谈阿伦尼乌斯方程在干式变压器负载导则中的应用.pdf

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1、第46卷第1期Vol．46No．12009年1月TRANSFORMERJanuary2009专题综述谈阿伦尼乌斯方程在干式变压器负载导则中的应用刘四维，刘燕（顺特电气有限公司，广东佛山528300）－1式中k———视在反应速率，s1前言－1A———碰撞频率因子，s随着干式变压器的应用领域不断朝着更深更广Ea———阿伦尼乌斯反应活化能，J／mol的方向发展，人们对其运行寿命越来越关心。早在R———气体常数，R＝8．314J／（K·mol）1987年IEC就发布了IEC905:1987《干式电力变压T———反应温度（用热力学温标），K器负载导则》。据此我国于

2、1998年发布了相应的国因为分子碰撞的理论和活化能的概念得以推家标准GB／T17211－1998《干式电力变压器负载导广，该方程的应用也拓宽了许多，例如,用于计算水则》，该国标等效采用了IEC905:1987《干式电力变的气液相变平衡点等。压器负载导则》（以下称IEC905）及其第一号修改该方程的应用也是有条件的。在温度范围不太单（1991年）。2005年IEC又提出了新的《干式电力宽时，阿伦尼乌斯方程适用于基元反应和许多总包变压器负载导则》的草案，即IEC60076－12Ed1:反应。一般假定Ea与温度和时间无关，即反应的机《Powertransfor

3、mers－Part12:Loadingguidefordry－制不随温度和反应的程度变化而改变。typepowertransformers》（以下称IEC60076－12），3方程在干式变压器负载导则中的应用供各个国家委员会讨论。IEC60076－12与IEC905形式上和内容上差阿伦尼乌斯方程在干式变压器负载导则中的应别很大。在文件中增加了较多绝缘老化方面的内容，用主要与老化问题有关。在干式变压器中各种损耗还专门增加了附录A介绍有关高分子材料热老化都会转化为热能，热能会使干式变压器的绕组升温。的基本知识和用阿伦尼乌斯方程（Arrhenius′equa-

4、而绕组中的绝缘材料多为高分子材料，在热和氧气tion）处理试验数据的方法。以下笔者谈一谈对阿伦等外界因子的作用之下，它们的分子链会断裂，即发尼乌斯方程的认识。生裂解，这是一个不可逆的吸热过程(endothermicprocess)。材料分子结构的这种变化会表现为材料的2阿伦尼乌斯方程重要性能，如机械强度、介电强度、抗热冲击能力和阿伦尼乌斯方程（有时也称为阿伦尼乌斯法则）密蔽性能等下降，而且是不可恢复的,这就是所谓的是瑞典化学家阿伦尼乌斯（1859～1927，SvanteAu-老化过程。gustArrhenius，因创立电离理论而获1903年度诺因为老化的

5、根源是材料的分子裂解，所以老化贝尔化学奖）于1889年提出的。当时为了研究化学的速率也就取决于分子裂解反应的反应速率。这也反应的反应速率，他提出活化分子和活化热等概念使得阿伦尼乌斯方程成为处理老化问题的有利武以及分子碰撞理论，从而导出了化学反应速率公式，器。下面对公式（2）做一个变形：即阿伦尼乌斯方程。1令h＝，则有：k该方程有多种形式，常用的有以下两种，其中公式1为指数式，公式2为对数式：lnh＝－lnA＋Ea（3）R·TEak＝A·exp(－)（1）h是反应速率k的倒数，它的单位是时间。其可R·T以解释为材料由状态甲老化到状态乙所需要的时Ealnk＝

6、－＋lnA（2）R·T间，而材料的状态可以用材料的性能来表征。这样就第1期刘四维、刘燕：谈阿伦尼乌斯方程在干式变压器负载导则中的应用15通过阿伦尼乌斯方程把时间和温度联系起来。由公外推而得出。我们常说的绝缘材料的耐热等级就与式(3)可知老化时间的对数值与相应的热力学温标这个指标有关。的倒数值所呈现的线性关系，而阿伦尼乌斯方程的4．1．2半寿命温差(HI)最大意义在于：可以在较高温度下做试验，并测出相HI是指寿命回归方程中温度指数所对应的寿应的老化时间，再通过最小二乘法作线性回归得到命减半所相应升高的温度值。当用摄氏温标表示时一个直线方程，用这个方程可以外

7、推得到较低温度为HIC，而用热力学温标表示时为HIK。HIC和HIK下的老化时间或较长老化时间相对应的温度，使得在数值上是一样的，通过式（3）可以推出：加速老化试验有了意义。在做绝缘材料的加速老化R·ln22HIC≈（TI＋273）（4）试验时，可以选择材料某一性能指标经老化后的绝Ea4．1．3耐热概貌（TEP）对值或相对保持率作为材料失效的终点判据，这样TEP是由温度指数和半寿命温差或由两个不同就确定了试验前后的状态，由此得出一组时间／温度规定时间的温度指数组成。它既表明了热耐受温度数据，经数据处理得出的回归方程被称作寿命回归也表明了热耐受能力随温度变

8、化的情况。方程或老化规律。应该强调的是选择不同的判据得4．2应注意的问题出的寿命