Трансформаторное масло (стр. 22 )

Таблица 5-6

Наименование прибора	Внутренний электрод	Внешний электрод	Предмет измерения	Характер разряда
Материал	Диаметр, мм	Внутренний диаметр, мм	Проводник
Pirelli ВРМ—Shell	Сталь	2,5	13,0	Фольга	Давление и объем	Коронный
TRC-1954	Нержавеющая сталь	3,2 или 1,58	15,0	Вода	Объем при постоянном давлении	Полукоронный
Dussek	Платина	1,73	10,0	Вода	Объем и давление	То же
Evers	Стекло	9,0	15,0	Вода	Давление и объем	Тихий
BICC	Стекло или металл	10,0	14,0	Вода	Объем при постоянном давлении	То же

Расчет максимальной напряженности поля в приборах различных конструкций дан в табл. 5-7 [Л. 5-62].

Все указанные методы широко используются для испытания газостойкости кабельных и конденсаторных, а в последнее время и трансформаторных масел.

Таблица 5-7

Конструкция прибора	Максимальная напряженность, кв/см
в газовой среде	в масле
Типа Dussek (электрод из платины)	70	64
Типа TRC (1954 г.)	40	—
Типа BICC:
стеклянный электрод	58	48
медный электрод	65	60

Наиболее распространены в настоящее время методы фирм Dullek [Л. 5-59] и BICC (Britisich Insulated Callen-ders, Cables, Ltd, Лондон) [Л. 5-72]. В первом осуществ­ляется полукоронный, а во втором тихий разряд.

Плотность тока и неравномерность поля выше при полукоронном разряде. Поэтому влияние электрического поля здесь проявляется сильнее. Кроме того, сильное вспенивание масла при полукоронном разряде и пронизывание пены масла электрическими разрядами приводят к большему участию жидкой фазы, т. е. масла в реакциях, осуществляемых под влиянием поля.

Можно предположить, что в промышленных электрических аппаратах в зависимости от конструкции и условий эксплуатации в газовых пузырях могут превалировать как тихие, так и полукоронные и коронные разряды. По-видимому, это явилось причиной использования двух типов приборов. Во всех методах опыты ведутся при давлении, близком к атмосферному, в качестве газовой фазы, как правило, используется водород, а иногда азот и воздух.

Различие в методах испытания, принятое исследователями, и недостаточная характеристика ими испытуемых масел затрудняют сравнение и, следовательно, обобщение материала.

В работах [Л. 5-22, 5-55] изучалось воздействие на дегазированное при остаточном давлении 10-5— 10-6 мм рт. ст. бесцветное медицинское масло (Primol-D) электростатического поля напряженностью 130 кв/см. Прибор, используемый в этих работах, изображен на рис. 5-8 и 5-9. Опыты велись при комнатной температуре в течение 72 ч с использованием оригинальных плоских алюминиевых электродов.

Масс-спектральным анализом определялся состав газов и по спектрам в ультрафиолетовой области (230—350 ммк) — изменение состава масла. Было показано, что газ на 88—90% состоит из водорода и содержит, кроме того, около 3% метана и 1,5% этана, 2% этилена, 2,5% ацетилена и газообразные углеводороды с тремя и четырьмя углеродными атомами. На электродах и стеклянной пластинке между ними были обнаружены твердые воскообразные отложения, нерастворимые в обычных органических растворителях и имеющие ненасыщенный характер. Таким образом, действие на масло электрического поля высокой напряженности вызвало протекание сложных реакций разложения и уплотнения с образованием гаммы продуктов, начиная с водорода и легких газообразных продуктов насыщенного и ненасыщенного характера и кончая твердыми высокомолекулярными соединениями полимерного типа.

Рис. 5-8. Аппаратура для изучения газовыделения электроизоляционных масел в вакууме под влиянием электрического поля [Л. 5-22].

1 — рабочая часть прибора; 2 — электроды (алюминиевые): 3 — стеклянная пластинка; 4 — резервуар для предварительной дегазации масла с электрообогревом; 5 — карман для термометра; 6 — капиллярная трубка для перетекания масла из сосуда 4 в сосуд 1; 7 — сосуд для отбора проб газа для масс-спектрометрического анализа; 8 — калибровочный сосуд; 9 — диффузионный парортутный высоко-вакуумный насос; 10—к форвакуумному насосу; 11 — ртутный U-образный манометр; 12 и 13 — к компрессионным манометрам (типа Мак Леода) для различных областей давления.

Причиной газообразования авторы считают развитие ионизационных процессов в первичных газовых пузырьках, образующихся в результате электрострикции (изменение объема под воздействием поля) за счет остаточного растворенного в масле газа.

