低温下水分含量对天然酯绝缘油介电特性的影响
发布时间：2021-12-19 15:05
为研究低温下水分含量对天然酯绝缘油介电特性的影响,搭建了低温试验平台,在-15～5℃温度区间内对不同水分含量天然酯绝缘油进行交流击穿试验、直流击穿试验和工频介电特性测量。结果表明:低温下天然酯绝缘油的击穿电压随着温度的降低呈现出先减小后增大的趋势,其中直流击穿电压小于交流击穿电压,随着水分含量的增加,交、直流特性曲线逐渐接近;低温条件下水分的形态变化会影响天然酯绝缘油的介质损耗因数,随着温度的降低,天然酯绝缘油的介质损耗因数呈现先增大后减小的趋势,并在-5～0℃内出现极大值,但在低含水量时温度对其介质损耗因数影响不大,水分的存在会增大天然酯绝缘油的介电常数,而温度变化对天然酯绝缘油的介电常数影响不大。
【文章来源】：绝缘材料. 2020,53(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
低温试验平台
油杯结构
对不同含水量油样进行不同温度下的击穿试验，结果如图3所示。从图3可以看出，随着油样中水分含量的增加，天然酯绝缘油的交流击穿电压值明显减小；在降温初期，随着温度的降低，击穿电压值减小，当温度降低到一定值时，击穿电压出现极小值，随着温度的继续降低，击穿电压值增大。从图3还可以看出，天然酯绝缘油的直流击穿特性与交流击穿特性呈现相同的变化趋势，但变化幅度没有交流电压下那么明显。此外，在同一含水量条件下，天然酯绝缘油的直流击穿电压普遍低于其交流击穿电压，并且随着水分含量的增加，直流击穿特性曲线与交流击穿特性曲线逐渐接近。实际运行中变压器内存在水分是不可避免的，并以溶解水、游离水和乳化水3种形态存在于油中。其中，游离水和乳化水的存在会大幅影响绝缘油的击穿强度[13]。这是因为水属于极性介质，在外加电场的影响下会沿着电场方向排列，这两种水分会在外加电场的影响下形成导电“水桥”，从而显著减小天然酯绝缘油的击穿电压。而水分在天然酯绝缘油中的形态又取决于环境的温度和水分的含量。当温度较高时，天然酯绝缘油对水分的溶解度较大，水分以溶解水的形态存在，对击穿电压的影响较小。当温度缓慢降低时，天然酯绝缘油对水分的溶解度逐渐减小，溶于天然酯绝缘油中的水分会慢慢析出形成小液滴。由于水分子是极性分子，会在电场作用下拉长形成椭球液滴，这种极性椭球液滴的存在会导致局部电场畸变，同时促进导电小桥的建立，当这种小桥形成贯穿的导电通道时，会明显减小天然酯绝缘油的击穿电压。因此，在降温过程中，水分析出，绝缘油的击穿电压逐渐减小，但当温度下降到一定程度时，析出的水分液滴会逐渐转化为微小冰晶的形态，这种冰晶结构不像液滴一样易受电场影响且不易导电，致使“水桥”作用消失，而且随着重力作用可能向下沉积，与矿物绝缘油的情况相近[14]。同时温度的进一步降低，使天然酯绝缘油的黏度增大，致使击穿电压增大，这是由于绝缘油的黏度增大，与之相关的杂质离子活动能力减弱，阻碍了杂质小桥的形成，因而整体击穿电压呈现出随温度继续降低而逐渐增大的现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然酯绝缘油变压器技术发展及应用概况[J]. 蔡胜伟,李华强,黄芝强,王东,王大玮,陈程. 绝缘材料. 2019(11)
[2]植物油纸绝缘及其变压器的研究进展与老化机理分析[J]. 童伟,徐良铸,王莹,罗运柏,童旋,颜久娟,王伟清,豆卫刚. 绝缘材料. 2019(02)
[3]复合电压作用下变压器油的低温击穿特性[J]. 郭冲,池明赫,陈庆国,张金烽,高自伟. 高电压技术. 2019(02)
[4]高寒条件下变压器油击穿特性试验[J]. 徐征宇,程涣超,汪可,遇心如,赵晓宇,李光范. 高电压技术. 2015(04)
[5]植物绝缘油及其应用研究关键问题分析与展望[J]. 李剑,姚舒瀚,杜斌,姚伟. 高电压技术. 2015(02)
[6]低温环境下变压器油纸复合绝缘材料受潮击穿特性研究[J]. 赵冲,李忠华,郑欢. 变压器. 2013(09)
博士论文
[1]植物绝缘油中特征气体及油纸吸湿特性与纳米粒子分散稳定性研究[D]. 张召涛.重庆大学 2012
[2]水分对油纸绝缘热老化及寿命的影响与热老化程度表征研究[D]. 孙会刚.重庆大学 2011
