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。
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
①变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。
②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。
③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。
④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。
碳原子的原子核中有6个正电荷，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。
高纯氮气压缩机
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个第钟罩阀6个，没有配对，同向各自旋转。
2.4 稳定结构
隔离式洗衣机
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：CH3—CH3，可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=CH2
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-[CH2]n-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 C1~C4 常温下是气体；
汽油 C5~C12 馏程40~200℃；
煤油 C11~C16 馏程200~270℃；
柴油 C15~C18 馏程270~340℃；
润滑油 C18~C24 馏程340~400℃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18~24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 GB2536-1990
IEC60296:2003 GB2536-2005
5.2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 60296∶2003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”（uninhibited）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εr（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εr（米千克秒制）倍。
说明绝缘材料在电场下的极化特性。（乙醇的εr为25.7；水的为81.5）。
作为绝缘材料，εr不能太大，作为储能元件的电容器，εr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1013Ωcm；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 265 | 局域表面等离子体共振mm2/s | ≦12 |
粘度（-30℃）(1) | GB/T 265 | mm2/s | 深度水产≦1800 |
倾点(1) | GB/T 3535 | ℃ | ≦-40 |
水含量 | IEC 60814 | mg/kg | ≦30(2)/40（3） |
击穿电压 | GB/T 507 | kV | ≧30/70(4) |
密度（20℃） | GB/T 1884rj45防水接头或ISO 12185 | g/mL | ≦0.895 |
介质损耗因数（90℃） | GB/T 5654或IEC 61620 | —— | ≦0.005 |
2精炼/稳定性 |
外观 | —— | —— | 清澈透明，无沉淀物和悬浮物 |
酸度 | IEC 62021-1 | mgKOH/g | ≦0.01 |
表面张力 | GB/T 6541 | mN/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 | 0.08～0.40 |
2-呋喃甲醛含量 | IEC 61198 | mg/kg | ≦0.1 |
3 运行性能 |
| | | | |
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