干式變壓器油中氣體的產生機理

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和各種因素有關。

一、干式變壓器的油劣化和產氣

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列出了部分產干式變壓器油的成分分析結果。

表1-1部分產干式變壓器油成分分析依據

環烷烴具有良好的化學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穩定性和介電穩定性，在電場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生更多的碳粒，會降低油的電性能；芳香烴是易燃的，隨著其含量的增加，油的比重、粘度和凝固點都增加。環烷烴中的石蠟具有良好的化學穩定性，容易使油固化。在電場的作用下，它們容易電離析出氣體，形成樹枝狀的X蠟，影響油的導熱性能。

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

總之，在熱、電、氧的作用下，干式變壓器油的降解過程以自由基鏈式反應進行，反應速率隨著溫度的升高而增加。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氣體，但干式變壓器油在運行中會在高溫作用下分解產生二氧化碳、低分子烴類氣體、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分子組成的混合物，其中含有CH3*、CH2*和CH*化學基團，通過C-C鍵結合在一起。一些C-H鍵和C-C鍵會因電或熱故障而斷裂，產生少量的活性氫原子和烴類的不穩定自由基。這些氫原子或自由基通過復雜的化學反應迅速重組，形成氫氣和低分子烴類氣體，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，也可能聚集成游離氣體。油碳化產生的碳粒溫度為500-800，設備內可沉積碳和烴類聚合物的固體顆粒。局部放電等低能放電故障，通過離子反應促進較弱鍵C-H鍵(338kJ/mol)的形成，合成烴類氣體，依次需要越來越高的溫度和越來越多的能量。

雖然在較低溫度下產生少量乙烯，但主要在500左右產生，高于甲烷和乙烷。乙炔通常在800-1200的溫度下產生，當溫度降低時，反應被迅速抑制并積累為再化合的穩定產物。因此，雖然在較低的溫度下(800以下)會產生少量的乙炔，但在電弧的電弧路徑中會產生大量的乙炔。此外，當油發生氧化反應時，會產生少量的一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳和二氧化碳會長期積累，成為大量的特征氣體。 #p#分頁標題#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，生成大量的CO和CO2以及少量的烴類氣體和呋喃類化合物，油被氧化。一氧化碳和二氧化碳的形成不僅隨著溫度的升高而加速，而且隨著油中氧含量和紙張濕度的增加而增加。

來源：電工之家