Трансформаторное масло (стр. 26 )

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%).