[3]植物绝缘油理化及电气性能的研究[D]. 李晓虎.重庆大学 2006
硕士论文
[1]植物绝缘油电击穿特性及其化学组分变化研究[D]. 沈显锋.重庆大学 2017
[2]低温下变压器油绝缘特性研究[D]. 高明.中国电力科学研究院 2011
本文编号：3544632
【文章来源】：绝缘材料. 2020,53(09)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
低温试验平台
油杯结构
对不同含水量油样进行不同温度下的击穿试验，结果如图3所示。从图3可以看出，随着油样中水分含量的增加，天然酯绝缘油的交流击穿电压值明显减小；在降温初期，随着温度的降低，击穿电压值减小，当温度降低到一定值时，击穿电压出现极小值，随着温度的继续降低，击穿电压值增大。从图3还可以看出，天然酯绝缘油的直流击穿特性与交流击穿特性呈现相同的变化趋势，但变化幅度没有交流电压下那么明显。此外，在同一含水量条件下，天然酯绝缘油的直流击穿电压普遍低于其交流击穿电压，并且随着水分含量的增加，直流击穿特性曲线与交流击穿特性曲线逐渐接近。实际运行中变压器内存在水分是不可避免的，并以溶解水、游离水和乳化水3种形态存在于油中。其中，游离水和乳化水的存在会大幅影响绝缘油的击穿强度[13]。这是因为水属于极性介质，在外加电场的影响下会沿着电场方向排列，这两种水分会在外加电场的影响下形成导电“水桥”，从而显著减小天然酯绝缘油的击穿电压。而水分在天然酯绝缘油中的形态又取决于环境的温度和水分的含量。当温度较高时，天然酯绝缘油对水分的溶解度较大，水分以溶解水的形态存在，对击穿电压的影响较小。当温度缓慢降低时，天然酯绝缘油对水分的溶解度逐渐减小，溶于天然酯绝缘油中的水分会慢慢析出形成小液滴。由于水分子是极性分子，会在电场作用下拉长形成椭球液滴，这种极性椭球液滴的存在会导致局部电场畸变，同时促进导电小桥的建立，当这种小桥形成贯穿的导电通道时，会明显减小天然酯绝缘油的击穿电压。因此，在降温过程中，水分析出，绝缘油的击穿电压逐渐减小，但当温度下降到一定程度时，析出的水分液滴会逐渐转化为微小冰晶的形态，这种冰晶结构不像液滴一样易受电场影响且不易导电，致使“水桥”作用消失，而且随着重力作用可能向下沉积，与矿物绝缘油的情况相近[14]。同时温度的进一步降低，使天然酯绝缘油的黏度增大，致使击穿电压增大，这是由于绝缘油的黏度增大，与之相关的杂质离子活动能力减弱，阻碍了杂质小桥的形成，因而整体击穿电压呈现出随温度继续降低而逐渐增大的现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]天然酯绝缘油变压器技术发展及应用概况[J]. 蔡胜伟,李华强,黄芝强,王东,王大玮,陈程. 绝缘材料. 2019(11)
[2]植物油纸绝缘及其变压器的研究进展与老化机理分析[J]. 童伟,徐良铸,王莹,罗运柏,童旋,颜久娟,王伟清,豆卫刚. 绝缘材料. 2019(02)
[3]复合电压作用下变压器油的低温击穿特性[J]. 郭冲,池明赫,陈庆国,张金烽,高自伟. 高电压技术. 2019(02)
[4]高寒条件下变压器油击穿特性试验[J]. 徐征宇,程涣超,汪可,遇心如,赵晓宇,李光范. 高电压技术. 2015(04)
[5]植物绝缘油及其应用研究关键问题分析与展望[J]. 李剑,姚舒瀚,杜斌,姚伟. 高电压技术. 2015(02)
[6]低温环境下变压器油纸复合绝缘材料受潮击穿特性研究[J]. 赵冲,李忠华,郑欢. 变压器. 2013(09)
博士论文
[1]植物绝缘油中特征气体及油纸吸湿特性与纳米粒子分散稳定性研究[D]. 张召涛.重庆大学 2012
[2]水分对油纸绝缘热老化及寿命的影响与热老化程度表征研究[D]. 孙会刚.重庆大学 2011
[3]植物绝缘油理化及电气性能的研究[D]. 李晓虎.重庆大学 2006
硕士论文
[1]植物绝缘油电击穿特性及其化学组分变化研究[D]. 沈显锋.重庆大学 2017
[2]低温下变压器油绝缘特性研究[D]. 高明.中国电力科学研究院 2011
本文编号：3544632
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