Трансформаторное масло (стр. 8 )

2. Испытания образцов 1—16 производились при +40°C, образцов 16—26 при +60° С.

5-5. ПРИСАДКИ, ПОВЫШАЮЩИЕ ГАЗОСТОЙКОСТЬ МАСЕЛ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Для повышения газостойкости масла в зависимости от условий эксплуатации применяются различные присадки.

При действии поля высокой напряженности, например в кабелях, на дегазированное масло (в газовой среде поля нет) в результате явления электрострикции выделяются микропузырьки. Для «поглощения» маслом этих пузырьков необходимо с самого начала процесса низкомолекулярные радикалы Н, СН3 и др. развивающие процессы образования газов превратить в жидкие неактивные свободные радикалы или молекулы. Для этой цели можно использовать [Л. 5-55]:

а)высокомолекулярные радикалы;

б)вещества, образующие неактивные радикалы большого молекулярного веса.

Показана эффективность действия высокомолекулярных радикалов, некоторых перекисей, хинонов, азобензола, динитрофенола, дибензоила и других веществ. В этих условиях ароматические углеводороды практически не повышают газостойкость.

В тех условиях, когда поле меньшей напряженности действует как на масло, так и на газовую среду, указанные выше присадки не оказывают действия. Это можно понять, если учесть, что при наличии относительно большого объема газового пространства скорость образования низкомолекулярных радикалов значительно превышает скорость реакции взаимодействия их с такого рода присадками. В этих условиях активно повышают газостойкость масел ароматические углеводороды и в первую очередь низшие гомологи бензольного ряда.

По мнению большинства исследователей, действие присадок связано с расходом водорода на их гидрирование.

В работе [Л. 5-76] испытана эффективность действия 25 различных присадок, в основном ароматических углеводородов. Показано, что бензол и толуол весьма активно понижают газовыделение масел. Тетралин также повышает газостойкость, но в большой концентрации. То же относится к этилбензолу, ксилолу, нафталину и метил-нафталину.

В [Л. 5-41] в других условиях (макет конденсатора) также показано, что бензол, будучи добавлен к трансформаторному маслу, снижает газовыделение сильнее, чем толуол, этилбензол и нафталин.

Изучение в приборе Пирелли в среде водорода при 85° С газостойкости 37 индивидуальных ароматических углеводородов, выкипающих при температурах в пределах ПО—435° С, показало, что для производных бензола характерно минимальное газовыделение. В гомологах ряда нафталина, а также полифенилах газовыделение соответственно больше [Л. 5-77]. Имеются указания [Л. 5-78], что добавление к маловязкому изоляционному маслу 10% третичного бутилбензола, триизопропилбензола или смеси алкилбензолов благоприятно сказывается на снижении скорости газовыделения.

В [Л. 5-79] .продукт алкилирования бензола тетрамером пропилена предложен в качестве присадки, повышающей газостойкость масел.

В [Л. 5-71] описано исследование влияния концентрации ароматических углеводородов (производных бензола) на газостойкость белого деароматизированного масла в принятых условиях испытания (см. рис. 5-18).

Все исследованные добавки (бензол, толуол, этилбензол, изопропилбензол и др.) в небольшой концентрации резко повышают газостойкость белого масла, превращая его из выделяющего газа в поглощающий.

Из характерных кривых зависимости газостойкости бинарной смеси (белое масло — ароматический углеводород) от концентрации компонентов (рис. 5-18) видно, что для каждого ароматического углеводорода имеется своя оптимальная концентрация, при которой способность добавки увеличивать газостойкость масла проявляется в максимальной степени. Этот максимальный эффект проявляется соответственно при добавлении около 0,5% бензола, 4% толуола или 5% этилбензол а. Следовательно, с увеличением молекулярного веса таких добавок потребное количество их повышается.

Снижение молекулярного веса добавки ведет одновременно к абсолютному повышению газостойкости масла. При добавлении оптимального количества бензола масло поглотило 4 мл водорода, с толуолом — около 3,3 мл и с этилбензолом — около 3,1 мл.

Показано, что фракция 160—180° бензина платформинга в количестве 1% эффективно повышает газостойкость масел; при этом наблюдается значительно меньшее снижение температуры вспышки, чем при добавлении бензола и толуола.

