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1、变压器油常识讲座 2011.6.21天威保变 质保部 王文昌一、变压器油基础知识1有机化合物概念变压器油是有机化合物。“有机化合物”的“机”指的就是“碳”。“碳”为什么叫“机”呢？没有什么道理，这是中国化学家给起的名字。英文名是organic compound，而organic即“有机”这个词的含义是“器官的、有机体的”，里面并没有单独表达“机”的含义，也没有说“有机就是有碳”。 除变压器油外，绝缘纸和纸板以及其他绝缘材料也是有机物。2氢、碳、氧、氮原子的结构为什么要讲“原子结构”？因为原子结构决定了原子构成什么样的物质。为什么要讲这几个原子的结构？因为有机物主要是由这几个原子构成的。小知识变
2、压器油箱和夹件是由钢材做成的，钢材主要是由铁原子构成的，还含有碳、硫、硅、锰、磷等原子。所以，严格地说，钢材是铁和这后几种原子的合金。铁能够和这些原子结合起来形成强度这么高强度的材料，是由它的原子结构决定的。导体铜是由铜原子构成的，它的纯度很高。少量的杂质原子和铜原子也是以合金的形式存在的。硅钢片是由钢和硅原子构成的。钢的成分上边已讲，那么，硅钢片就是在那些原子里又混入硅原子。有机物和上述几类不一样，它们不是直接由原子构成的，首先是由原子构成分子，分子再构成大分子（例如纤维素的分子量可以高达200万）。2.1 氢原子的结构核内一个质子，核外一个电子。2.2 碳原子的结构碳原子的原子核中有6个正
3、电荷，那么，原子核的外部就有6个电子。其排布方式是：第一层：两个1S电子，各自的自旋方向相反。第二层：4个电子，2S亚层2个，各自的自旋方向相反；2P亚层2个，没有配对，同向各自旋转。2.3 氧原子的结构核内8个正电荷，核外8个电子，即比碳原子多两个。所以：第一层：两个1S电子，各自的自旋方向相反。第二层：6个电子，2S亚层2个，各自的自旋方向相反；2P亚层2个，配对，各自的自旋方向相反；第5个第6个，没有配对，同向各自旋转。2.4 稳定结构对于绝大多数原子而言，当最外层的电子为8个时，才最为稳定（惰性气体除氦外全是这样）。碳原子也不例外。它有再结合4个电子而成为8电子层的倾向。氧原子有再结合
4、2个电子而成为8电子层的倾向。3有机化合物的形成3.1 简单的有机化合物甲烷。哪个原子最容易和碳原子结合呢？氢原子最容易，它的原子核外边只有一个电子。照这个规律，碳原子应该结合4个氢原子才达到8电子稳定结构，于是就得到甲烷：CH4。应该指出：刚才所讲2S亚层2个电子，各自的自旋方向相反；2P亚层2个电子，没有配对，同向各自旋转，在和氢原子结合的过程中，2S亚层的2个电子分离开来，和2P亚层上的2个电子完全一样了。（氧原子结合两个氢原子达到8电子稳定结构，即成为水H2O，但水不是有机物。）乙烷。碳原子和碳原子也能结合，于是就形成其他化合物，乙烷就是最简单的碳原子和碳原子的结合物：CH3CH3，可
5、以理解为两个甲烷分子个失去一个氢原子后的结合。以上两个属于烷烃。乙烯：乙烯中只有4个氢原子，碳和碳再互相结合，也是形成了8电子稳定结构。那么，得到双键：CH2=CH2CHCH乙炔：只有2个氢原子，形成三键。 环戊烷： 为环烷烃。 苯： 为芳香烃。 3.2复杂的有机化合物种类很多，可能已经超过100万种。前述两个碳原子结合，叫“乙”，照此类推，就有丙、丁、戊、己、庚，等等，超过癸之后，就有十一、十二等等，分子式如：CH3-CH2-CH2n-CH3而环烷烃和芳香烃也已有很复杂的结合形式。 R R 其中R为烷烃去掉一个氢原子剩余的部分。4变压器油化学组成4.1石油的成分石油天然气 C1C4 常温下是
6、气体；汽油 C5C12 馏程40200；煤油 C11C16 馏程200270；柴油 C15C18 馏程270340；润滑油 C18C24 馏程340400以上。4.2 变压器油的成分变压器油就是由润滑油精制而成的。它的主要成分和石油一样有以下三类物质,也就是上面给出结构式的三大类物质（当然微量杂志是必然会有的）：（1）烷烃变压器油中的烷烃碳原子数大约在1824之间。烷烃含量大约占25%60%。值得说明：上述像乙烯那样的双键化合物和像乙炔那样的三键化合物，也有含十几个碳的，但变压器油里不含长链烯烃和炔烃。（2）环烷烃当烷烃的分子链比较长时，会形成环烷烃。五、六元环是最为常见的，因为容易成环并且稳
7、定。但是，仅仅有一个五、六元环，还够不上变压器油（例如环己烷就是一种溶剂）。而是在环上还有其他基团，比如R基，“R”里可能有十几个碳原子。环烷烃含量大约占30%60%。（3）芳香烃最简单的芳香烃是苯。设想一下环己烷少了6个氢原子，那么，每个碳原子只有一个氢原子，另外3个电子都要和相邻的碳原子共用，这就是苯的结构。和环烷烃类似，简单的苯成不了变压器油，它身上也接有各种基团，或者几个苯环连接起来。芳香烃含量大约占3%15%。4.3 全部化合物数量美国的化学机构研究过变压器油的化学组成，报道说含有2900多种化合物。4.4 石蜡基油和环烷基油烷烃又叫“石蜡烃”，所以含烷烃多的油被称为“石蜡基油”。一
