Трансформаторное масло (стр. 28 )

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

Изменения качества масла при работе его в контакторе устройства РПН трансформатора

Показатели масла
Число переключений	Температура вспышки (закрытый сосуд 0С)	Пробивное напряжение, кв действ зазор, мм	Количество осадка, % (в расчете на масло)	Состав осадка, % (в расчете на масло)
Органическая часть	Минеральная часть	Состав минеральной части, % (в расчете на масло)
Вольфрам	Медь
0	143	32	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
5 000		19	0,12	0,09	0,03	0,004	0,015
10 000	132		0,39	0,33	0,06	0,017	0,035
13 000		17	2,42	2,29	0,13	0,023	0,073
20 000	132	14	1,80	1,7	0,10	0,014	0,097
30 000	130	13	1,30	1,23	0,07	0,019	0,073

Таблица 5-16

Изменения электрической прочности масла при эксплуатации. масляного выключателя ВМП-35

Количество отключений короткого замыкания	Пробивное напряжение в стандартном разряднике,
0	45,0
1	36,0
3	37,0
10	24,2
Более 20	16,6

В маломасляных выключателях в силу особенностей их конструкции допустимое число отключений тока короткого замыкания значительно больше, чем в масляных выключателях с большим объемом масла (ВМ-35 и аналогичные им).

Данные, приведенные в табл. 5-17, показывают, что после 80 отключений электрическая прочность масла снижается на 50%, а после 100 отключений — на 60— 70%.

Таблица 5-17

Изменения электрической прочности масла при работе маломасляного выключателя [Л. 5-97]

Число отключений	Ток отключения, а	Пробивное напряжение масла (); в разных частях выключателя
0	0	50
80	13 000	30—25
100	11 000	22—14

Накопление проводящих частиц осадка на изоляционных деталях даже при нормальных условиях работы аппаратуры может послужить. причиной возникновения скользящих разрядов, а при перенапряжениях привести к сплошному перекрытию. В связи с этим важно, в первую очередь для контакторов устройств РПН трансформаторов, замедлить образование осадка в массле. Это может быть достигнуто, с одной стороны, применением в них специальных масел, с другой — рациональным ограничением тока дуги и продолжительности ее горения. Последнее обеспечивается конструкцией аппаратуры.

Однако на практике приходится довольно часто менять масло в контакторах устройств РПН трансформаторов, что связано с временным выведением последних из эксплуатации и приводит к значительным экономическим потерям.

В связи с этим целесообразно оборудовать контакторы РПН устройством, которое будет периодически включаться в работу и поддерживать электрическую прочность масла на требуемом уровне. Схема такого устройства, предложенная одним из авторов, приведена на рис. 5-26. В этом случае смену масла в контакторе РПН можно производить по меньшей мере не чаще, чем при очередной ревизии контактов или смене их. Экономическая целесообразность такой модернизации очевидна. Аналогичными устройствами могут быть оборудованы и некоторые масляные выключатели, для режима работы которых характерны частые выключения (например, фидерные выключатели на электрифицированных железных дорогах).

Рис. 5-26. Устройство для поддержания электрической прочности масла в контакторах РПН трансформаторов на требуемом уровне.

1 — бак трансформатора; 2— бак контактора РПН; 3— шестеренчатый масляный насос с электроприводом, который включается автоматически после заданного числа отключений; 4 —сменный фильтр для очистки масла от частиц угля, образующихся при горении в масле дуги; 5 — влагопоглотитель, заполненный цеолитом; 6 — трубопровод, по которому масло после фильтрации поступает в бак.

5-7. ИЗМЕНЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДЯЩИХ СВОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ МАСЕЛ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

В 1931 г. Сентфлебеном [Л. 6-98] впервые был установлен интересный факт. При наложении электрического поля возрастает интенсивность конвекционной теплопередачи в газах от нагретой проволоки к концентрически с ней расположенному цилиндру. В 1947 г. Крониг и Шварц [Л. 5-99] обнаружили аналогичное явление в отношении органических жидкостей. Экспериментальное исследование передачи тепла от нагретой проволоки по направлению к окружающему ее цилиндру через слой того или иного углеводорода позволило установить некоторые характерные для этого явления закономерности [Л. 5-100].

В случае воздействия электростатического поля на жидкость приращение количества тепла, передающегося через нее, пропорционально квадрату напряженности поля, площади, на которой проявляется его действие, а также квадрату разности температур проволоки и цилиндра.

Наблюдения изменений температуры при различных напряжениях на примере стеариновой, олеиновой и пальмитиновой кислот позволили установить для случая тонких слоев жидкости, в которых практически отсутствует конвекция, связь между коэффициентом теплопередачи жидкости К и напряженностью однородного электрического поля Е (в диапазоне от 0 до 20 кв/см) [Л. 5-101]:

Эксперименты, проводившиеся в изотермических условиях, выявили повышение температуры в присутствии электрического поля (для производных бензола и нафталина) [Л. 5-102]. Аналогичные явления наблюдались авторами в случае толстых слоев трансформаторных масел [Л. 5-103] в приборе, описанном выше (см. рис. 5-4). При постоянной температуре (Тт=120°С) теплоносителя, в который погружена нижняя часть прибора, и окружающего воздуха (20—23° С) температура верхнего слоя масла в самом приборе в отсутствие электрического поля устанавливается равной 100° С. Приложение к электродам прибора высокого напряжения вызывает повышение температуры верхнего слоя масла (рис. 5-27) в степени, зависящей от интенсивности электрического поля, а также химического состава масла (табл. 5-18). После снятия напряжения температура масла в приборе понижается до прежнего уровня.