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绝缘油及绝缘油检测

嘉峪检测网        2015-11-12 10:44

什么是合成绝缘油

20世纪30年代初美国合成电气性能优良、稳定性好,特别是具有不燃性的极性液体多氯联苯(PCB),用于电容器和变压器,提高了容量和安全性。后来,运行经验证明PCB具有毒性,70年代初各国都先后限制使用或禁用。目前合成油用于电缆的主要有十二烷基苯(用于自容式充油电缆)、聚丁烯(用于钢管充油电缆)和少量难燃电缆用的硅油。变压器油主要有十二烷基苯(与矿物油混合)、硅油及酯类合成油。由于聚丙烯薄膜(PP膜)在电容器中的推广应用,发展了吸气性强、击穿场强高、与PP膜相容性优良的多种合成油。合成油就其分子结构,可分为芳烃合成油、硅油、酯类油、醚类和砜类合成油、聚丁烯。常用合成油的性能列于表。表中列有 PCB的特性以作比较。合成油的净化处理常采用白土吸附法。净化处理时,白土用量约为油重的0.5~3%,处理温度约为40~80℃。对极性大、含杂质较多的合成油,精制时可适当增加白土用量和处理次数。
 
合成绝缘油的种类
芳烃合成油,硅油,酯类油,醚类和砜类合成油,聚丁烯等都是合成绝缘油
 
1)芳烃合成油
 
十二烷基苯(DDB),,烷基侧链含 9~15个碳原子的混合物。侧链中有支链时不易生物降解,称为硬质烷基苯;侧链为直链时易于生物降解,称为软质烷基苯。二者电气性能相近,中国主要使用软质烷基苯。DDB是毒性最低的合成油之一。 它属于弱极性材料,具有优良的电气性能和热、氧老化稳定性,吸气性比较好,击穿电场强度高。铜、钢、锌、锡、铝等金属对它几乎不起催化老化作用。但铅有明显的催化老化作用,并较易溶胀橡胶。DDB 主要用于浸渍纸或纸膜复合介质,可用于电缆、电容器和变压器。但因与PP膜的相容性欠佳,不宜用于全膜电容器。DDB可与矿物油混合使用,以改善矿物油的吸气性。二芳基乙烷,异丙基联苯,烷基萘(AN),这几种材料的共同特点是电性能和理化性能优良,稳定性好,特别优良的吸气性,浸渍场固体介质的局部放电电场强度高,可选取较高的工作电强度(高于DDB)。PXE和IPB与PP膜的相容性好,是较优良的全膜电容器的浸渍剂。AN适用于膜纸复合介质电容器,芳烃合成油属低毒浸渍剂,它们的主要缺点是低温局部放电性能较差,燃烧性同矿物油相近。单苄基甲苯与二苄基甲苯混合油,由于低温下的粘度较低,浸渍PP膜的低温局部放电性能较好,是新开发的较有前途的合成油。

2)硅油

R为甲基时称为甲基硅油,部分甲基被苯基取代后称为苯甲基硅油。硅油的特点是耐热性优良,工作温度可达150~200℃,属难燃性绝缘油。硅油的粘度-温度特性平坦,有高的耐寒性。改变聚合度n即分子链的长短,可得到不同的粘度。作为绝缘油的粘度为20~50×10-6m2/s。硅油可用于电缆、变压器和电容器。由于硅油价格高,仅用于防火要求较高的场所。

3)酯类油

属极性液体介质,εr为3~7,tgδ 也较大。除磷酸酯外,多数酯类的毒性很低。由于酯的极性,易于吸附杂质和水分,较难净化。酯的电性能优良,εr大,可用于电容器。它的闪点较高,亦可用于难燃性变压器。缺点是粘度较高,不易浸渍。苄基新癸酸酯(BNC)的理化性能、电性能、热氧老化稳定性均优良,吸气性强。适用于浸渍纸、膜纸复合介质电容器。磷酸三甲苯酯(TCP)的εr约为6,为不燃性油。与PXE和AN混合可提高其低温下的局部放电性能。当TCP的体积混入量大于40~50%时也具有不燃性。缺点是净化困难,并具有一定毒性。可用于电容器及难燃性变压器。邻苯二甲酸烷基酯随烷基碳原子数增加,闪点、粘度升高,εr、tgδ、凝固点降低。邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和三氯化苯(TCB)混合可用于纸或膜纸复合介质电容器。其他如偏苯三酸三辛酯,εr为4.2,可用于脉冲及金属化电容器。季戊四醇酯可用于变压器。
 

