电气绝缘用国内外二甲基硅油性能对比的机制分析

引言 硅油用作高等级变压器合成绝缘油,除了具有优良的电绝缘性能外,还具有燃点高、凝固点低、粘度随温度变化很小等优点[1]。相对于矿物变压器油,硅油变压器油具有以下比较优势:①优异的热安定性,其闪点和燃点约为矿物变压器油的2倍,难以着火;自燃温度高达360℃
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 引言
  硅油用作高等级变压器合成绝缘油,除了具有优良的电绝缘性能外,还具有燃点高、凝固点低、粘度随温度变化很小等优点[1]。相对于矿物变压器油,硅油变压器油具有以下比较优势:①优异的热安定性,其闪点和燃点约为矿物变压器油的2倍,难以着火;自燃温度高达360℃,且具有自熄灭性能;硅油可燃性较低,燃烧热仅为矿物变压器油的一半,且热释放率也很低[2-3]。②硅油惰性极强,具有很好的抗氧化性能。③硅油几乎无毒,环保性能优异,不会污染环境[4]。
  我国首次在CRH2系列高速动车组牵引变压器上使用硅油作为绝缘介质,采用的是某进口二甲基硅油,硅油牌号为KF96D-50CS,但考虑进口原材料综合应用成本较高,有必要对其实施国产化。
  本文采用 本文由WwW. lw54.com提供,毕业论文 网专业代写教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务,欢迎光临lw54.com横向对比方法对国内自主合成生产某型号为KI50Si的二甲基硅油与进口二甲基硅油(以下简称硅油)的常规理化和电气性能、粘度-温度特性、挥发分以及氧化安定性等进行了试验研究。
  1.试验
  1.1原材料技术指标
  KI50Si和KF96D-50CS硅油常规理化与电气性能对比(见表1)
  表1
  指标名称技术指标
  IEC60836KF96D-50CSKI50Si试验标准
  外观无色透明无色透明无色透明目测
  密度(20℃)g/cm30.955~0.9700.96400.9649ISO 3675
  运动粘度,mm2/s(40℃)40±437.2837.32ISO 3104
  闪点(开口),℃≥240312333ISO 2592
  燃点,℃≥340344365ISO 2592
  折光率,20℃1.404±0.0021.4041.404ISO 5661
  倾点,℃<-50-62-66ISO 3016
  总酸值,mgKOH/g≤0.010.0080.009IEC60836
  水含量,%≤501520IEC 60814
  击穿电压(2.5mm),KV≥406562IEC 60156
  体积电阻率(90℃)Ω.m>10112.82×10122.89×1012IEC 60247
  介电常数(90℃)2.55±0.052.5272.529IEC 60247
  介质损耗因数(90℃)≤0.0010.000220.00011IEC 60247
  1.2 粘度-温度特性
  按ISO 3104,检测硅油在-40℃、-20℃、0℃、25℃、40℃、60℃、80℃、100℃、125℃、150℃时的运动粘度,识别硅油运动粘度随温度变化特性。
  1.3 挥发性
  按ASTM D4559,分别在150℃和180℃下处理24h后检测硅油的低分子挥发性物质的含量。
  1.4 氧化热稳定性
  按IEC 61125方法进行试验,对硅油取样,重量为25g(±0.1g),硅油中放入铜片,置于180℃(±1℃)处理500h。试验结束后,测试硅油运动粘度(40℃)、介质损耗变化(90℃)及酸值变化。
  1.5 无氧热稳定性
  模拟变压器运行硅油的实际工况(密闭、无氧、热),硅油试样(750ml)中放入铜丝充氮气保护置于180℃下处理336h,老化后测试硅油运动粘度(40℃)、介质损耗(90℃)、击穿电压和酸值的变化。
  2.试验结果与分析
  2.1 粘度-温度特性
  硅油不仅是电气绝缘介质,同时也是变压器线圈的冷却剂。硅油的运动粘度对冷却效果尤为重要[6],两种硅油在-40℃、-20℃、0℃、25℃、40℃、60℃、80℃、100℃、125℃、150℃时的运动粘度变化曲线见图2,由图可见,两种硅油的运动粘度-温度特性相当,且粘度随温度变化小,特别适合像牵引变压器这种油品粘度指数要求高的使用场合。
  图1 硅油运动粘度随温度变化曲线
  2.2 挥发性
  挥发性表征硅油内部低分子物质的含量,挥发份的含量直接影响硅油的闪点,表征产品的精馏水平。从表2数据可见,国产KI50Si硅油挥发份含量更低。
  表2 挥发份含量
  处理温度KF96D-50CSKI50Si
  150℃0.120.06
  180℃0.380.06
  2.3 氧化热稳定性
  氧化热稳定性是评价变压器用绝缘油的抗老化能力的重要指标。两种硅油180℃下处理500h后性能指标见表3。
  (1)粘度:两种硅油老化后的运动粘度比老化前均略有增长,且增长水平相当,其诱因是硅油在高温时被空气氧化,Si-C键断裂,引起硅油分子间的交联。
  (2)介质损耗:经过180℃、500h老化后,KF96D-50CS和KI50Si硅油的介质损耗与老化前相比均有较大增长,处于10-3数量级同级水平。
  (3)酸值:两种硅油老化后酸值均有增长,且增长水平相当。
  以上结果表明,两种硅油的氧化热稳定性水平相当。  表3 180℃下老化500h后两种硅油的性能对比
  检测项点KF96D-50CSKI50Si
  运动粘度
  (40℃),mm2/s试验前37.2837.32
  试验后38.3638.23
  变化率+2.89%+2.44%
  介质损耗
  (90℃)试验前0.022%0.011%
  试验后0.39%0.47%
  总酸值,mgKOH/g试验前0.0080.009
  试验后0.050.04
  2.4无氧热稳定性
  无氧热稳定性试验模拟变压器运行硅油的实际工况(密闭、无氧、热),体现产品使用稳定性,两种硅油充氮气保护置于180℃下处理336h,试验前后性能指标见表4。在无氧环境下,硅油受热裂解使粘度略有降低;老化后介质损耗因数有所增加,都为10-4级;老化后两种硅油的酸值都略有增长;老化后两种硅油击穿电压水平相当。
  以上结果表明,两种硅油均具有良好的无氧热稳定性。
  表4 无氧180℃老化336h后两种硅油性能对比
  检测项点KF96D-50CSKI50Si
  运动粘度(40℃),mm2/s试验前37.2837.32
  试验后37.2237.25
  变化率-0.16%-0.18%
  介质损耗(90℃)试验前0.022%0.011%
  试验后0.06%0.04%
  总酸值,mgKOH/g试验前0.0080.009
  试验后0.0090.01
  击穿电压(2.5mm),KV试验后6061
  3.结论 本文由WwW. lw54.com提供,毕业论文 网专业代写教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务,欢迎光临lw54.com
  通过对硅油常规性能、粘度-温度特性、热挥发性、氧化稳定性和无氧热稳定性的检测与分析,结果表明国产KI50Si电气绝缘用硅油具有与国际上有成熟应用业绩的KF96D-50CS硅油产品相当的综合性能。KI50Si硅油具有本土化(成本)技术优势,可以取代进口用于牵引变压器领域,并向高安全性的硅油变压器领域推广。
  参考文献
  [1]蒋国柱,赵玉贞等.高燃点变压器油的性能与应用[J].合成润滑材料,2010(02)
  [2]韩进贤,孙挚.硅油与矿物油用作变压器油的性能比较[J].有机硅材料,2000(05)
  [3]应百川.硅油变压器[J].变压器,1988(04)

  
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