Увеличение концентрации добавки свыше оптимальной существенно снижает эффективность ее действия. Совершенно неожиданно бензол в чистом виде не поглощает газ, а выделяет его в количестве даже большем, чем белое деароматизированное масло. В то же время опыты по испытанию паров бензола в отсутствие жидкой фазы показали, что в этих же условиях при 20 и 40° С пары бензола под воздействием поля поглощают 1водород (насыщение реак­ционной камеры парами бензола достигалось заранее путем проду­вания водорода через дрексель, заполненный бензолом, при температуре опыта).

Эти факты не могут быть полностью объяснены гипотезой, по которой механизм действия летучих ароматических углеводородов сводится к гидрированию их имеющимся и образующимся водородом, поскольку сам бензол в чистом виде (в обычных условиях опыта и при наличии жидкой фазы) выделяет, а не поглощает газы. В связи с этим представлялось интересным в обычных принятых условиях изучить зависимость газостойкость индивидуальных ароматических углеводородов в более широком интервале температур (рис. 5-19).

Рис. 5-18. Влияние ароматических углеводородов на газостойкость белого - масла.

1— бензол; 2 — толуол; 3 — этилбензол.

Оказалось, что все исследованные углеводороды выше какой-то характерной для каждого из них температуры выделяют газ, причем с повышением температуры кипения углеводорода возрастает эта критическая температура (36° С для бензола, 45° С для толуола и 60° С для этилбензола). При одной и той же температуре наименьшей газостойкостью обладает бензол, наибольшей (из испытанных) —этилбензол.

Рис. 5-19. Зависимость газостойкости ароматических углеводородов от температуры опыта (среда — водород; напряжение 10 кв).

1 — бензол; 2 — толуол; 3— этилбензол

Рис. 5-20. Зависимость газостойкости ароматических углеводородов от давления их насыщенных паров (среда — водород; напряжение 10 кв).

1 — бензол; 2 — толуол; 3 — этилбензол.

Возникает вопрос: не является ли причиной различной газостойкости ароматических углеводородов и их воздействия на белое масло упругость их паров, т. е. не определяется ли газостойкость этих летучих углеводородов количеством молекул в единице объема ионизируемого газового пространства. На рис. 5-20 представлена зависимость газостойкости этих углеводородов от упругости паров (при одинаковой температуре). Если кривые этой зависимости для толуола и этилбензола весьма близки, то кривая для бензола находится на другом, более высоком (по упругости паров) уровне.

Следовательно, при одной и той же температуре наименьшей газостойкостью обладает бензол, а при одной и той же упругости паров, наоборот, наиболее газостойким является бензол. Не имеется прямой связи между упругостью паров и газостойкостью испытанных ароматических углеводородов и их способностью повышать газостойкость масел.

При проведении этих опытов был отмечен интересный, с нашей точки зрения, факт. После снятия напряжения с прибора для определения газостойкости (через 100 мин после начала опыта) объем газа уменьшается, достигая постоянного значения через определенный промежуток времени, обычно через 30 мин.

Оказалось, что это уменьшение объема после снятия напряжения различно для разных углеводородов. На рис. 5-21 и 5-22 показано это уменьшение объема газа для бензола, толуола и этилбензола при различных температурах или упругостях паров. При одинаковой температуре опыта или одной и той же упругости паров максимальное уменьшение объема газа после снятия напряжения имеет место у бензола, минимальное — у этилбензола. Более того, при одном и том же количестве выделившегося газа (при разных упругостях паров и температурах опыта) сохраняется та же закономерность. Укажем, что абсолютная величина уменьшения объема газа достаточно велика, в особенности для бензола. Это выражается следующими цифрами в опытах при 40°С (за 100 мин):

Указанное различное уменьшение объема газа после снятия напряжения можно объяснять (различной концентрацией в газах веществ, способных легко полимеризогааться или конденсироваться в отсутствие поля. Исходя из этой позиции, таких веществ больше всего образуется в опытах с бензолом. В связи с этим, а также для выяснения механизма реакций, протекающих при коронном разряде, и действия присадок исследовался состав образующегося газа (табл. 5-10).

Рис. 5-21. Уменьшение объема газа после снятия напряжения в зависимости от температуры.

