒性,70年代初各國都先后限制使用或禁用。目前合成油用于電纜的主要有十二烷基苯(用于自容式充油電纜)、聚丁烯(用于鋼管充油電纜)和少量難燃電纜用的硅油。變壓器油主要有十二烷基苯(與礦物油混合)、硅油及酯類合成油。由于聚丙烯薄膜(PP膜)在電容器中的推廣應用,發展了吸氣性強、擊穿場強高、與PP膜相容性優良的多種合成油。合成油就其分子結構,可分為芳烴合成油、硅油、酯類油、醚類和砜類合成油、聚丁烯。常用合成油的性能列于表。表中列有 PCB的特性以作比較。合成油的凈化處理常采用白土吸附法。凈化處理時,白土用量約為油重的0.5~3%,處理溫度約為40~80℃。對極性大、含雜質較多的合成油,精制時可適當增加白土用量和處理次數。
 
合成絕緣油的種類
芳烴合成油,硅油,酯類油,醚類和砜類合成油,聚丁烯等都是合成絕緣油
 
1)芳烴合成油
 
十二烷基苯(DDB),,烷基側鏈含 9~15個碳原子的混合物。側鏈中有支鏈時不易生物降解,稱為硬質烷基苯;側鏈為直鏈時易于生物降解,稱為軟質烷基苯。二者電氣性能相近,中國主要使用軟質烷基苯。DDB是毒性最低的合成油之一。 它屬于弱極性材料,具有優良的電氣性能和熱、氧老化穩定性,吸氣性比較好,擊穿電場強度高。銅、鋼、鋅、錫、鋁等金屬對它幾乎不起催化老化作用。但鉛有明顯的催化老化作用,并較易溶脹橡膠。DDB 主要用于浸漬紙或紙膜復合介質,可用于電纜、電容器和變壓器。但因與PP膜的相容性欠佳,不宜用于全膜電容器。DDB可與礦物油混合使用,以改善礦物油的吸氣性。二芳基乙烷,異丙基聯苯,烷基萘(AN),這幾種材料的共同特點是電性能和理化性能優良,穩定性好,特別優良的吸氣性,浸漬場固體介質的局部放電電場強度高,可選取較高的工作電強度(高于DDB)。PXE和IPB與PP膜的相容性好,是較優良的全膜電容器的浸漬劑。AN適用于膜紙復合介質電容器,芳烴合成油屬低毒浸漬劑,它們的主要缺點是低溫局部放電性能較差,燃燒性同礦物油相近。單芐基甲苯與二芐基甲苯混合油,由于低溫下的粘度較低,浸漬PP膜的低溫局部放電性能較好,是新開發的較有前途的合成油。

2)硅油

R為甲基時稱為甲基硅油,部分甲基被苯基取代后稱為苯甲基硅油。硅油的特點是耐熱性優良,工作溫度可達150~200℃,屬難燃性絕緣油。硅油的粘度-溫度特性平坦,有高的耐寒性。改變聚合度n即分子鏈的長短,可得到不同的粘度。作為絕緣油的粘度為20~50×10-6m2/s。硅油可用于電纜、變壓器和電容器。由于硅油價格高,僅用于防火要求較高的場所。

3)酯類油

屬極性液體介質,εr為3~7,tgδ 也較大。除磷酸酯外,多數酯類的毒性很低。由于酯的極性,易于吸附雜質和水分,較難凈化。酯的電性能優良,εr大,可用于電容器。它的閃點較高,亦可用于難燃性變壓器。缺點是粘度較高,不易浸漬。芐基新癸酸酯(BNC)的理化性能、電性能、熱氧老化穩定性均優良,吸氣性強。適用于浸漬紙、膜紙復合介質電容器。磷酸三甲苯酯(TCP)的εr約為6,為不燃性油。與PXE和AN混合可提高其低溫下的局部放電性能。當TCP的體積混入量大于40~50%時也具有不燃性。缺點是凈化困難,并具有一定毒性。可用于電容器及難燃性變壓器。鄰苯二甲酸烷基酯隨烷基碳原子數增加,閃點、粘度升高,εr、tgδ、凝固點降低。鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)和三氯化苯(TCB)混合可用于紙或膜紙復合介質電容器。其他如偏苯三酸三辛酯,εr為4.2,可用于脈沖及金屬化電容器。季戊四醇酯可用于變壓器。
 

