Температура окисления оказывает определяющее влияние на скорость и направление окислительных реакций. Нагревостойкость трансформатора и, следовательно, срок его службы прежде всего определяются способностью масла противостоять окислительному старению с изменением физико-химических и электроизоляционных показателей при повышении температуры его, т. е. при повышении нагрузки трансформатора при заданной конструкции.
Поэтому весьма важно установить связь между температурой и скоростью окисления масла. Обычно эта зависимость условно выражается температурным коэффициентом скорости окисления, определяющим, во сколько раз увеличится скорость окисления при повышении температуры на 10 °С.
Этот коэффициент не постоянен, а зависит от выбранного температурного интервала, состава масла, условий окисления и параметра, характеризующего степень (скорость) окисления (количество поглощенного кислорода, индукционный период окисления, выход летучих кислот, кислотное число, осадок и др.). Найдено, что для различных углеводородов и различных температурных пределов окисления коэффициент увеличения скорости окисления при изменении температуры на 10 °С изменяется в пределах 1,3—2,3.
| Температурные пределы, в которых осуществлялось окисление, °С | Температурный коэффициент окисления |
Гексадекан | 130—150 | 2,3 |
Цис -декалин | 110—130 | 1,9 |
1-метил-4-изопропилбензол | 110—130 | 2,2 |
1-метилнафталин | 170—190 | 1,7 |
Температурный коэффициент масел также близок к 2. По нашим данным он выше у нафтеновых углеводородов масла (1,8—1,9) и ниже у ароматических углеводородов (1,4 для тяжелой ароматики).
Изучение окисления трансформаторного масла в тонком слое при температурах от —50 до +100°С показало, что окисление имеет место при самых низких температурах, с повышением температуры оно ускоряется.
Отношение кислотного числа окисленного масла к массовому содержанию перекиси возрастает с повышением температуры (рисунок 1).
1 — содержание перекиси; 2 — кислотное число, мг КОН на 1 г масла
Рисунок 1 - Влияние температуры на характер окисления трансформаторного масла
При низких температурах накапливаются первичные продукты окисления — перекиси, при более высоких — вторичные продукты превращения перекисей — спирты и кислоты, наконец, при высоких — продукты диссоциативного окисления, в том числе вода, СО и СО2 и др.
При повышении температуры окисления (в пределах 130—160 °С) легких масел типа трансформаторного изменяется выход отдельных групп кислот, при этом в образующихся при окислении масла осадках все больше накапливаются нерастворимые в масле продукты глубокой окислительной конденсации.
С точки зрения цепного механизма окисления ускорение окисления углеводородов при высоких температурах можно отнести в основном за счет увеличения скорости реакций зарождения цепей (0) и распада гидроперекисей (3) с вырожденным разветвлением, при этом температурные коэффициенты этих реакций у различных углеводородов различаются.
Кроме того, последующие сложные, последовательные и параллельные текущие реакции окислительного старения протекают у масел различного состава с разной скоростью. Поэтому составы конечных продуктов окисления различных масел при том же количестве поглощенного кислорода различаются.
Так, при одной степени окисления (по количеству поглощенного кислорода) повышение температуры вызывает у насыщенных углеводородов масла увеличение выхода летучих кислот, а у ароматических — осадка, продуктов глубокого уплотнения.
Влияние температуры на состав конечных продуктов окисления является одной из причин несоответствия между результатами окисления масел отдельными лабораторными методами и в эксплуатации, температурные условия которых значительно отличаются друг от друга.
Поскольку максимально допустимая рабочая температура масла в силовом трансформаторе установлена равной + 95°С, то наиболее объективные данные могут быть получены при использовании такого лабораторного метода, в котором температура окисления масла не превышает 95 °С.