油和紙是充油電氣設備的主要絕緣材料。油中氣體生成的機理與材料的性質(zhì)和各種因素有關(guān)。

一、干式變壓器的油劣化和產(chǎn)氣

干式變壓器油是由天然石油蒸餾提煉而成的礦物油。它是各種碳氫化合物的混合物，其中碳和氫占總重量的95%~99%，其余為硫、氮、氧和少量金屬元素。石油基碳氫化合物包括環(huán)烷烴(CnH2n)、烷烴(CnH2n 2)、芳香烴(CnH2n-m)和其他成分。表1-1列出了部分產(chǎn)干式變壓器油的成分分析結果。

表1-1部分產(chǎn)干式變壓器油成分分析依據

環(huán)烷烴具有良好的化學(xué)穩定性和介電穩定性，粘度隨溫度變化不大。芳烴具有良好的化學(xué)穩定性和介電穩定性，在電場(chǎng)作用下可以吸收氣體而不釋放氣體。干式變壓器油芳烴含量高，油的空氣吸收性強，否則空氣吸收性差。但芳烴在電弧作用下產(chǎn)生更多的碳粒，會(huì )降低油的電性能；芳香烴是易燃的，隨著(zhù)其含量的增加，油的比重、粘度和凝固點(diǎn)都增加。環(huán)烷烴中的石蠟具有良好的化學(xué)穩定性，容易使油固化。在電場(chǎng)的作用下，它們容易電離析出氣體，形成樹(shù)枝狀的X蠟，影響油的導熱性能。

干式變壓器油在運行過(guò)程中，受到溫度、電場(chǎng)、氧氣、水分、銅、鐵等物質(zhì)的催化，產(chǎn)生氧化、裂解、碳化，部分氧化產(chǎn)物和冷凝物(油泥)、氫氣、低分子烴類(lèi)氣體和固體X蠟。

總之，在熱、電、氧的作用下，干式變壓器油的降解過(guò)程以自由基鏈式反應進(jìn)行，反應速率隨著(zhù)溫度的升高而增加。氧和水的存在和含量對反應有很大影響，銅、鐵等金屬也起到催化劑的作用，加速反應。老化后產(chǎn)生的酸、H2O和油泥危及油的絕緣特性。精制的干式變壓器油不含低分子烴類(lèi)氣體，但干式變壓器油在運行中會(huì )在高溫作用下分解產(chǎn)生二氧化碳、低分子烴類(lèi)氣體、氫氣等。

綜上所述，干式變壓器油是由多種不同分子量的烴類(lèi)分子組成的混合物，其中含有CH3*、CH2*和CH*化學(xué)基團，通過(guò)C-C鍵結合在一起。一些C-H鍵和C-C鍵會(huì )因電或熱故障而斷裂，產(chǎn)生少量的活性氫原子和烴類(lèi)的不穩定自由基。這些氫原子或自由基通過(guò)復雜的化學(xué)反應迅速重組，形成氫氣和低分子烴類(lèi)氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。以及碳和碳氫聚合物的固體顆粒(X蠟)。失效初期，形成的氣體溶解在油中；當斷層能量較大時(shí)，也可能聚集成游離氣體。油碳化產(chǎn)生的碳粒溫度為500-800，設備內可沉積碳和烴類(lèi)聚合物的固體顆粒。局部放電等低能放電故障，通過(guò)離子反應促進(jìn)較弱鍵C-H鍵(338kJ/mol)的形成，合成烴類(lèi)氣體，依次需要越來(lái)越高的溫度和越來(lái)越多的能量。

雖然在較低溫度下產(chǎn)生少量乙烯，但主要在500左右產(chǎn)生，高于甲烷和乙烷。乙炔通常在800-1200的溫度下產(chǎn)生，當溫度降低時(shí)，反應被迅速抑制并積累為再化合的穩定產(chǎn)物。因此，雖然在較低的溫度下(800以下)會(huì )產(chǎn)生少量的乙炔，但在電弧的電弧路徑中會(huì )產(chǎn)生大量的乙炔。此外，當油發(fā)生氧化反應時(shí)，會(huì )產(chǎn)生少量的一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳和二氧化碳會(huì )長(cháng)期積累，成為大量的特征氣體。 #p#分頁(yè)標題#e#

第二，固體絕緣材料和氣體的分解

油紙絕緣包括絕緣紙、絕緣紙板等。其主要成分是纖維素。纖維素熱分解的氣體成分主要是CO和CO2。聚合物裂解的有效溫度高于105，完全裂解和碳化高于300。生成水時(shí)，生成大量的CO和CO2以及少量的烴類(lèi)氣體和呋喃類(lèi)化合物，油被氧化。一氧化碳和二氧化碳的形成不僅隨著(zhù)溫度的升高而加速，而且隨著(zhù)油中氧含量和紙張濕度的增加而增加。

來(lái)源：電工之家