4)醚类和砜类合成油

烷基氯化二苯醚(MCDO)的电气性能和稳定性优良,不燃烧,浸渍全膜电容器较好,但因毒性较大使应用受到限制。双甲苯醚 (DTE)的理化性能及电性能优良,适用于膜纸及全膜电容器。二芳基砜和芳烃合成油混合,在电容器中也有应用。
 

5)聚丁烯

由丁烯和异丁烯聚合而成,为非极性液体。εr、tgδ低,介电性能和老化稳定性优于矿物油,具有吸气性。改变聚合度,可得到粘度不同的聚丁烯。主要用于钢管充油电缆和低压电容器。
 
 
绝缘油检测试验   
 
绝缘油广泛应用于电力变压器、油断路器、充油电缆、电力电容器和套管等高压电气设备中,其作用有以下3个方面:      
第一、绝缘作用。对变压器、电缆及电容器等固体绝缘进行浸渍和保护、填充绝缘中的气泡,防止外界空气和湿气侵入,保证绝缘可靠。      
第二、冷却作用。对变压器等电气设备,热油经过散热器冷却,再回到变压器本体,使箱体内的绝缘油循环冷却,保持变压器温度在一定范围内。      
第三、灭弧作用。油断路器中的绝缘油,除了具有绝缘作用外,还具有灭弧作用,促使断路器迅速可靠地切断电弧。       为了使绝缘油能够完成其本身的功能,它应具有较小的粘度、较低的凝固点、较高的闪点和耐压强度,以及有较好的稳定性。      在运行中,绝缘油经常受到氧气、湿气、高温、阳光等作用,性能会逐渐变坏,致使它不能充分发挥作用。为确保绝缘油性能良好,必须定期地对绝缘油进行试验。
 
绝缘油及绝缘油检测检测项目
 
电气性能试验
变压器油作为充填于电气设备内部的一种介质,他必须具备良好的电气性能,才能充分发挥其应有的功能作用。
 
新油的主要电气性能包括:
1.1 绝缘强度  
变压器油的介电强度或击穿电压,是衡量他在电气设备内部能耐受电压的能力而不被破坏的尺度,也就是检验变压器油性能好坏的主要手段之一。绝缘油的击穿过程与其纯净度有关,纯净的绝缘油有很高的击穿强度 (可达106V/cm ),其击穿过程主要由电击穿引起,由于油中分子浓度较大,所以电子在油中运动的自由行程很小,不易积累足够的能量,因此只有具备很高的电场强度时,才能发生击穿。但一般用于设备的油往往不是十分纯净的,其中含有各式各样的杂质,如气体、水分、固体颗粒及油老化产生的聚合物等,因此在研究油击穿时,不能排除这些因素的影响。研究含有杂质的绝缘油的击穿过程的理论很多,应用最广泛的是“小桥理论”。其认为:工程用绝缘油击穿的主要原因在于杂质的影响,杂质由水分、纤维质(主要是受潮的纤维)构成。杂质的介电系数比绝缘油要大得多。在电场中,杂质首先极化,被吸引向电场强度最强的地方,即电极附近,并按电力线方向排列,于是在电极附近形成了杂质“小桥”。如果极间距离大,杂质少,只能形成断续“小桥”,而“小桥”的电导率和介电系数都比绝缘油大,由于“小桥”的存在,会畸变油中的电场。因为纤维的介电系数大,使纤维端部处油中的电场加强,于是放电首先在这部分油中开始产生,油在高场强下电离而分解出气体,形成气泡,电离又增强。而后逐渐发展,使整个油间隙可能在气体通道中击穿,所以击穿就能在较低的电压下发生。如果极间距离不大,杂质又足够多,则“小桥”可能连通两个电极,这时,由于“小桥”的电导较大,沿“小桥”流过很大电流(电流大小视电源容量而定),使“小桥”强烈发热,“小桥”中的水分和附近的油沸腾气化,造成一个气体通道――“气泡桥”,最后油样在比较低的电压下,沿着这个“气泡桥”击穿。如果纤维不受潮,则因“小桥”的电导很小,对于油击穿电压的影响也比较小,这就是杂质引起绝缘油击穿的基本过程。显然,这种击穿形式的“小桥”与加热过程有关,故也有人称之为热击穿。应当指出,上述的过程只适用于稳态电压(直流和工频)和比较均匀的电场中。当冲击电压作用或电场极不均匀时,杂质不易形成“小桥”,它的作用只限于畸变电场,故其击穿过程就可能主要是油本身的电击穿了。
 
