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矿物油的组分及性能要求

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:各种矿物油由于产地不同,其组分也有差异。表11-1 绝缘矿物油的主要性能由表3-1可见,高压电缆油、电容器油的性能要求比变压器油高些,这也是根据实际情况而定的。

矿物油的组分及性能要求

它是由石油经提炼精制而得。

1.矿物油的组成

矿物油主要成分是各种碳氢化合物,如烷烃和环烷烃,和少量的芳香烃及不饱和烃。此外,还有硫、氧、氮等多种元素。各种矿物油由于产地不同,其组分也有差异。

烷烃和环烷烃属于饱和烃,化学稳定性好,介电性能稳定,黏度随温度变化小。芳香烃虽有不饱和键,但也比较稳定,它有一大特点,即在电场作用下不但不析出气体,而且能吸气,这对绝缘油的防电场老化很有益,所以在石油的精制过程中不能把芳香烃全部除去,但也不能留得太多,过多的芳香烃会使油的黏度上升,凝固点提高。

矿物油中还有少量的不饱和烃,烯烃或炔烃,它们是不稳定的成分,在一定的条件下容易氧化、聚合、分解导致油中放出气体,出现水分、酸素、树枝状物质等而恶化绝缘油的性能,所以不饱和烃要设法清除干净。

2.矿物油的加工

从油矿开采的石油,在150~160℃范围分馏得汽油;温度上升至160~300℃分馏得煤油;在300~350℃下分馏的重油,这就是绝缘油的原油。重油再经分馏、精制,并加入适当的添加剂就可得到各种绝缘油。下面以变压器绝缘油的处理为例加以说明:

将在280~360℃分馏后得到的变压器油原油,先经加入8%~15%的浓硫酸处理,除去原油中的不饱和碳氢化合物。再加入适量的碱﹙NaOH﹚使之与剩余的硫酸中和,然后再用热的蒸馏水洗油,以除去油中的Na2SO4及其他水溶性物质。经澄清排水后还残留水分,所以须将油加热干燥除去水分。但不可能把油中的水分、酸、碱等杂质除净,一般可再经白土﹙AL2O3·mSiO2·H2O)、硅胶等进行精制处理。在加热的同时进行搅拌,杂质就可以被吸附剂所吸附,然后把这些杂质和吸附剂再经过滤除去,即可获得所需要的纯净的变压器绝缘油。为了改善绝缘油的防老化性,可加入适量的添加剂,如抗氧剂、抗电场老化剂等。

电缆油和电容器油的处理方法与变压器油基本相同,但对电性能要求更高,所以须经酸、碱、白土反复处理,直到符合要求为止。

绝缘油在精制过程中要处理适当,由于精制的深度不同,绝缘油分为三种情况:

1)精制不足的油呈深黄色,这种油杂质含量太多,性能差,不能使用;

2)精制适当的油呈淡黄色,杂质少,性能好,长期使用不易老化;

3)精制过度的油呈透明无色,新油性能很好,但使用后极易老化,这是因为把能起抗氧作用的芳香烃清除太彻底所致,所以也不合适。

3.绝缘油的性能

表11-1列出了常用的几种矿物绝缘油的主要特性。

11-1 绝缘矿物油的主要性能(www.xing528.com)

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由表3-1可见,高压电缆油、电容器油的性能要求比变压器油高些,这也是根据实际情况而定的。一般而言,电容器油的工作场强要求最高,电缆油略低,而变压器油最低。对性能的影响参数如下:

1)凝固点对室内电工设备影响不大,而对户外用的电工设备,尤其是在我国东北寒冷地带影响很大。如户外用电缆、油断路器、变压器等,当冬天温度下降,如油凝固了不能流动,即将会造成故障。因而户外油断路器在东北于冬天使用时,要装特殊的加热装置,以确保油有良好的流动性

2)黏度也是绝缘油的一个重要指标。黏度低,油的流动性及浸渍性均好,散热快,灭孤性能也好,但黏度太低,其耐冲击电场强度低并容易挥发。当挥发物浓度达到一定程度时会引起燃烧甚至发生爆炸,所以黏度要选择适当。

3)酸值是指油中有机酸的含量,用中和一克油中的有机酸时所需的KOH的毫克数表示。当油与空气中的氧气接触而被氧化时,生成醛或酮和有机酸,这些氧化物的存在使油的电阻率下降,介质损耗角正切值上升,同时还会腐蚀与其接触的材料,所以通过酸值的测定,可以判断绝缘油的老化程度。

4)闪点指油在加热条件下,当其蒸汽与空气混合后,再靠近火焰时,有闪光和爆炸的现象,这时温度称为闪点。继续加热,如果闪光时间达5s,对应温度称为燃点。闪点越低,越易燃烧。

4.矿物油的老化及防老化

绝缘油在长期使用过程中,在电场作用下会发热并与空气接触后氧化而发生老化。当存在某些金属如铜、铁、锌时,则更会对油的氧化起催化作用。在油的贮存、运输过程中也会老化或被污染。如果在高温下使用或局部过热,则会使油裂解而生成低分子的烃类化合物,因而降低油的闪点。在油断路器中由于电弧的高温作用,会使油分解出导电碳粒,另一方面油还会吸潮。这些综合作用的结果(其中以氧和热为主)使油老化,颜色变深,黏度、酸值增大,闪点及介电性能下降。为了防止油的老化,采取加强散热是一个很有效的措施。如变压器的外部装有很多管道,就是为了增加散热面积,降低油温;第二个措施,即尽量使油与空气隔绝,防止氧化的发生。还可以加入各种抗氧剂(如2,6-二叔丁基对甲酚等),使氧化不易发生。为了保证充油电工设备的正常运行,除了上述措施以外,还要经常检查绝缘油的各项物理化学指标,发现性能不合规定时就要进行再生处理。近年来使用气相色谱法来监视和分析油中组成的变化,既快又准确,在各工厂及使用部门已得到大量推广应用。

5.矿物油的再生处理

1)压力过滤法:用压滤机将已老化或污染了的油通过压滤机进行过滤,能除去油中的机械性杂质、油泥和水分,这是最常用的一种简便方法。但是为了使油能顺利地通过压滤机,通常要将油加热来降低黏度,但过滤时要与空气接触,在热和氧的共同作用下会使油加速氧化而增加酸值。

2)真空喷雾法:在一定的真空度下,将油加热喷雾以除去水分、杂质、油泥等,在处理结束时可加入适量抗氧剂。

3)电净化法:这是将不合格的油通过直流电场(U=10~40kV以上),使油中的水分、纤维、油泥等杂质被电离,正离子移向阴极,负离子移向阳极而后吸附在极板上,达到使油净化的目的。

4)白土硅胶再生法:当绝缘油的老化不是太严重的情况下,可以利用白土或硅胶的优良吸附能力除去油中气体、水分及其他杂质,再生效果较好。

此外,还可以加热通干燥N2或空气除湿。如果油的老化较严重,那么要采用与提炼精制绝缘油时类似的方法迸行处理,即用酸碱处理、水洗、白土吸附的方法。但这种处理方法成本太高,所以只用于要求特别高的场合。

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