植物绝缘油与绝缘材料相容性研究
许竞荣
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许竞荣,. 植物绝缘油与绝缘材料相容性研究[J]. 材料科学研究,2021.11. DOI:10.12721/ccn.2021.157096.
摘要:
绝缘油对于变压器而言非常重要,与高压电气设备当中的充油电缆、固体绝缘系统等相互配合,可以保证设备具有较高的电气绝缘效果,可以有效地帮助铁芯线圈和其他设备冷却,保证油开关迅速灭弧。本文具体分析绝缘纸板和绝缘油的相容性,将设定好的绝缘组合,放置于100摄氏度环境下进行真空老化,老化时间为3天、6天、12天、24天和35天,接着测试老化后植物绝缘油样本的介质损耗和酸度情况。
关键词: 植物绝缘油绝缘材料相容性
DOI:10.12721/ccn.2021.157096
基金资助:

1 植物绝缘油的性质

植物绝缘油作为一种可再生资源,其闪点在300℃以上,生物降解率能够达到97%以上,介电性能较好,介电常数通常可以超过矿物油的1.5倍。在对植物绝缘油进行分析研究过程中,重点往往放在理化性能和界定性能方面,但是为了保证在实际应用过程中变压器的效果,排除油品对变压器的影响,需要注意对绝缘结构设计进行优化,首先需要分析研究绝缘介质和固体材料的相容性。

在变压器等设备当中主要包含了多种固体材料与绝缘介质和结构材料,这些物质相互接触后,可能会由于各种原因导致物理化学和电气性能出现恶化,这也会影响变压器的寿命和使用安全。如果在设计过程中,使用了两种不相容的材料,会对整体绝缘结构的性能产生影响,导致变压器的使用寿命缩短或者出现早期损坏,因此需要深入研究植物绝缘油和变压器当中一些共用材料的相容性。

首先通过植物原油精炼获得植物绝缘油,对绝缘油在变压器环境当中的具体情况进行模拟,并且与固体物质在特定条件下进行接触反应,对不同阶段结缘有的介质损耗和酸值情况进行分析,以便测定精炼植物绝缘油和变压器材料的相容性。

2 相容性试验分析

2.1油样的制备

在植物油当中,主要成分为甘油三酯,含量达到95%,其余为内脂物主要有一些可皂化的类脂物,以及一些不可皂化的类脂物,某些原油的杂质数量较多,酸度较高,无法达到绝缘用油的具体标准和要求,因此需要加强植物油的改性处理和精炼工作,通过一系列工艺流程后,经滤油机精加工获得试验所用的绝缘油样本。

2.2 绝缘材料的准备

变压器当中有铜、铁、锡、铅等常用金属材料,与此同时还有木材、纸板、电缆等绝缘和密封材料,因此需要对这些材料进行筛选,最终选取硅钢片、绝缘纸板和电磁线三种固体材料作为试验用材料。为了防止固体材料由于初始状态不同而影响试验结果,在试验前需要注意对这些固体材料进行针对性的处理。在本次实验当中处理方法为在500帕真空环境下进行48小时的干燥,干燥温度设定为90℃,在冷却后放入到三个烧瓶当中,加入400毫升精炼植物绝缘油,在测试过程中温度设定为100℃,在真空环境当中每隔3天、6天、12天、24天、35天将油样取出,分析其介质损耗情况和酸值。