1 — бензол; 2 — толуол; 3 — этил-бензол.

Рис. 5-22. Уменьшение объема газа после снятия напряжения в зависимости от давления их насыщенных паров.

1— бензол; 2 — толуол; 3 — этил бензол.

Газостойкость
Наименование углеводорода	Выделилось газа, мл	Поглотилось газа, мл	Уменьшение объема газа после снятия напряжения
Бензол	1,48	_	0,78
Толуол	—	—	0,26
Этилбензол	—	1,01	0,19
Бутилбензол	—	2,18	0,10

Таблица 5-10

Состав газа, образующегося при определении газостойкости масел и присадок (условия опыта: напряжение 10 кв, температура 40° С, продолжительность 100 мин)

Характеристика жидкой и газовой фаз	Газостойкость: выделилось (+), поглотилось (-) газа, мл	Уменьшение объема, после снятия напряжения, мл	Состав газа, % объемн.
Водород	Метан	Этан	Этилен	Ацетилен	Пропан
Масло деароматизированное—водород	+ 1,08	0,14	98,2	1,3	0,4		0,01	0,06
Масло—азот	+1,40	0,16	4,1	0,85	0,31	—	—	0,06
Бензол—водород	+ 1,48	0,78	98,97	0,12	0,03	0,07	0,83	—
Бензол—азот	+1,96	0,64	3,5	—	—	0,02	0,73	—
Масло+0,5% бензола—водород	—4,0	0,14	97,92	1,63	0,29		0,01	0,08
Маслр+0,5% бензола—азот	+0,56	0,12	4,2	0,85	—		—	—

Наибольший интерес представляют результаты опытов с бензолом как в среде азота, так и в среде водорода. В опыте с азотом основными газообразными продуктами реакций являются водород, ацетилен и немного этилена. Практически отсутствуют метан, этан и пропан. Исходя из этого состава газов, можно предположить следующие реакции:

а)образования водорода в результате конденсации бензола

б)образования ацетилена за счет разложения бензола

Реакции (1) и (2) идут с выделением газа. Израсходованные пары бензола (реакция, по-видимому, идет в основном, в тазовой фазе над жидкостью и в пузырях «кипящей» жидкости) восполняются до равновесного состояния из жидкой фазы.

Возможность реакции азота с маслом показана в работе [Л. 5-46]. Эти реакции ведут к уменьшению объема газа.

Наличие этилена в составе газа можно объяснить гидрированием ацетилена образующимся водородом (по-видимому, молекулярным). Атомарный водород может также частично участвовать в гидрировании ацетилена. Концентрация водорода в газе невелика (3,5%), поэтому этана практически не образуется.

В среде азота наблюдается максимальное уменьшение объема газа после снятия напряжения (0,64 мл), что можно объяснить реакциями полимеризации ацетилена имеющими цепной радикальный механизм [Л. 5-80, 5-81]..

При воздействии разряда на бензол в среде водорода образуются, кроме газов, выделяемых в среде азота (Н2, С2Н4, C2H2), также метан и этан.

Кроме реакций, рассмотренных выше, вследствие большой концентрации молекулярного и атомарного водорода возможны реакции гидрирования непредельных углеводородов с образованием этилена и этана (4)

Реакции конденсации (1) и разложения (2) идут с выделением газа. Реакции полимеризации (3) ведут к уменьшению объема газа, однако они могут осуществляться только за счет продуктов разложения (ацетилен и др.) и, следовательно, в целом процесс может идти только с выделением газа.

Реакция гидрирования (4) идет с расходом водорода. При гидрировании ацетилена из 3 молей газа образуется лишь 1 моль газа.

Если C1 + C2>C4, то процесс происходит с выделением газа (высокая температура опыта);

Если C1 + C2<C4, то процесс происходит с поглощением газа (низкая температура), где С — скорости соответствующих реакций.

При низкой температуре и, следовательно, малой концентрации бензола в парах практически беспрепятственно текут реакции разложения бензола до ацетилена (2) и гидрирования последнего (4). Израсходованный в парах бензол возобновляется до равновесия из жидкой фазы. Все это проявляется в поглощении газа. Реакции конденсации (1) и полимеризации (3) ограничены по скорости вследствие малой концентрации реагирующих веществ.