4)醚類和砜類合成油

烷基氯化二苯醚(MCDO)的電氣性能和穩定性優良,不燃燒,浸漬全膜電容器較好,但因毒性較大使應用受到限制。雙甲苯醚 (DTE)的理化性能及電性能優良,適用于膜紙及全膜電容器。二芳基砜和芳烴合成油混合,在電容器中也有應用。
 

5)聚丁烯

由丁烯和異丁烯聚合而成,為非極性液體。εr、tgδ低,介電性能和老化穩定性優于礦物油,具有吸氣性。改變聚合度,可得到粘度不同的聚丁烯。主要用于鋼管充油電纜和低壓電容器。
 
 
絕緣油檢測試驗   
 
絕緣油廣泛應用于電力變壓器、油斷路器、充油電纜、電力電容器和套管等高壓電氣設備中,其作用有以下3個方面:      
第一、絕緣作用。對變壓器、電纜及電容器等固體絕緣進行浸漬和保護、填充絕緣中的氣泡,防止外界空氣和濕氣侵入,保證絕緣可靠。      
第二、冷卻作用。對變壓器等電氣設備,熱油經過散熱器冷卻,再回到變壓器本體,使箱體內的絕緣油循環冷卻,保持變壓器溫度在一定范圍內。      
第三、滅弧作用。油斷路器中的絕緣油,除了具有絕緣作用外,還具有滅弧作用,促使斷路器迅速可靠地切斷電弧。       為了使絕緣油能夠完成其本身的功能,它應具有較小的粘度、較低的凝固點、較高的閃點和耐壓強度,以及有較好的穩定性。      在運行中,絕緣油經常受到氧氣、濕氣、高溫、陽光等作用,性能會逐漸變壞,致使它不能充分發揮作用。為確保絕緣油性能良好,必須定期地對絕緣油進行試驗。
 
絕緣油及絕緣油檢測檢測項目
 
電氣性能試驗
變壓器油作為充填于電氣設備內部的一種介質,他必須具備良好的電氣性能,才能充分發揮其應有的功能作用。
 
新油的主要電氣性能包括:
1.1 絕緣強度  
變壓器油的介電強度或擊穿電壓,是衡量他在電氣設備內部能耐受電壓的能力而不被破壞的尺度,也就是檢驗變壓器油性能好壞的主要手段之一。絕緣油的擊穿過程與其純凈度有關,純凈的絕緣油有很高的擊穿強度 (可達106V/cm ),其擊穿過程主要由電擊穿引起,由于油中分子濃度較大,所以電子在油中運動的自由行程很小,不易積累足夠的能量,因此只有具備很高的電場強度時,才能發生擊穿。但一般用于設備的油往往不是十分純凈的,其中含有各式各樣的雜質,如氣體、水分、固體顆粒及油老化產生的聚合物等,因此在研究油擊穿時,不能排除這些因素的影響。研究含有雜質的絕緣油的擊穿過程的理論很多,應用最廣泛的是“小橋理論”。其認為:工程用絕緣油擊穿的主要原因在于雜質的影響,雜質由水分、纖維質(主要是受潮的纖維)構成。雜質的介電系數比絕緣油要大得多。在電場中,雜質首先極化,被吸引向電場強度最強的地方,即電極附近,并按電力線方向排列,于是在電極附近形成了雜質“小橋”。如果極間距離大,雜質少,只能形成斷續“小橋”,而“小橋”的電導率和介電系數都比絕緣油大,由于“小橋”的存在,會畸變油中的電場。因為纖維的介電系數大,使纖維端部處油中的電場加強,于是放電首先在這部分油中開始產生,油在高場強下電離而分解出氣體,形成氣泡,電離又增強。而后逐漸發展,使整個油間隙可能在氣體通道中擊穿,所以擊穿就能在較低的電壓下發生。如果極間距離不大,雜質又足夠多,則“小橋”可能連通兩個電極,這時,由于“小橋”的電導較大,沿“小橋”流過很大電流(電流大小視電源容量而定),使“小橋”強烈發熱,“小橋”中的水分和附近的油沸騰氣化,造成一個氣體通道――“氣泡橋”,最后油樣在比較低的電壓下,沿著這個“氣泡橋”擊穿。如果纖維不受潮,則因“小橋”的電導很小,對于油擊穿電壓的影響也比較小,這就是雜質引起絕緣油擊穿的基本過程。顯然,這種擊穿形式的“小橋”與加熱過程有關,故也有人稱之為熱擊穿。應當指出,上述的過程只適用于穩態電壓(直流和工頻)和比較均勻的電場中。當沖擊電壓作用或電場極不均勻時,雜質不易形成“小橋”,它的作用只限于畸變電場,故其擊穿過程就可能主要是油本身的電擊穿了。
 
