Трансформаторное масло (стр. 35 )

Чистое трансформаторное масло, свободное от воды и других примесей, независимо от его химического состава обладает высокой, достаточной для практики электрической прочностью (более 60 /се), определяемой в плоских медных электродах с закругленными краями и расстоянием между ними 2,5 мм. Исходя из этого, пробивное напряжение в действующих стандартах не нормируется. Электрическая прочность не является константой материала [Л. 6-48].

При ударных напряжениях присутствие примесей почти вовсе не сказывается на электрической прочности. Принято думать, что механизм пробоя при ударных (импульсных) напряжениях и длительной экспозиции различен. При импульсном напряжении электрическая прочность значительно выше, чем при относительно длительной экспозиции 50-ти периодного напряжения. В результате этого опасность от коммутационных перенапряжений и грозовых разрядов относительно невелика [Л. 6-42].

Повышение прочности с повышением температуры от 0 до 70° С связывают с удалением из масла влаги, переходом ее из эмульсионного состояния в растворенное [Л. 6-49] и уменьшением вязкости масла. Растворенные газы играют большую роль в процессе пробоя. Еще при напряженности электрического поля, более низкой, чем пробивная, отмечается образование на электродах пузырьков [Л. 6-50]. С понижением давления для недегазированного масла прочность его падает. Пробивное напряжение вовсе не зависит от давления [Л. 6-46] в случаях:

тщательно дегазированных жидкостей; ударных напряжений (каковы бы ни были загрязнение и газосодержание жидкости); больших давлений (порядка 80—100 ат).

Зависимость пробивного напряжения масла от содержания в нем воды изучали в работах [Л. 6-51, 6-52 и др.]. Эта зависимость количественно существенно различается у разных авторов. Было показано [Л. 6-49], что пробивное напряжение масла определяется не общим содержанием воды, а концентрацией ее в эмульсионном состоянии.

В работе [Л. 6-53] показано, что образование эмульсионной воды и снижение электрической прочности имеют место в масле, содержащем растворенную воду, при резком снижении температуры или относительной влажности воздуха, а также при перемешивании масла за счет десорбции воды, адсорбированной на поверхности сосуда. Замена стекла в сосуде полиэтиленом снижает количество эмульсионной воды, десорбированной при перемешивании масла с поверхности, и соответственно повышает прочность его. Масло, осторожно слитое из стеклянного сосуда (без перемешивания), обладает высокой электрической прочностью. В этой же работе изучено влияние на прочность масла концентрации и состояния в нем кислот, спиртов, мыл и других продуктов его старения.

Качественная оценка полученных данных представлена в следующем виде.

Таблица 6-8. Влияние некоторых продуктов на проводимость и электрическую прочность масла.

Испытуемые продукты	Состояние продукта в масле	Влияние на величину
проводимости	электрической прочности
1. Низкокипящие (вода, уксусная кислота, метиловый и этиловый спирты и др.):
а) в малой концентрации	Истинный раствор	Не влияют	Не влияют
б) в большой концентрации	Эмульсия, невидимая невооруженным глазом	Повышают	Снижают
2. Высококипящие (олеиновая, пальмитиновая, стеариновая и другие кислоты, высшие спирты)	Истинный раствор	Не влияют	Не влияют
3. Высококипящие (мыла, смолы, нейтральные асфальтогеновые кислоты, „растворимый осадок" и др.)	Коллоидный раствор	Повышают	Не влияют

Из этих данных следует, что полярные вещества низко - и высококипящие, образуя в масле истинные растворы, практически не оказывают влияния на проводимость и электрическую прочность; вещества, образующие в масле коллоидные растворы или эмульсии с очень малым размером капель (являющиеся причиной электрофоретической проводимости), если они имеют низкую температуру кипения, снижают, а в случае если их температура кипения высока, практически не влияют на прочность.

В разных странах стандартизованы различные методы определения электрической прочности масла (табл. 6-9).