1.2 介质损耗因数  
介质损耗因数主要是反映油中泄漏电流而引起的功率损失。介质损耗因数而大小对判断变压器油的劣化与污染程度是很敏感的。介质损耗因数只能反映出油中是否含有污染物质和急性杂志,而不能确定存在于油中的是何种极佳杂质。但当油氧化或过热而引起劣化时,或混入其他杂质时,随着油中极佳杂质或充电的胶体物质含量增加,介质损耗因数也会随之增大,高的可达10%以上。该试验主要用于判断油是否脏污或劣化,它只能判定油中是否含有极性物质,而不能确定是何种极性物质。有时候,当油进一步氧化,可能使油的溶解水分能力增强,因而此种类型油的油泥并不能在介损中反映出来。如果油的介损超过0.7%时,则需要进行检查,若100℃下的介损为25℃时介损的7—10倍,则表明油已赃污,而不是含有水分。
 
物理及化学性能试验  
1.油的外观与颜色:
良好的油应该是清洁而透明的,如果模糊不清表明有中含有水分、碳粒或油泥。如果发现有碳微粒,则可能是变压器内部存在有电弧或局部放电现象,则有必要进行油的色谱分子。油的颜色若有明显的改变,则应注意油的老化是否加速,或加速油的运行温度的监控。
 
2.酸值:
酸值的上升是油初始化劣化的标志,酸性物质的存在将不可避免地产生油泥。如果油中同时存在水份的话,则可使铁生锈,同时对纸绝缘系统也是有害的。  
 
3.界面张力:
该试验是反应油劣化产物和从固体绝缘材料中产生的可溶性极佳杂质是相当敏感的。油中氧化产物含量越大,则界面张力越小。如果油中界面张力值在27~30mN/m时,则表明油中已有油泥产生的趋势;如果张力值达18mN/m以下,则表明油已老化严重,应予更换。  
 
4.水分含量:
水分在油中与绝缘纸中为一个平衡状态。油在不同温度下有不同的饱和水分溶解量,这一饱和溶解量随温度的升高而增大,因而在高温下绝缘纸中水分即进入油中;当油温下降时,油中水分有一部分将向纸中扩散,使油中的含水量下降。  
 
5.闪点:
油品的挥发性实际是与变压器油在使用环境条件下的安全性有一定的内在联系。具体说,他是在一定温度、时间及火焰大小的条件下的闪点和着火点。这里必须指出,闪点和着火点不是一个等同的概念。闪点是指当油品加热到足够的油气产生,并在其中外加一个火焰,使油气在一瞬间就着火的最低温度;着火点则是当油品加热到足够的油气连续产生,外加火焰于其上能维持5秒钟燃烧时的最低温度。  
 
6.水溶性酸:变压器油在氧化初级阶段一般易生成低分子有机酸,如甲酸、乙酸等,因为这些酸的水溶性较好,当油中水溶性酸含量增加(即pH 值降低),油中又含有水时,会使固体绝缘材料和金属产生腐蚀,并降低电气设备的绝缘性能,缩短设备的使用寿命。
 
以等体积的蒸馏水和试油混合摇动,取其水抽出液,注入指示剂,观察其变色情况,判断试油中是否含水溶性酸及水溶性碱。
 
1 仪器  
1.1 分液漏斗:250~500ml。  
1.2 试管:直径15~20mm,高140~150mm。
1.3 水浴。
1.4 锥形烧瓶:250ml。  将加热至70~80℃的试油50ml与同温度的蒸馏水(蒸馏水煮沸后pH为6.0~7.0)50ml,注入同一分液漏斗中,摇动5min,待分层冷至室温时进行试验。
 
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来源:嘉峪检测网