Указанное дает ключ к объяснению действия в качестве присадок бензола и его гомологов, проявляющих себя в максимальной степени в оптимальной, относительно небольшой концентрации. Основное действие их сводится к тому, что образующийся при разложении ацетилен и другие непредельные углеводороды гидрируются водородом с уменьшением объема газа.

Когда присадки дается чрезмерно много, концентрация ее в парах велика: превалируют реакции конденсации с выделением водорода (1) и разложения с образованием не-предельных углеводородов (2) и процесс идет с выделением газа.

В случае оптимальной концентрации присадки упругость ее паров невелика, превалируют реакции разложения присадки и гидрирования образующихся из нее непредельных углеводородов, в первую очередь ацетилена, и процесс идет с поглощением газа.

Отсюда становится понятной особая активность бензола: он обладает относительно высокой упругостью паров и поэтому эффективен в малой концентрации; при разложении он дает наибольшее количество ацетилена — продукта, требующего для гидрирования максимального количества водорода.

Из предложенного механизма ясно, что оптимальная концентрация присадки, повышающей газостойкость масла, определяется не только составом масла и присадки, но и условиями эксплуатации — напряженностью поля, температурой и др.

Таким образом, масло газостойкое в электрическом поле можно получить:

а)подбором сырья и применением оптимальной очистки (оно должно содержать относительно большое количество масляных ароматических углеводородов определенного состава, обеспечивающее высокую газостойкость масла);

б)добавлением к высокоочищенному маслу присадок (ароматические углеводороды бензольного ряда), повышающих его газостойкость.

5-6. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ТРАНСФОРМАТОРНОЕ МАСЛО РАЗРЯДОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

С воздействием на трансформаторное масло разрядов высокого напряжения или дуги приходится встречаться при работе масляных выключателей, контакторов устройств для переключения трансформаторов под нагрузкой, а также в случае аварийных режимов, которые могут иметь место при эксплуатации маслонаполненного оборудования высокого напряжения (кратковременный пробой, более или менее длительное горение дуги и т. д.). Рассмотрим поведение трансформаторных масел в таких условиях.

Электрическая дуга, возникающая в масле, как известно, представляет собой один из видов газового разряда. Она отличается высокой температурой, большой плотностью тока и сравнительно низким падением напряжения. По данным [Л. 5-82] для дуги в масле, т. е. для газового пузыря, образованного продуктами разложения масла, величина напряжения на единицу длины дугового столба составляет 50—100 в/см. Принципиально для гашения дуги надо создать условия интенсивной деионизации промежутка. При этом проводимость дуги падает, что приводит к ее погасанию. После погасания дуги пространство между электродами должно быстро восстанавливать свои изоляционные свойства, чтобы не произошло пробоя промежутка и повторного зажигания дуги.

При горении в масле дуги в нем образуются продукты глубокого разложения углеводородов. Прежде всего — это газы, большинство которых может образовывать с воздухом горючие и взрывоопасные смеси. В [Л. 5-83] приводятся следующие данные по составу газа, образующегося при работе масляных выключателей (табл. 5-11).

Кроме газа, в результате разложения масла образуются низкокипящие жидкие углеводороды. Эти продукты, а также газ, выделяющийся при горении дуги в масле, частично в нем растворенный, приводят к снижению температуры вспышки масла, например со 145 до 50— 80° С [Л. 5-83].

Образование газа при эксплуатации трансформаторов может происходить также в результате разрушения электроизоляционных материалов под действием локального выделения тепла, дуги, частичных разрядов и т. п.

Таблица 5-11

Состав газа, выделяющегося при работе масляных выключателей [Л. 5-83]

Наименование газа	Количество, % (объемных)	Температура самовоспламенения, °С (при 1 am) в воздухе*	Пределы горючести в смеси с. воздухом (в объемных процентах газа в смеси) при 1 am и 23° С*	Процентное содержание газа в смеси с воздухом (при нормаль-ных условиях), которое дает мак-симальную скорость распростра-нения пламени**
Водород	70	510	4,0—75,2	38,5
Ацетилен	10—25	336	2,5—80,0	10,0
Метан	3—10	695	5,0—15,0	9,8
Этилен	2—3 Следы	540 —	2,7—28,6 —	6,5 —
Высшие олефины

* По данным [Л. 5-84]. ** По данным [Л. 5-85]-

В этих случаях, если трансформатор оборудован газовым реле, последнее срабатывает за счет повышения давления и отключает связанные с ним выключатели. Поскольку повышение давления в газовом реле может также происходить по другим причинам, например за счет проникновения в трансформатор воздуха или выделения его из масла, важно знать состав газа.

