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變壓器中實際存在的各種氣體的濃
圖1、絕緣油之碳氫化合物的分解反應機構
度比率，可判讀變壓器中油的『熱
歷史』，進而推估任何過去或潛在
H H 的故障。例如乙炔的存在，表示在
Oil H C C R 變壓器的油中發生過高溫或電弧故
H H
障，而甲烷的存在，表示發生過較
Fault 1: Partial Discharge 低的能量釋放，例如電或熱故障。
(Corona)
IEEE.C57104-2008已經將變壓器
Fault H (H 2) 的內部行為與熱力學模型的預測連
Gases Hydrogen
結起來，以下列3類故障型態進行
Fault 2: Thermal Fault 說明。
H
H (H 2) H (CH 4) 溫度故障(Thermal faults)
Hydrogen H Methane
H 礦物油從150℃到500℃的分解，
H C (C 2H 6) H C (C 2H 4) 產生大量的低分子量氣體(氫氣與
H
H Ethane Ethylene
甲烷)以及少量的高分子量氣體(乙
Fault 3: Arcing
烯與乙烷)，然而當溫度升高到較
資料來源：翰霖公司網站 H (H 2) H (C 2H 2) 高溫度時，氫濃度超過甲烷。而油
http://www.hamlintek.com/index.htm Hydrogen Acelylene
與纖維素(來源－絕緣紙)和其他固
體絕緣材料在正常工作溫度下的熱
分解，將產生一氧化碳、二氧化碳
圖2、絕緣油氣體組成與溫度關係圖
和水蒸氣。
從上述行為說明，CO 2 /CO的比例
有時用作絕緣紙熱分解的指標。這
5
個比例數值通常超過7。且CO 2 和
CO的相應值應該是超過5000ppm
3
LOG Concentration (Partial Pressure) N/M 2 -1 1 低。這可能表示絕緣紙發生異常。
和500ppm以提高正確性，隨著
CO的數值上升，CO 2 /CO的比例降

電氣故障－低強度放電(Electrical
faults—Low intensity discharges)

-3
放電和非常低水平的間歇性放電行
H 2
為，主要產生氫氣、甲烷和少量乙
CH 4 參考 圖2 ，低強度放電，例如局部
-5 C 2H 2 炔。隨著放電強度的增加，乙炔和
C 2H 4
C 2H 6 乙烯濃度則顯著上升。
-7
1725 1225 725 225
Temperature °C 電氣故障－高強度電弧(Electrical
資料來源：IEEE.C57104-2008
faults—High intensity arcing)
參考 圖2，隨著放電強度達到電
弧放電或連續放電產生700°C至
1800 ° C高溫，乙炔的量變為明
氫化合物的分解反應式，從反應式 破『碳－氫鍵(C-H)和碳－碳鍵(C- 顯。
可看出不同的能量型態與反應會形 C)』，活性氫原子再與碳氫化合物 圖3為IEEE.C57104-2008所建議油
成不同的氣體。 進行合成反應。從 圖2可看出僅在 中氣體追蹤流程圖，其中建議各氣
接近1000℃的溫度下乙炔(C 2 H 4 )形 體標準如下：氫：270ppm、氧：
另外，由於變壓器所使用之礦物油
成才變得明顯，因此從油品採樣分 (無建議值)、氮：(無建議值)、甲
是許多不同烴分子和分解的混合 析內部的氣體組成與比例可看出目 烷：190ppm、乙烷：4ppm、乙
物，高溫或放電形成的能量會打 前油浸式變壓器的健康狀態。 烯：17ppm、乙炔：5ppm、一氧

FACILITY JOURNAL JUNE 2019 9