1.2 介質損耗因數  
介質損耗因數主要是反映油中泄漏電流而引起的功率損失。介質損耗因數而大小對判斷變壓器油的劣化與污染程度是很敏感的。介質損耗因數只能反映出油中是否含有污染物質和急性雜志,而不能確定存在于油中的是何種極佳雜質。但當油氧化或過熱而引起劣化時,或混入其他雜質時,隨著油中極佳雜質或充電的膠體物質含量增加,介質損耗因數也會隨之增大,高的可達10%以上。該試驗主要用于判斷油是否臟污或劣化,它只能判定油中是否含有極性物質,而不能確定是何種極性物質。有時候,當油進一步氧化,可能使油的溶解水分能力增強,因而此種類型油的油泥并不能在介損中反映出來。如果油的介損超過0.7%時,則需要進行檢查,若100℃下的介損為25℃時介損的7—10倍,則表明油已贓污,而不是含有水分。
 
物理及化學性能試驗  
1.油的外觀與顏色:
良好的油應該是清潔而透明的,如果模糊不清表明有中含有水分、碳粒或油泥。如果發現有碳微粒,則可能是變壓器內部存在有電弧或局部放電現象,則有必要進行油的色譜分子。油的顏色若有明顯的改變,則應注意油的老化是否加速,或加速油的運行溫度的監控。
 
2.酸值:
酸值的上升是油初始化劣化的標志,酸性物質的存在將不可避免地產生油泥。如果油中同時存在水份的話,則可使鐵生銹,同時對紙絕緣系統也是有害的。  
 
3.界面張力:
該試驗是反應油劣化產物和從固體絕緣材料中產生的可溶性極佳雜質是相當敏感的。油中氧化產物含量越大,則界面張力越小。如果油中界面張力值在27~30mN/m時,則表明油中已有油泥產生的趨勢;如果張力值達18mN/m以下,則表明油已老化嚴重,應予更換。  
 
4.水分含量:
水分在油中與絕緣紙中為一個平衡狀態。油在不同溫度下有不同的飽和水分溶解量,這一飽和溶解量隨溫度的升高而增大,因而在高溫下絕緣紙中水分即進入油中;當油溫下降時,油中水分有一部分將向紙中擴散,使油中的含水量下降。  
 
5.閃點:
油品的揮發性實際是與變壓器油在使用環境條件下的安全性有一定的內在聯系。具體說,他是在一定溫度、時間及火焰大小的條件下的閃點和著火點。這里必須指出,閃點和著火點不是一個等同的概念。閃點是指當油品加熱到足夠的油氣產生,并在其中外加一個火焰,使油氣在一瞬間就著火的最低溫度;著火點則是當油品加熱到足夠的油氣連續產生,外加火焰于其上能維持5秒鐘燃燒時的最低溫度。  
 
6.水溶性酸:變壓器油在氧化初級階段一般易生成低分子有機酸,如甲酸、乙酸等,因為這些酸的水溶性較好,當油中水溶性酸含量增加(即pH 值降低),油中又含有水時,會使固體絕緣材料和金屬產生腐蝕,并降低電氣設備的絕緣性能,縮短設備的使用壽命。
 
以等體積的蒸餾水和試油混合搖動,取其水抽出液,注入指示劑,觀察其變色情況,判斷試油中是否含水溶性酸及水溶性堿。
 
1 儀器  
1.1 分液漏斗:250~500ml。  
1.2 試管:直徑15~20mm,高140~150mm。
1.3 水浴。
1.4 錐形燒瓶:250ml。  將加熱至70~80℃的試油50ml與同溫度的蒸餾水(蒸餾水煮沸后pH為6.0~7.0)50ml,注入同一分液漏斗中,搖動5min,待分層冷至室溫時進行試驗。
 
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來源:嘉峪檢測網

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