油和紙是充油電氣設(shè)備的主要絕緣材料，油中氣體的產(chǎn)生機理與材料的性能和各種因素有關(guān)。
    一、變壓器油劣化及產(chǎn)氣
    變壓器油是由天然石油經(jīng)過蒸餾、精煉而獲得的一種礦物油。它是由各種碳氫化合物所組成的混合物，其中，碳、氫兩元素占其全部重量95%～99%，其他為硫、氮、氧及極少量金屬元素等。石油基碳氫化合物有環(huán)烷烴(C_nH_2n)、烷烴(C_nH_2n+2)、芳香烴(C_nH_2n-m)以及其他一些成分。表1-1列出了部分國產(chǎn)變壓器油的成分分析結(jié)果。

 環(huán)烷烴具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和介電穩(wěn)定性，黏度隨溫度的變化小。芳香烴化學(xué)穩(wěn)定性和介電穩(wěn)定性也較好，在電場作用下不析出氣體，而且能吸收氣體。變壓器油中芳香烴含量高，則油的吸氣性強，反之則吸氣性差。但芳香烴在電弧作用下生成碳粒較多，又會降低油的電氣性能；芳香烴易燃，且隨其含量增加，油的比重和黏度增大，凝固點升高。環(huán)烷烴中的石蠟烴具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和易使油凝固，在電場作用下易發(fā)生電離而析出氣體，并形成樹枝狀的X臘，影響油的導(dǎo)熱性。
    變壓器油在運行中因受溫度、電場、氧氣及水分和銅、鐵等材料的催化作用，發(fā)生氧化、裂解與碳化等反應(yīng)，生成某些氧化產(chǎn)物及其縮合物(油泥)，產(chǎn)生氫及低分子烴類氣體和固體X臘等。
    總之，在熱、電、氧的作用下，變壓器油的劣化過程以游離基鏈式反應(yīng)進行，反應(yīng)速率隨著溫度的上升而增加。氧和水分的存在及其含量高低對反應(yīng)影響很大，銅和鐵等金屬也起觸媒作用使反應(yīng)加速，老化后所生成的酸和H₂O及油泥等危及油的絕緣特性。經(jīng)過精煉的變壓器油中不含低分子烴類氣體，但變壓器油在運行中受到高溫作用將分解產(chǎn)生二氧化碳、低分子烴類氣體和氫氣等。
    綜上所述，變壓器油是由許多不同分子量的碳氫化合物分子組成的混合物，分子中含有CH₃*,CH₂*和CH*化學(xué)基團，并由C─C鍵鍵合在一起。由于電或熱故障的原因，可以使某些C─H鍵和C─C鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳氫化合物的自由基，這些氫原子或自由基通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等，也可能生成碳的固體顆粒及碳氫聚合物(X臘)。在故障初期，所形成的氣體溶解于油中；當故障能量較大時，也可能聚集成游離氣體。油碳化生成碳粒的溫度在500-800℃，碳的固體顆粒及碳氫聚合物可沉積在設(shè)備的內(nèi)部。低能量放電性故障，如局部放電通過離子反應(yīng)促使最弱的鍵C─H鍵(338kJ/mol)的形成重新化合成烴類氣體，依次需要越來越高的溫度和越來越多的能量。
    乙烯雖然在較低的溫度時也有少量生成，但主要是在高于甲烷和乙烷的溫度即大約為500℃下生成。乙炔一般在800-1200℃的溫度下生成，而且當溫度降低時，反應(yīng)迅速被抑制，作為重新化合物的穩(wěn)定產(chǎn)物而積累。因此，雖然在較低的溫度下(低于800℃)也會有少量乙炔生成，但大量乙炔是在電弧的弧道中產(chǎn)生。此外，油在起氧化反應(yīng)時，伴隨生成少量CO和CO₂，并且CO和CO₂能長期積累，成為數(shù)量顯著的特征氣體。
    二、固體絕緣材料的分解及氣體
    油紙絕緣包括絕緣紙、絕緣紙板等，它們的主要成分是纖維素。纖維素熱分解的氣體組分主要是CO和CO₂。聚合物裂解的有效溫度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同時，生成大量的CO和CO₂及少量烴類氣體和呋喃化合物，同時油被氧化。CO和CO₂的生成不僅隨溫度升高而加快，而且隨油中氧的含量和紙的濕度增大而增加。