Наличие в пробе газа из реле водорода, ненасыщенных углеводородов, метана и этана указывает на развитие повреждений внутри трансформатора.

Своевременное отключение и устранение дефекта в ряде случаев позволяют предотвратить аварию трансформатора. В [Л. 5-86] приведено несколько примеров, подтверждающих это положение.

Для практики весьма важно на основании данных о составе газа из газового реле составить себе представление о характере повреждений внутри трансформатора. Известно, что при термических воздействиях (за счет высоких локальных температур) происходит разложение масла с образованием водорода и ряда углеводородных газов. Исследование этого процесса в лабораторных условиях с использованием медных контактов с прослойкой бумаги, нагреваемых током [Л. 5-87], показало, что до температуры +325° С газовыделение из масла происходит медленно. С повышением температуры до +480 и далее +525° С скорость образования таза быстро нарастает. По мере роста температуры возрастает концентрация водорода в общем количестве газа, а за счет деструкции бумаги образуются углекислый газ и окись углерода. При воздействии на масло электрических разрядов состав газа будет иным. Так, при коронном разряде в масле в составе газа содержится 86—93% водорода, 2,2—4,5% метана, 0,9—11,7% этилена, 2,3—5,5% ацетилена. В этих условиях количество выделяющегося газа составляет 0,2—0,5 мл на 1 квт* сек энергии короны.

Газ, образующийся при горении в масле дуги, содержит 53—93% водорода, 0,5—23% метана, 0,1—7% этилена, 14—28% аце­тилена. С увеличением тока дуги концентрация водорода снижается и увеличивается выход этилена и метана. Количество газов, образующихся в таких условиях, составляет 21—104 мл на 1 квт•сек энергии дуги. В [Л. 5-88] образование газа оценивается величиной 50—60 мл на 1 квт•сек.

В результате электролитических процессов, связанных с воздействием постоянного напряжения, образуются водород и кислород. Наконец, при термическом разложении целлюлозы при температуре + 200° С происходит образование воды, углекислого газа, окиси углерода. При более высоких температурах из целлюлозы могут выделяться небольшие количества уксусной кислоты (1,4%), ацетона (0,1%),метана (0,3%), этилена (0,2%).

При оценке состава газа из реле трансформатора следует учитывать растворимость газа при прохождении его через слой масла.

Сопоставление большого числа наблюдений за составом газа, взятого из газовых реле, поврежденных при эксплуатации трансформаторов, с данными по составу газа, выделяющегося в моделях с искусственно созданными повреждениями (табл. 5-12), позволило установить определенные закономерности.

Так, в [Л. 5-89, 5-90] показано, что при повреждениях, связанных только с разложением масла (перегревы магнитопровода, контактов), содержание водорода в газе доходит до 50—65%. Если процесс распространяется на твердую изоляцию (при перегревах обмотки или витковых замыканиях), содержание водорода в газе уменьшается. По мере развития повреждения количество кислорода в газе все время падает.

В [Л. 5-87, 5-91, 5-92] приводятся данные о том, что преобладание в составе газа водорода и ацетилена при относительно низком содержании метана, этана и других углеводородных газов свидетельствует о горении дуги в масле без разложения твердой изоляции. Значительная концентрация этилена и других углеводородов при умеренном количестве водорода указывает и а перегрев голых шин и контактов магнитопровода под действием больших токов. Наличие в смеси газов напряду с водородом и углеводородами углекислого газа и окиси углерода указывает на то, что (Повреждение сопровождается разложением целлюлозных материалов.

Приведенные данные - свидетельствуют о том, что всякое повреждение токоведущих частей трансформатора, а также возникновение сильных местных перегревов вызывают выделение газа определенного состава. На основании анализа газа повреждения трансформатора могут быть выявлены задолго до момента возникновения серьезных аварий (табл. 5-13). Для этого важно в полевых условиях быстро оценить степень горючести газов из реле. Широко применяемые в лабораторной практике установки для газового анализа сложны и ими можно пользоваться лишь в стационарных условиях.