8、般说来，含环烷烃40%以上、烷烃50%以下的油常被称为环烷基油，而其他的油则称为石蜡基油。二者的主要区别：石蜡基油容易凝固；石蜡基油易于吸潮。环烷基油则不然。小知识：其他油类都是什么物质?可食用的动植物油和不可食用的植物油都是甘油酸酯。可食用的是很常见的。不可食用的例如蓖麻油（非干性油）、桐油（干性油）。人工合成的酯类例如磷酸酯、邻苯二甲酸酯（网上批评的用于儿童玩具的塑料或橡胶增塑剂）也被称为油类。4.5 分子的极性 像前述各种原子和甲烷正负电荷中心重合，分子没有极性的。而好多原子结合成分子，虽然正负电荷数量相等，但正负电荷中心就有可能不重叠了，总体上虽然没有带电，但已经有极性了，比如分子的一
9、端显出正电、一端显出负电。5变压器油标准和牌号5.1 标准IEC296:1982 GB2536-1990IEC60296:2003 GB2536-20055.2牌号各国的编号方法不统一。GB2536-1990是以凝点为基础的，如凝点低于-10的变压器油牌号为DB-10，低于-25的变压器油牌号为DB-25，低于-45的变压器油牌号为DB-45，其中“D”代表“电力用油”，“B”代表“变压器油”。而在IEC60296:2003中，“凝点”一项不再采用，只保留了“倾点”。并且，IEC 602962003对变压器油的编号办法作了规定，要求编号中体现是否含有阻化剂并标明最低冷起动温度，用“U”（uni
10、nhibited）表示未阻化变压器油,用“T”（trace inhibited）表示微阻化变压器油，用“I”（inhibited）表示阻化变压器油，标准建议倾点比最低冷起动温度至少低10。由于倾点一般比凝点高3，那么，对于我国的阻化变压器油来说：DB-10 DB-25 B-45对应的倾点 -7 -22 -42最低冷起动温度 3 -12 -32所以三种油的新编号应分别为I3、I-12和I-32。6. 变压器油在变压器中的作用6.1绝缘相对介电系数：两个带电点在绝缘材料中的相互作用力，比在真空中小r（静电单位制）倍；装有绝缘材料的电容器的电容，比真空电容大r（米千克秒制）倍。说明绝缘材料在电场下的
11、极化特性。（乙醇的r为25.7；水的为81.5）。作为绝缘材料，r不能太大，作为储能元件的电容器，r不能太小。怎么反映它的绝缘性能好呢？4个参数都比较好。电阻率比较大，高达1013cm；相对介电系数不算大，2.2；介质损耗系数比较小，小于0.5%；击穿电压比较高，6万伏以上。6.2 散热 较历史上绝缘液体不差。二、变压器油技术指标 未使用过的变压器油技术要求及试验方法（IEC 60296:2003）性能试验方法单位要求1功能特性粘度（40）GB/T 265mm2/s12粘度（-30）(1)GB/T 265mm2/s1800倾点(1)GB/T 3535-40水含量IEC 60814mg/kg30
12、(2)/40（3）击穿电压GB/T 507kV30/70(4)密度（20）GB/T 1884或ISO 12185g/mL0.895介质损耗因数（90）GB/T 5654或IEC 616200.0052精炼/稳定性外观清澈透明，无沉淀物和悬浮物酸度IEC 62021-1mgKOH/g0.01表面张力GB/T 6541mN/m无通用要求（5）总硫含量BS 2000第373部分或ISO 14596无通用要求腐蚀性硫DIN 51353无腐蚀性抗氧添加剂(U)未阻化油IEC 60666%检测不出(T)微阻化油0.08(I) 阻化油0.080.402-呋喃甲醛含量IEC 61198mg/kg0.13 运行
13、性能氧化稳定性总酸度IEC 61125（方法C）试验时间：(U)未阻化油：164h(T)微阻化油：332h(I)阻化油：500hmgKOH/g1.2油泥%0.8介质损耗因数（90）GB/T 56540.500析气性IEC 60628（方法A）L/min无通用要求4健康、安全和环境性能（HSE）闪点GB/T 261135稠环芳烃含量BS 2000第346部分%3多氯联苯含量IEC 61619%检测不出（1）把倾点定为-40的原因是：-30是变压器的最低冷起动温度，可根据每个国家的气候条件进行调整，倾点应当比最低冷起动温度低至少10。1.运动粘度 液体受外力作用移动时，分子间会产生内摩擦，表现出具有粘度。从化学上讲，这种内摩擦力就是分子间的相互作用力。变压器油是一种液体，因而也具有粘度这一性质。 变压器油粘度的表示方法有多种，现国标规定的是运动粘度。国外尚有采用赛氏、雷氏和巴氏等粘度的，这些粘度也都是条件粘度，可按公式换算为运动粘度4。 运动粘度又称动粘度或内摩擦系数，是液体的动力粘度与同温度下液体密度的比值，用符号表示。由于粘度受温度影响明显，故提到粘度时必须指明温度。温度t()的运动粘度以