Таблица 6-9. Методы определения электрической прочности в СССР и некоторых зарубежных странах

Страна	Стандарт	Форма электрода	Зазор между электродами, мм	Скорость подъема напряжения, кв/сек
СССР	ГОСТ 6581-53	Диск с закругленными краями, D = 25,0 мм	2,5	2
Франция	—	Сферический, D= 12,5 мм	5,0	—
США	D 117-43 (по ASTM)	Круглый диск, D = 25,4 мм	2,5	3
Англия	BS 148-1951, приложение „D"	Сферический, D= 12.7 ÷ 13 мм	4 + 0,02	За 10 — 15 сек поднять до нормируемого напряжения 40 кв и выдержать 1 мин
Индия	VDC 621.315. 615.2(0—83.75) 54, приложение «Е»	Сферический, D= 12,7 ÷13 мм	4,0
Япония	JISC 2320.1960	Сферический, D= 12,5 мм	2,5	3
Италия	Нормы Итальянского электротехнического комитета	Сферический, D = 10 мм (по Рогожскому)	2,5	—
ГДР	VDE-0370	Диск с закругленными краями, D = 25 мм	2,5	—
ПНР	—	Сферический, D= 12,5 мм	3	—
ЧСР	—	Сферический, D = 15 мм	3	—
Международная электротехническая комиссия	—	Сферический, D= 12,5 мм, или диск с закругленными краями, D = 25 мм	2,5	2

Комитетом № 10 (по электроизоляционным жидкостям и газам) Международной электротехнической комиссии предложен международный метод определения пробивного напряжения жидких диэлектриков, учитывающий недостатки и достоинства национальных стандартов [Л. 6-54]. Метод пригоден для всех сортов изоляционных масел (трансформаторных, кабельных, конденсаторных) свежих, регенерированных и эксплуатационных.

Условия подготовки образца масла и проведения испытания его на электрическую прочность подобны принятым в советском стандарте.

Скорость подъема напряжения в электроде от нуля до пробивного (тока с частотой от 40 до 62 гц) составляет около 2 кв/сек и регулируется автоматически. Время действия разряда при пробое масла не более 0,02 сек.

Размеры и конструкции электродов даны на рис. 6-8.

Рис. 6-8. Электроды, рекомендуемые методом МЭК (IEC) для определения электрической прочности изоляционных масел.

Несмотря на огромный экспериментальный материал, следует констатировать, что до сих пор нет единой общепризнанной теории пробоя жидких диэлектриков применительно даже к условиям длительной экспозиции напряжения.

Пробой в жидких диэлектриках, загрязненных примесями при длительной экспозиции напряжения, представляет собой по существу завуалированный газовый пробой.

Имеются три группы теорий: 1) тепловые, объясняющие образование газового канала как результат кипения самого диэлектрика в местах локальной повышенной неоднородности поля (пузырьки воздуха и пр.) [Л. 6-55, 6-58] или действия тепла, выделяющегося от трения дрейфующих в поле ионов [Л. 6-56]; 2) газовые, по которым источником пробоя являются пузыри газа, адсорбированные на электродах или растворенные в масле, и, наконец, 3) химические, объясняющие пробой как результат химических реакций, протекающих в диэлектрике под действием электрического разряда в пузыре газа. Общим, объединяющим эти теории, является то, что пробой масла происходит в паровом канале, образованном за счет испарения самого жидкого диэлектрика.

В работе [Л. 6-53] предлагается гипотеза, согласно которой паровой канал образуют низкокипящие примеси, в случае если они вызывают повышенную проводимость.

Под воздействием электрического поля примеси, содержащиеся в масле и образующие в нем коллоидный раствор пли микроэмульсию, втягиваются в зону между электродами и дрейфуют в направлении поля. Значительное количество тепла, выделяющегося при этом вследствие низкой теплопроводности диэлектрика, расходуется на нагрев самих частиц примеси. Если эти примеси являются причиной высокой проводимости масла, то при низкой температуре кипения примесей они испаряются, образуя при достаточном содержании их «газовый канал», в котором и происходит пробой.

Центрами парообразования могут служить пузыри газа или пара, образующиеся под воздействием поля (в результате явления электрострикции) за счет растворенных в масле примесей (воздух и другие газы, а также, возможно, низкокипящие продукты окисления жидкого диэлектрика).

В случае отсутствия в масле низкокипящих примесей и пузырей воздуха электрическая прочность его значительно выше, а механизм пробоя удовлетворительно объясняется химической теорией [Л. 6-46].

Глава седьмая

РАСТВОРИМОСТЬ ВОДЫ И ГАЗОВ В ТРАНСФОРМАТОРНОМ МАСЛЕ.

Электроизоляционные свойства трансформаторных масел ухудшаются при наличии в них влаги или газовых включений [Л. 7-1, 7-2]. Степень снижения электрической прочности масла зависит не только от количества растворенной в нем влаги, но также от наличия сопутствующих примесей (волокна и т. п.). В связи с этим при одной и той же концентрации влаги в масле