Таблица 5-12

Состав газа, выделяющегося из масла в моделях герметичных трансформаторов при искусственно созданных повреждениях[Л. 5-93]

Наименование газа	Состав газа при различных видах аварий
Дуга в масле или разряд с остроконечного электрода на границе масло-газ	Образование местных перегревов, перегрев проводов и соединений	Тепловое или электрическое разрушение
Фенольных смол	Пропитанного маслом прессшпана	Прессшпана из сульфатной целлюлозы	Изоляции проводов из манильских волокон	Изоляции проводов из сульфатной целлюлозы
Водород	100	89	33	19	11	42	45
Метан	2	100	77	21	17	37	19
Ацетилен	23	2	2	4	4		1
Этилен	3	100	4	4	4	—	—
Окись углерода	—	—	83	59	48	—	64
Этан	—	12	9	9	13	26	8
Кислород	27	42	34	9	15	42	—
Метанол	—	—	3	—	—	—	—
Аргон	8	8	3	7	9	21	5
Пропилен	—	13	2	6	7	И	4
Пропан	—	—	—	20	22	—	3
Углекислый газ	4	2	100	100	100	100	100
Бутилен	—	—	2	3	4	—	—

Примечание. Наибольшее содержание того или иного газа в пробе принято за 100 (азот не учитывался).

Таблица 5-13

Состав проб газа из герметичных трансформаторов при различных повреждениях [Л. 5-91]

Наименование газа	Состав газа, выделяющегося при работе силовых трансформаторов мощностью ( в % от общего объема).
	125 Мва	50 Мва	9 Мва	15 Мва
Метан	0,14	0,12	0,69	0,84
Этан	—	0,06	0,15	0,09
Этилен	0,05	0,02	0,47	0,30
Ацетилен	0,41	0,09	0,01	0,01
Пропан	—	—	—	0,01
Пропилен	—	—	0,10	0,09
Бутан	—	0,06	0,04	—
Водород	4,60	1,36	0,17	0,65
Окись углерода	—	0,08	—	0,09
Кислород	0,05	—	—	0,07
Углекислый газ	0,22	0,05	0,06	0,33
Аргон	0,19	0,50	0,10	0,12
Азот	94,33	89,27	96,20	97,40
Характер повреждений, выявленных при осмотре	Искрение между зажимом катушки и заземленной деталью. В промежутке между деталями горела дуга	В камере переключающего устройства обгорание деталей из гетинакса	Перегрев шпилек	Местный нагрев, затрагивающий твердую изоляцию

В [Л. 5-86] описан полевой метод качественного определения ненасыщенных углеводородов в газе из реле. Для этого газ пропускают через стеклянную трубку, наполненную силикагелем, предварительно обработанную марганцовокислым калием (рис. 5-23). Изменение цвета индикатора от пурпурного к коричневому указывает на присутствие ненасыщенных углеводородов. Для этого испытания достаточно 60 мл газа. Метод довольно чувствителен. Положительный результат получается уже через 1 мин при содержании в газовой смеси 0,1% ненасыщенных компонентов.

Для определения наличия горючих газов в смеси можно использовать приборы, действие которых основано на принципе уравновешенного моста сопротивления, реагирующего на изменения количества тепла, выделяемого при сгорании газов различного состава [Л. 5-86, 5-92, 5-94, 5-95].

Как уже упоминалось, выделение газа из масла происходит и при нормальной Ра-боте некоторых высоковольтных аппаратов, таких, как масляные выключатели и контакторы устройств для регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). При конструировании этой аппаратуры, так же как и при ее эксплуатации, важно знать закономерность разложения масла.

Объем газа, образующегося при горении дуги в масле, зависит от ее энергии [Л. 5-88]. Эта величина не связана с химическим составом масла. Например, объем газа, выделяющегося из ароматической фракции трансформаторного масла, практически не отличался от объема газа из нафтеновой фракции (рис. 5-24). Расчет энергии дуги производят на основании снятия осциллограммы дугового разряда (рис. 5-25).

Рис. 5-23. Полевой прибор для определения горючести газа из реле трансформатора [Л. 5-86].

