【正文】 和絕緣紙厚度三種因素的情況下，水分在油紙之間達(dá)到平衡的時(shí)間與溫度的關(guān)系曲線。 圖14 水分在油紙之間分布的平衡時(shí)間和溫度的關(guān)系經(jīng)過上面我們對變壓器油紙水分分布的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)情況的分析，我們可以得到關(guān)于影響變壓器固體絕緣老化時(shí)間的兩大決定性因素――溫度和水分之間的幾點(diǎn)結(jié)論：a． 溫度增加，水分從固體絕緣中脫離，進(jìn)入變壓器油中，絕緣紙中水分減少；溫度降低，變壓器油中水分的溶解度降低，水分從變壓器油中向絕緣紙中移動(dòng)，絕緣紙含水率增加。b． 溫度越高，水分動(dòng)態(tài)分布的過程越短，達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡的速度越快。c． 溫度和水分對變壓器固體絕緣老化的影響出現(xiàn)了背離的情況。溫度升高，將造成絕緣老化加快，但此時(shí)絕緣紙中的水分減少了，這又將減緩固體絕緣老化的速度；溫度降低，將減緩絕緣老化的速度，但此時(shí)固體絕緣中水分增加，這又將增快變壓器固體絕緣的老化速度。這一背離情況將是本文主要的討論對象。 水分影響纖維素老化的微觀分析大量的文獻(xiàn)均討論過水分對纖維素老化的影響。但很少有涉及微觀層面的分析。本章將對水分影響纖維素老化的問題進(jìn)行微觀層面的分析。和其它大分子材料一樣，絕緣紙中的纖維素分子也存在晶區(qū)和非晶區(qū)，其中約70%的纖維素處于晶區(qū)之中,其余30%為無定型部分。纖維素的晶粒較小，分布較分散且不規(guī)則。晶區(qū)纖維素分子排列緊密，水分很難進(jìn)入。水分更多的是進(jìn)入非晶區(qū)，因此纖維素的老化一般是由非晶區(qū)開始的。參照圖1所示的纖維素分子結(jié)構(gòu)圖，我們可以看到纖維素的分子主要由葡萄糖分子借1配糖鍵至4配糖鍵連結(jié)起來的大分子鏈接而成。這種化學(xué)鍵在高溫水及酸性環(huán)境的影響下非常容易斷裂。而運(yùn)行中的變壓器中恰恰這兩種環(huán)境都存在。水分對纖維的老化的影響與氫鍵的形成和破壞有著密切的關(guān)系。氫鍵為氫原子與鄰近的電負(fù)性較大的原子( F、Cl 、O、S、N 等) 之間所產(chǎn)生的一種強(qiáng)的非鍵作用,大小介于成鍵與非鍵作用之間, ，和其它化學(xué)鍵比如糖苷鍵一起保證了纖維素和絕緣紙的穩(wěn)定性。葡萄糖分子環(huán)上還有三個(gè)獨(dú)立的羥基（OH）存在。羥基化學(xué)性質(zhì)活躍，當(dāng)水分進(jìn)入纖維素結(jié)構(gòu)后，水中的氫原子會(huì)和葡萄糖分子環(huán)上與羥基中的氧原子形成氫鍵。這些新的氫鍵即存在與纖維素分子鏈內(nèi)也會(huì)存在纖維素分子鏈間。相對而言糖苷鍵中的氧原子與水中氫原子結(jié)合的較少。由于葡萄糖4位置上的羥基（OH）已形成環(huán)內(nèi)氫鍵，因此水分的氫原子與這個(gè)位置的氧原子結(jié)合的也不是很多。這種氫鍵產(chǎn)生的位置最多發(fā)生在3號和6號位置的羥基。由于這些水分子的氫原子和羥基中的氧原子間新形成的氫鍵，必然會(huì)替代某些纖維素分子鏈內(nèi)和鏈間的部分氫鍵。因此，纖維素原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)必然會(huì)遭到一定的破壞。這也是水分對纖維老化影響的一個(gè)主要原因。當(dāng)然這也僅是水分對纖維素老化影響的一個(gè)方面而已。上面我們分析的是水分進(jìn)入纖維素的過程，我們有理由假設(shè)水分離開纖維素的過程也將是加速纖維素老化的重要因素和環(huán)節(jié)。氫鍵的結(jié)合能是2—8千卡（Kcal），氫鍵的鍵能一般在42kJmol1以下，比共價(jià)鍵的鍵能小得多，而與分子間力更為接近些，因此氫鍵的形成和破壞所需的活化能較小。再考慮變壓器運(yùn)行過程中，纖維素所處環(huán)境溫度相對較高，因此在水分脫離纖維素的過程中，氫鍵當(dāng)然會(huì)發(fā)生斷裂。而且這種斷裂應(yīng)該是較普遍的發(fā)生的。這種斷裂的發(fā)生必然進(jìn)一步對纖維素結(jié)果的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。如前面在纖維素和變壓器油中的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)分布部分所討論的那樣，隨著溫度的變化水分在纖維素和變壓器油中將不斷轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)。這個(gè)過程就是水分進(jìn)入和脫離變壓器絕緣紙的過程。