Трансформаторное масло (стр. 29 )

Рис. 5-27. Изменения температуры трансформаторных масел в приборе (см. рис. 5-5) в присутствии электрических полей различной напряженности.

1 — масло из бакинских нефтей, 1958 г.; 2 — масло из сернистых нефтей фенольной очистки, 1957 г.; 3 — импортное масло.

Расчеты, проведенные на основании экспериментальных данных, показывают, что природа описанного явления не определяется ни джоулевым теплом, выделяющимся ери прохождении тока через жидкий диэлектрик, ни диэлектрическими потерями в стекле прибора. С момента наложения поля повышается общий коэффициент теплопередачи масла, залитого в прибор, в силу чего оно получает от теплоносителя термостата дополнительное тепло.

На рис. 5-28 приведена зависимость отношения от квадрата напряженности электрического поля, которая в первом приближении может быть принята за линейную. Установлено, что

где — разность между температурами теплоносителя в термостате ТТ и верхнего слоя масла в приборе Тм, к — общий коэффициент теплопередачи; п — индекс, соответствующий опытам в электрическом поле; a — коэффициент пропорциональности (>1). При достаточно высоких напряженностях поля эффект изменения теплопередачи масла может быть весьма существенным; например, в условиях описываемых экспериментов при 49 кв/см для масла из бакинских нефтей

Таблица 5-18

Повышение температуры () некоторых электроизоляционных масел при воздействии электрического поля напряженностью 49 кв/см

Происхождение масла	°С	кал	масла при +100° С, Ом×см×1012	кал
Трансформаторные масла
Импортное	2	270	1,56	24,4
Из бакинских нефтей, 1958 г.	6	810	0,24	160,0
То же +0,05% нафтената железа	7	947	0,02	1600,0
То же, обработанное 15% силикагеля	5	675	1,67	16
Из бакинских нефтей, 1954 г.	4	540	0,21	186
Из арчединской нефти, 1958 г.	3	405	0,19	200
Из сернистых нефтей фенольной очистки	5	675	0,24	160
Конденсаторные масла
Дистиллят, очищенный 3%-ной серной кислотой	1	135	2,80	13,7
То же +0,05% нафтената железа	1	135	—	—
Дистиллят, очищенный 18%-ной серной кислотой	1	135	2,80	18,7
Дистиллят, очищенный 30%-ной серной кислотой	1	135	2,60	13,8

Примечание, —теоретическое количество тепла, необходимое для нагревания 265 г масла на °С (без учета потерь в окружающую среду); —количество тепла, которое выделяется при прохождении тока через жидкий диэлектрик (джоулево тепло) в течение 3 мин при напряжении 49 кв;

— удельное объемное сопротивление масла; диэлектрические потери в стекле прибора при + 103° С составляют по расчету 10,2 кал.

Имеющиеся опытные данные пока что не позволяют установить природу описанного явления. Ряд исследователей [Л. 5-104, 5-105] констатирует, что при воздействии электрического поля в толще масла заметны перемещения отдельных элементов жидкости, напоминающие по виду картину конвекционных токов.

Маскареньяс [Л. 5-102] допускает существование нескольких видов движения в жидкости под влиянием поля (движение взвешенных частиц, обусловленное наличием катафоретической проводимости, перемещение жидкости в область высоких напряженностей поля и др.

Преобладающее влияние того или иного вида движения зависит от величины напряженности поля. Можно предположить, что наблюдаемый эффект повышения теплопередачи в какой-то степени обусловлен этими явлениями.

Определенное значение, очевидно, имеют диэлектрофоретические и электрофоретические эффекты воздействия электрического поля, обусловленные влиянием поля соответственно на связанные заряды дипольных молекул и свободные ионы [Л. 5-108].

Эффект интенсификации теплопередачи в трансформаторном и касторовом маслах наблюдается также в электрическом поле постоянного тока [Л. 5-109].

Рис. 5-28. Изменения отношения трансформаторных масел (см. рис. 5-24)

в электрическом поле.

Говоря о практическом использовании эффекта изменения теплопередачи в электрическом поле, следует отметить возможность уточнения на его основе расчетов передачи тепла в трансформаторах и другой аналогичной аппаратуре. Кроме того, могут быть предприняты попытки конструирования трансформаторов, в которых будут специально созданы электрические поля соответствующих конфигурации и напряженности, улучшающие охлаждение масла. Такие схемы известны (рис. 5-29).

Приводятся данные о том, что переменное поле промышленной частоты примерно на 5% улучшает теплопередачу от обмоток трансформатора к маслу.

В выносных охладителях, где меньше ограничений для создания необходимых градиентов напряжения, можно улучшить общую теплопередачу более чем в 3 раза.

Рис. 5-29. Принципиальные схемы, иллюстрирующие возможность использования эффекта изменения теплопроводных свойств масла для улучшения охлаждения трансформаторов [Л. 5-106].

а — схема трансформатора стержневого типа с естественным охлаждением; кожух и обмотки используются в качестве электродов постоянного тока; б — схема трансформатора стержневого типа с естественным охлаждением, снабженного специальными электродами; в — схема трансформатора стержневого типа с циркуляционным охлаждением и выносным охладителем для масла; в охладителе тепло отводится водой; специальные электроды смонтированы внутри основного бака трансформатора и в охладителе; 1 — заземление; 2 — обмотка высокого напряжения; 3— источник постоянного тока высокого напряжения; 4 — обмотка низкого напряжения; 5 — магнитопровод; 6 — стенка бака трансформатора; 7 — масло; 8 — специальные электроды, соединенные с источником постоянного тока, расположенные вокруг магнитопровода; 9 — изоляционные дистанциирующие прокладки; 10 — выходной патрубок водяного охладителя; 11 — специальные электроды, соединенные с источником постоянного тока, расположенные вокруг охладителя; 12— входной патрубок водяного поглощения; 13 — труба для подачи нагретого масла из верхней части бака Трансформатора в охладитель; 14 — стенка бака выносного охладителя для масла; 15 — труба для подачи масла из охладителя в трансформатор; 16 — насос; 17 — корпус охладителя; 18 — изоляционные прокладки.

На рис. 5-30 для трансформаторного масла приведена зависимость критерия Нуссельта, который применяется при расчетах теплопередачи конвекцией, от напряженности электрического поля. Испытания показали, что при напряженности 2,36 для случая теплоотдачи от поверхности слоевых обмоток трансформаторов при ширине каналов 12,7 мм параметр Нуссельта увеличивается на 30%. Это означает 30-процентное расчетное увеличение рассеиваемых активных потерь при том же перепаде температур. Однако при тех же активных потерях снижение. перепада температур будет не 30%, а меньше. Заметное улучшение теплопередачи в масле достигается при электрических шлях, обусловленных несглаженным выпрямленным (переменным током [Л. 5-107].

На основании эффекта изменения теплопроводности в электрическом поле могут быть разработаны методы экспериментального определения коэффициентов теплопроводности, а также электропроводности [Л. 5-101].

5-8. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИ РАЗРЯДЕ В ЖИДКОМ ДИЭЛЕКТРИКЕ

Гидродинамический эффект проявляется при импульсном высоковольтном разряде в жидкостях. В этом случае благодаря практической несжимаемости жидкости между электродами в ней по пути следования разряда образуется канал, который затем мгновенно смыкается. Такой разряд сопровождается возникновением мгновенных ударных давлений, достигающих десятков и сотен тысяч атмосфер. Механическое действие подобной концентрации энергии равносильно взрыву. Чем короче импульс, чем круче нарастание и падение волны, тем более значителен гидродинамический эффект.