Нами для исследования газостойкости масел был выбран несколько измененный прибор типа прибора Беннета [Л. 5-59] (рис. 5-10 и 5-11); при этом мы исходили из следующих соображений: полукоронный разряд активнее воздействует на масла, чем тихий; при использовании прибора Беннета наблюдаются постоянная скорость выделения или поглощения газа маслом, хорошая воспроизводимость получаемых результатов и удовлетворительная дифференциация масел по газостойкости.

Рис. 5-10. Прибор типа Беннета в собранном виде для определения газостойкости масел в электрическом поле.

1 — платиновый электрод; 2 — реакционная камера; 3— муфта с водным раствором хлористого кальция; 4 — заземленный электрод; 5 — кран для удаления масла из реакционной камеры; 6— манометрическая бюретка с краном; 7 — соединение, связывающее реакционную камеру с газовым баллоном.

Рис. 5-11. Детали прибора для определения газостойкости масел в электрическом поле.

А — реакционная камера; Б — манометрическая бюретка; В — запорная склянка; Г — соединение прибора с газовым баллоном.

Результаты испытаний водорода, азота, кислорода, воздуха углекислого газа, пропана, ацетилена и паров воды в атмосфере водорода приведены на рис. 5-12. В ряде газов под воздействием поля наблюдается существенное изменение объема в течение первых 30— 50 мин, после чего наступает стабилизация. Исключение составляют воздух, пропан, ацетилен и пары воды.

В воздухе наряду с реакциями, характерными для чистых газов азота и кислорода (диссоциация, ионизация молекулярная и диссоциативная, образование озона) имеет место образование окислов азота [Л. 5-43], что проявляется в необратимом уменьшении объема газа.

Некоторое небольшое конечное уменьшение объема кислорода объясняется, по-видимому, наличием в нем около 0,3% неудаляемого азота. Объяснение в [Л. 5-56] уменьшения объема воздуха под воздействием поля только образованием озона является в свете этих данных недостаточным.

В соответствии с полученными данными наличие в водороде или азоте примесей газообразных метановых углеводородов и углекислоты приводит к увеличению объема газа, а кислорода (воздуха), паров воды и в особенности непредельных углеводородов (ацетилена) — к уменьшению его.

Рис. 5-12. Поведение газов в электрическом поле

(первые 100 мин под воздействием электрического поля, последующие 30 мин — без поля).

Основное внимание исследователей привлекали изучение действия внешних факторов (состав газовой среды, напряжение, температура, частота тока и др.) на газостойкость масел, влияния на это свойство их химического состава, а также подбор присадок, повышающих газостойкость масел [Л. 5-23, 5-62—5-64]. Некоторые работы посвящены изучению реакций, протекающих под влиянием поля и химического механизма действия присадок [Л. 5-55, 5-56, 5-62].

Влияние напряженности поля и температуры. По данным [Л. 5-23] скорость газовыделения (газопоглощения) линейно возрастает с увеличением рабочего напряжения, начиная с минимального значения, ниже которого не происходит изменения давления газа, и повышением температуры (рис. 5-13).

В опытах [Л. 5-56] не найдено было строгой зависимости между газостойкостью масла в среде водорода и с напряженностью электрического поля, а температурой испытания.

Рис. 5-13. Влияние напряжения (а) и температуры (б) на скорость газовыделения из трансформаторного масла в приборе типа (показанного на рис. 5-8).

1 — кривая получена при диаметре электрода высокого напряжения 0,16 см 2 — кривая получена при диаметре электрода 0,079 см; S — изменение давления масляного столба 100 мин.

Напомним, что в [Л. 5-55] установлена экспоненциальная зависимость скорости газовыделения от напряженности поля.

В работах [Л. 5-23, 5-62] установлено, что с ростом температуры (в интервале 20—100° С) скорость газовыделения растет по линейному закону, хотя в [Л. 5-56] такой зависимости не найдено.

В наших опытах [Л. 5-65] при проверке влияния напряженности электрического поля на газообразование де-ароматизированного белого масла (в среде водорода при температуре 40° С) также наблюдалась экспоненциальная зависимость газовыделения от напряженности поля (см. рис. 5-14). В этих же условиях ароматизированные масла (гидроочищенное из сернистых нефтей и кислотно-щелочной очистки из анастасиевской нефти) ведут себя иначе. При повышении напряжения до 10 кв (расчетная максимальная напряженность электрического поля при этом напряжении на поверхности платинового электрода по формуле, приведенной в [Л. 5-62], равна 74 кв/см) возрастает газопоглощение, а при дальнейшем повышении напряжения ароматизированные масла подобно деароматизированному выделяют газ (рис. 5-14). Отсюда следует, что при напряженности поля выше критического для данных условий любое нефтяное масло выделяет газ. Позже к этому заключению пришли в работе [Л. 5-66]. Это объясняется, видимо, тем, что при повышении напряженности поля объем газообразных продуктов, образующихся в результате реакций диссоциации с разрывом ковалентных связей С-С и С-Н становится больше, чем уменьшение объема газа за счет реакций гидрирования и полимеризации.