由于運(yùn)行中的變壓器隨著環(huán)境溫度、符合情況等因素的變化，變壓器內(nèi)部的溫度會(huì)發(fā)生變化，因此也必然會(huì)有水分進(jìn)出纖維素的過程發(fā)生。 水分脫離纖維素過程加速纖維素老化機(jī)理的試驗(yàn)驗(yàn)證水分對纖維素老化的影響被很多文獻(xiàn)所探討過，但關(guān)于水分脫離纖維素的過程也會(huì)加速纖維素老化的問題卻未見討論。本節(jié)將針對這一假設(shè)專門設(shè)計(jì)一次試驗(yàn)，力爭通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出支持這一假設(shè)的論據(jù)。試驗(yàn)的相關(guān)情況如下：本次試驗(yàn)選用普通的皺紋絕緣紙和克拉瑪依產(chǎn)25號變壓器油。為了模擬變壓器的實(shí)際情況，變壓器油與絕緣紙的質(zhì)量比選擇為10：1。絕緣紙進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠扑橐约铀倮匣^程。因?yàn)楸敬卧囼?yàn)主要是考慮水分對纖維素老化的影響，因此試品的含水率考慮可以盡量的大些。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，我們將試驗(yàn)樣品在濕潤環(huán)境中充分暴露，一是為了使試品充分吸收水分，二是為了保證水分在變壓器油和絕緣紙中達(dá)到均勻穩(wěn)定的分布。樣品封裝前最終測定變壓器油中水分含量為15μg/L，其時(shí)環(huán)境溫度15度，對比Oommen 油紙水分平衡曲線，絕緣紙中水分含量約為6%。b. 老化情況的檢驗(yàn) 根據(jù)前章關(guān)于纖維素老化程度的檢驗(yàn)方法的討論，本次試驗(yàn)采用糠醛濃度作為纖維素老化程度的標(biāo)志性參數(shù)。由于試驗(yàn)用變壓器油為新品，因此認(rèn)為其中不含有糠醛。對于試驗(yàn)樣品，我們用高效液相色譜儀對試品變壓器油中的糠醛含量進(jìn)行檢測。如前所述，變壓器用絕緣紙一般都是A級絕緣材料，在變壓器的正常運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，其老化現(xiàn)象非常不明顯。要達(dá)到一定的老化程度，需要很長的時(shí)間。因此本次試驗(yàn)還是要選擇較高的試驗(yàn)溫度。，因此試驗(yàn)溫度也不可選擇抬高。綜上，最終選擇試驗(yàn)溫度為120攝氏度。d．試驗(yàn)儀器選擇 電子天平： AE100(瑞士梅特勒) 分度值（） 微水測試儀：CA06(日本三菱) 靈敏度（） 液相色譜儀：LC9A(日本島津) e．試驗(yàn)過程 由于本次試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)水分脫離纖維素的過程對纖維素老化的加速影響，因此我們寄希望水分會(huì)多次發(fā)生進(jìn)出纖維素的過程。在120攝氏度的試驗(yàn)溫度下，水分將會(huì)蒸發(fā)，這是本次試驗(yàn)所不能接受的，因此試驗(yàn)中裝盛試驗(yàn)樣本的容器應(yīng)該是密封的。然而，由于在高溫下變壓器油有較大的膨脹系數(shù)，因此我們專門設(shè)計(jì)了專用的試驗(yàn)容器，如圖14所示。這一密封容器的關(guān)鍵在于采用了波紋管作為容器的器身。容器上端用法蘭和膠墊進(jìn)行密封。這樣的容器即保證了良好的密封性又可以滿足變壓器油在高溫下的膨脹要求。圖14 試驗(yàn)用專用容器為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論的重復(fù)性，我們將試驗(yàn)樣品分成兩組分別為A1/A2，B1/B2，經(jīng)過一定的試驗(yàn)時(shí)間每組樣品間進(jìn)行糠醛濃度的對比。試驗(yàn)過程中，我們4組樣品置于恒溫箱內(nèi)加熱到120攝氏度。然后停止加熱，取出標(biāo)號為2的兩組樣品，置于冷水中進(jìn)行快速冷卻，冷卻時(shí)間30分鐘。同時(shí)標(biāo)號為1的兩組樣品仍置于恒溫箱內(nèi)。冷卻結(jié)束后，將標(biāo)號為2的樣品再次置于恒溫箱內(nèi)，同標(biāo)號為1的樣品同時(shí)加熱。這樣的冷卻過程每5小時(shí)進(jìn)行一次。這樣的過程用來模擬運(yùn)行中的變壓器溫度變化情況。試驗(yàn)進(jìn)行100小時(shí)后，取出A1/A2組樣品；試驗(yàn)進(jìn)行200小時(shí)后，取出B1/B2組樣品。利用高效液相色譜儀進(jìn)行糠醛濃度檢測。參考文獻(xiàn)：[1] Richard . 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