3 结果与讨论

3.1 介质损耗的测试

对表一进行分析,其数据主要是浸泡不同样本油量在各老化时间下产生的介质损耗情况。

表1 不同样品在不同老化时间对应的介质损耗

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在老化实验时间逐步延长之后,空白油样的介质损耗由原来的0.993%增加到1.823%,其数据呈缓慢上升的趋势,主要是因为绝缘油在高温下进行老化所造成的,对绝缘纸板和电磁线组合的植物绝缘油介质损耗情况进行分析,可以发现两种材料接触植物原油介质之后,其损耗情况与新油相同。在老化时间逐步延长后,这种情况也进一步明显,其变化趋向于新油,然而硅钢片组合的植物绝缘油介质损耗情况相比新油而言具有更大的变化。其老化试验工作结束后,介质损耗量已经超过了3%,由此可以发现硅钢片自身的极性金属离子可能会促进植物绝缘油的损耗量增大,有可能是因为硅钢片和植物原油之间没有较好的相容性,造成植物绝缘油出现老化加快等情况。

对该问题进行深入分析,相关材料浸入一定比例绝缘油后进行相容性试验,对原油和相关材料的相容性好坏进行比对。通过对绝缘油的各阶段材质损耗情况进行分析,接着以用油介质损耗的增量和原始介质损耗的比值,对油样受污染的情况进行了解,表2为各阶段不同绝缘油样品的△tanδ与空白油样的tanδ的比值。

表2 不同时间段不同绝缘油样品的△tanδ与空白油样的tanδ的比值

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对表2的数据进行分析发现在老化工作进行三天后,硅钢片、电磁线和绝缘纸板材料,在油量介质损耗方面和空白油量相比都有一定程度的增大,然而增大趋势并不明显。在老化时间达到6天后,绝缘纸板的油样变化趋势逐步变小,在时间延长后趋势固定不变,维持在0.05左右,而电磁线和硅钢片当中的植物绝缘油介质损耗产生突变,这种突变在6天后较为明显,由原来的0.12增到0.44,0.13增到0.58,然而在6天开始到老化35天的阶段内,这种变化情况趋于稳定.在35天老化周期当中,植物绝缘油和绝缘纸板组合的介质损耗情况和空白油量相比也有所增加,但是变化量相对较为稳定,变化不大,由此可见绝缘纸板对植物绝缘油的相容性较好,没有明显的污染,而静止在电磁线和硅钢片当中的植物绝缘油介质损耗情况在老化时间超过6天后明显增大,但是后期逐步需稳定,通过研究分析,可能是因为硅钢片和电磁线当中还有大量金属极性离子,这些离子在前期会对植物绝缘的老化产生催化作用,

3.2酸值的测试

表3是浸泡不同样品的油样在不同老化时间阶段对应的酸值。

表3 不同样品在不同老化时间对应的酸值

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在进行老化反应前,空白油样的酸值为0.0698 mgKOH/g。在混合相关物质后,原油的酸值情况没有出现明显改变,从表3的数据当中可以分析,可以发现不同组合的油样酸值变化情况与空白油样相同,都会在老化时间增长后逐步变大。

由数据分析可以发现这种变化情况和老化试验当中的介质损耗变化情况没有较大的区别,说明这些材料引起的绝缘有老化加速情况,与相容性无关,通过约35天的相容老化试验之后,硅钢片的表面非常平滑、整洁,而且没有出现绝缘漆脱落等情况,电磁线和绝缘板在经过干燥之后,其外观和试验前基本相同。

结束语

在老化时间逐步增长的情况下,不同组合的植物绝缘油样在介质损耗和酸值方面逐步扩大,但是其趋势和空白油样基本保持一致,是正常的老化现象,以植物原油为原料通过精炼等一系列工艺之后获得的植物绝缘油,在相容性试验过程中与不含变压器原材料的绝缘油老化规律差距不大,而且不会腐蚀电磁线和硅钢片,漆面相容性较好。

参考文献

[1] 陈丽波, CHENLi-bo. 防晕材料与变压器油的相容性[J]. 变压器, 1999, 37(7):11-13.

[2] 周远翔, 沙彦超, 陈维江,等. 变压器油与绝缘纸板电导特性研究[J]. 电网技术, 2013(09):2527-2533.

[3] 李灏. 变压器油与绝缘纸板电导特性研究[J]. 科技展望, 2017, 27(014):106.

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