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絕緣油及絕緣油檢測

嘉峪檢測網(wǎng)        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(yōu)良、穩(wěn)定性好,特別是具有不燃性的極性液體多氯聯(lián)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(jīng)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(yīng)用,發(fā)展了吸氣性強、擊穿場強高、與PP膜相容性優(yōu)良的多種合成油。合成油就其分子結(jié)構(gòu),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(zhì)較多的合成油,精制時可適當增加白土用量和處理次數(shù)。
 
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(cè)鏈含 9~15個碳原子的混合物。側(cè)鏈中有支鏈時不易生物降解,稱為硬質(zhì)烷基苯;側(cè)鏈為直鏈時易于生物降解,稱為軟質(zhì)烷基苯。二者電氣性能相近,中國主要使用軟質(zhì)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(yōu)良的電氣性能和熱、氧老化穩(wěn)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(fù)合介質(zhì),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(lián)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(yōu)良,穩(wěn)定性好,特別優(yōu)良的吸氣性,浸漬場固體介質(zhì)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(yōu)良的全膜電容器的浸漬劑。AN適用于膜紙復(fù)合介質(zhì)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(fā)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(yōu)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(zhì),εr為3~7,tgδ 也較大。除磷酸酯外,多數(shù)酯類的毒性很低。由于酯的極性,易于吸附雜質(zhì)和水分,較難凈化。酯的電性能優(yōu)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(wěn)定性均優(yōu)良,吸氣性強。適用于浸漬紙、膜紙復(fù)合介質(zhì)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??捎糜陔娙萜骷半y燃性變壓器。鄰苯二甲酸烷基酯隨烷基碳原子數(shù)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(fù)合介質(zhì)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(wěn)定性優(yōu)良,不燃燒,浸漬全膜電容器較好,但因毒性較大使應(yīng)用受到限制。雙甲苯醚 (DTE)的理化性能及電性能優(yōu)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(yīng)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(wěn)定性優(yōu)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(yīng)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(shè)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(shè)備,熱油經(jīng)過散熱器冷卻,再回到變壓器本體,使箱體內(nèi)的絕緣油循環(huán)冷卻,保持變壓器溫度在一定范圍內(nèi)。      
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(yīng)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(wěn)定性。      在運行中,絕緣油經(jīng)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(fā)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(shè)備內(nèi)部的一種介質(zhì),他必須具備良好的電氣性能,才能充分發(fā)揮其應(yīng)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(shè)備內(nèi)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(guān),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(fā)生擊穿。但一般用于設(shè)備的油往往不是十分純凈的,其中含有各式各樣的雜質(zhì),如氣體、水分、固體顆粒及油老化產(chǎn)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(zhì)的絕緣油的擊穿過程的理論很多,應(yīng)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(zhì)的影響,雜質(zhì)由水分、纖維質(zhì)(主要是受潮的纖維)構(gòu)成。雜質(zhì)的介電系數(shù)比絕緣油要大得多。在電場中,雜質(zhì)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(zhì)“小橋”。如果極間距離大,雜質(zhì)少,只能形成斷續(xù)“小橋”,而“小橋”的電導率和介電系數(shù)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(shù)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(chǎn)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(fā)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(fā)生。如果極間距離不大,雜質(zhì)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(fā)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(zhì)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(guān),故也有人稱之為熱擊穿。應(yīng)當指出,上述的過程只適用于穩(wěn)態(tài)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(zhì)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(zhì)損耗因數(shù)  
介質(zhì)損耗因數(shù)主要是反映油中泄漏電流而引起的功率損失。介質(zhì)損耗因數(shù)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(zhì)損耗因數(shù)只能反映出油中是否含有污染物質(zhì)和急性雜志,而不能確定存在于油中的是何種極佳雜質(zhì)。但當油氧化或過熱而引起劣化時,或混入其他雜質(zhì)時,隨著油中極佳雜質(zhì)或充電的膠體物質(zhì)含量增加,介質(zhì)損耗因數(shù)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(zhì),而不能確定是何種極性物質(zhì)。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(yīng)該是清潔而透明的,如果模糊不清表明有中含有水分、碳?;蛴湍唷H绻l(fā)現(xiàn)有碳微粒,則可能是變壓器內(nèi)部存在有電弧或局部放電現(xiàn)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(yīng)注意油的老化是否加速,或加速油的運行溫度的監(jiān)控。
 
2.酸值:
酸值的上升是油初始化劣化的標志,酸性物質(zhì)的存在將不可避免地產(chǎn)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(tǒng)也是有害的。  
 
3.界面張力:
該試驗是反應(yīng)油劣化產(chǎn)物和從固體絕緣材料中產(chǎn)生的可溶性極佳雜質(zhì)是相當敏感的。油中氧化產(chǎn)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(chǎn)生的趨勢;如果張力值達18mN/m以下,則表明油已老化嚴重,應(yīng)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(tài)。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(fā)性實際是與變壓器油在使用環(huán)境條件下的安全性有一定的內(nèi)在聯(lián)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(chǎn)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(xù)產(chǎn)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(chǎn)生腐蝕,并降低電氣設(shè)備的絕緣性能,縮短設(shè)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(wǎng)

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