1 — стеклянная труба, заплавленная с концов; 2 — уплотнение из стеклоткани; 3 — силикагель; 4 — силикагель, обработанный марганцовокислым калием (индикатор).

Рис. 5-24. Зависимость объема газа, выделяющегося при горении дуги из различных фракций трансформаторного масла, от энергии дуги (Л. 5-88].

— нафтеновая фракция; — ароматическая фракция

(среднее значение объема газа равно 55 мл/кдж; среднее отклонение 7,2 мл/кдж максимальное отклонение 15 мл/кдж; среднеквадратичное отклонение 9,4 мл/кдж).

Под влиянием дуги происходят глубокие структурные изменения масла, обусловливающие выделение газа и одновременно увеличение молекулярного веса и вязкости (табл. 5-14) масла. В большей степени эти изменения затрагивают ароматическую часть масла, а в меньшей — нафтеновую.

Рис. 5-25. Осциллограммы дугового разряда в нафтеновой фракции трансформаторного масла [Л. 5-88].

1 - мощность дуги, вт; 2 — ток; 3 — мгновенные значения напряжения дуги.

Характерно, что под действием дуги в ароматической фракции масла образуется примерно в 3 раза больше углерода в расчете на 1 кдж, чем в нафтеновой фракции. Точно оценить количественное соотношение между энергией дуги и количеством твердых продуктов разложения довольно сложно.

Для расчетных целей в [Л. 5-96] рекомендуется весьма приближенная квадратичная зависимость количества продуктов разложения масла от тока дуги (с введением коэффициента надежности 1,5). В предложенной формуле не учитывается влияние напряжения. Интересно, что не удалось обнаружить разницы в поведении ингибированных и неингибированных масел под действием дуги. Отмечается, что в таких условиях сам ингибитор подвергается разложению [Л. 5-88].

Основной реакцией любых углеводородов при дуговом электрическом разряде следует считать деструктивное разложение (крекинг) с выделением углерода, водорода и углеводородных газов и жидких продуктов разложения. Наиболее вероятными вторичными реакциями для нафтеновых углеводородов являются дегидрирование и частичный отрыв боковых цепей. Возможны раскрытие незначительной части колец, а также конденсация их.

Для ароматической фракции масла в качестве вторичных реакций наиболее характерна конденсация с выделением водорода и снижением длины боковых цепей [Л. 5-88]. Подробные данные о химических превращениях углеводородов под действием разрядов приведены в [Л. 5-43].

Таблица 5-14

Изменения нафтеновых и ароматических фракций трансформаторного масла под действием дуги [Л. 5-88]

Наименование хроматографических фракций	Показатели
Молекулярный вес	Индекс вязкости	Число нафтеновых колец	Содержание ароматических углеводородов, %
Нафтеновая фракция	267	84	1,92	0
То же после воздействия дуги (энергия дуги 5,4 кдж)	274	86	1,97	3,3
Ароматическая фракция	253	7,5	1,19	85
То же после воздействия дуги (энергия дуги 1,4 кдж)	270		1,23	85

В контакторах устройств для регулирования напряжения под нагрузкой трансформаторов с увеличением количества переключений резко падает электрическая прочность масла, снижается температура вспышки его, растет количество осадка. Преобладающую часть осадка составляют продукты глубокого уплотнения углеводородов масла и лишь небольшая часть приходится на долю минеральных примесей. В состав последних входят металлы, образующиеся при износе контактов переключателя (табл. 5-15).

Незначительное увеличение кислотности масла, зафиксированное после окончания испытаний, свидетельствует, что накопление осадка в масле происходит главные образом за счет термического разложения масла (крекинга его) в зоне горения дуги. В этих условиях роль окислительных процессов углеводородов, по-видимому, незначительна.

Данные относительно износа контактов в зависимости от мощности отключения приводятся в [Л. 5-96]. Поддержание необходимой электрической прочности масла контактора устройства РПН трансформаторов, не говоря уже о масляных выключателях, имеет важное значение.

В Taбл. 5-16 показано, что электрическая прочность масла в масляных выключателях снижается до минимально допускаемых по нормам значений уже после 8— 10 отключений тока короткого замыкания.

Таблица 5-15