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變壓器油的擊穿電壓與油的老化程度和吸入水分情況有直接關系,因此,探討變壓器油酸值和水分對擊穿電壓的影響有著十分重要的意義。
通常用石蠟基油生產10#變壓器油,環烷基油生產25#和45#變壓器油。當變壓器油的凝固點不高于-10℃時(傾點-7℃),就是10#變壓器油;當凝固點不高于-25℃時(傾點-22℃),就是25#變壓器油;當凝固點不高于-45℃時,就是45#變壓器油。通常10#變壓器油是由石蠟基油原料經酮苯脫蠟-溶劑精制-白土補充精制后,凝固點低于-10℃時,就作為10#變壓器油原料;當采用中間基或石蠟基原料經酮苯脫蠟-溶劑精制-白土補充精制后,凝固點達到低于-25℃時,就作為25#變壓器油;當采用環烷基油作為變壓器油原料時,則無須進行酮苯脫蠟就可由常壓蒸餾直接得到凝固點低于-45℃的變壓器油原料。因此,45#變壓器油只能由環烷基油生產。當采用環烷基油生產25#變壓器油時,得到的變壓器油凝固點通常在-30℃~-45℃。
我國變壓器油標準GB2536-90規定了新變壓器油的擊穿電壓(間距2.5mm交貨時)不小于35kV[2]。
變壓器油是充油電氣設備的主要絕緣部分,油的擊穿電壓是保證設備安全運行的重要條件,通常變壓器油的擊穿電壓不合格是不允許使用的。如油中含有雜質和吸收空氣中的水分而受潮,或油品老化變質,均會使油的擊穿電壓下降,影響設備的良好絕緣,甚至擊穿設備,造成事故。所以在運行油質量標準中,按不同設備的電壓等級,對油的擊穿電壓都分別有具體的指標要求,并定期或不定期取樣,進行擊穿電壓測定,以便于發現問題,及時處理。這對防止事故,保證安全,具有一定的意義。
影響變壓器油擊穿電壓的因素分析水分對擊穿電壓的影響機理水分是影響變壓器設備絕緣老化的重要原因之一。變壓器油和絕緣材料中含水量增加,直接導致絕緣性能下降并會促使油老化,影響設備運行的可靠性和使用壽命。對水分進行嚴格的監督,是保證設備安全運行必不可少的一個試驗項目。一般說在20℃時變壓器油溶解水的能力為40μl/l左右,通過工業脫水裝置可使變壓器油的含水量降到10μl/l以下,通常電壓越高的電力設備要求油的含水量越低。此外,水分還會促進有機酸對銅、鐵等金屬的腐蝕作用,產生的皂化物會惡化油的介質損耗因數、增加油的吸潮性、并對油的氧化起催化作用。一般認為受潮的比干燥的油老化速度要增加2~4倍,所以長期以來人們對絕緣油中的水的存在給予極大的關注。用戶在使用前必須反復過濾脫水到電氣性能全部合格后方可加入電器設備內。
水分也是平常和影響擊穿電壓靈敏的雜質。
因為水是一種極性分子,在電場力的作用下,很容易被拉長,并沿著電場方向排列,從而在兩極間形成導電“小橋”,那怕是含有微量水分,這種導電小橋也會立即產生,連接兩極,使擊穿電壓劇降。一般新油中含水約在0.01%~0.02%的范圍內達到飽和狀態,但這足以使油的擊穿電壓降得很低。除水以外,油中還往往含有其他贓物,因而不能用公式表示含水量與擊穿電壓的關系。另外,擊穿電壓的大小,不僅取決于含水量,也取決于水在油中處于什么狀態,同樣的含水量,卻能夠不同程度地降低擊穿電壓。通常乳化狀態的水對擊穿電壓影響大,溶解水次之[3]。
酸值和酸性物質對擊穿電壓的影響中和1g試油中含有的酸性成分所需要氫氧化鉀的毫克數,稱為酸值,以m(KOH)表示,單位為mg/g.通常酸值是評定新油品和判斷運行中油質氧化程度的重要化學指標之一。
變壓器油與氧有較強的親和作用,在水分、銅鐵等導線材料的催化劑作用下,以及外界加速因素(熱、震動與沖擊、電場)的影響下,其氧化就是一個必然的過程。隨著油品氧化程度的加深,油中會含有各種酸及酸性物質,它們是一類極性物質,能使水保持乳化狀態,因而會提高油品的導電性,降低油的絕緣性能。尤其油中含有較多量的低分子水溶性酸,油中又有水時,就會降低設備的電絕緣水平,油中的酸性物質還會使設備構件中所使用的銅、鐵、鋁等金屬材料腐蝕,而所生成的金屬鹽又是油進一步氧化反應的加速劑,更加速了油的氧化過程。酸本身也是油氧化的加速劑,使油氧化產生更多的酸。
試驗儀器設備絕緣器油介電強度測定儀、烘箱、干燥器等;引用標準方法GB/T264石油產品酸值測定法GB/T507-86絕緣器油介電強度測定法4.2試驗步驟4.2.1油樣準備輕輕搖晃盛有試油(25#變壓器油)的容器,使油樣均勻而不形成氣泡。然后將試油緩慢倒入清潔、干燥的試驗瓶中,置于干燥器內。
銅催化劑的準備將50±0.5cm長的銅絲,經細砂紙磨光后用濾紙擦凈,卷成螺旋線狀(外徑19±1mm,長50mm),用苯清洗兩次再用電吹風機吹干后立即放入干燥器中。試油的氧化將已準備好的恒溫箱加熱,調節溫度使其能夠控制在100±1℃內。從干燥器中取出盛有油樣的試驗瓶,將銅螺旋線沿瓶壁輕輕滑入瓶中,然后將試驗瓶放入恒溫箱中。
記錄下盛有油樣放入恒溫箱的時刻作為試油開始氧化的時間,在氧化過程中注意經常觀察恒溫箱的溫度并保持在100±1℃內。酸值和擊穿電壓測定在試油氧化時間達到72h后將試油從烘箱中取出一部分裝入250ml試驗瓶中,然后立刻放入干燥器中冷卻、干燥,嚴格控制水分介入試油中。將干燥后的試油按照GB/T264石油產品酸值測定法測出其酸值。
按照GB/T507-86絕緣器油介電強度測定法測定干燥后試油的擊穿電壓,本試驗選用儀器是WJY-1型變壓器油絕緣強度自動測定儀。注意試驗中應使試驗瓶無空氣泡,將試油倒入油杯時也要避免空氣泡的形成。