Трансформаторное масло (стр. 47 )

Известна [Л. 11-23] определенная корреляция между механической прочностью целлюлозной изоляции и степень ее полимеризации (рис. 11-9). Электрическая прочность пропитанной маслом бумаги в результате ее старения практически не изменяется, поскольку разрушенные участки бумаги немедленно заполняются маслом. Таким образом, в данном случае электрические показатели не могут служить индикаторами старения. Мы оценивали старение кабельной бумаги и хлопчатобумажной ленты на основании изменений их механических характеристик.

Рис. 11-9. Зависимость между ступенью полимеризации целлюлозы и ее механической прочностью [Л. 11-23]. 1 — электротехнический картон; 2 — кабельная бумага (плотность 0,8 г/см3).

Влияние перекисей и кислот. При отсутствии кислорода (табл. 11-2 и рис. 11-10) гидроперекись изопропилбензола (гипериз) не оказывает значительного влияния на механическую прочность изоляции.

На примере одной из наиболее активных низкомолекулярных органических кислот — уксусной — было установлено, что в концентрации, соответствующей кислотному числу масла 0,1 мг КОН/г, последняя практически не оказала влияния на разрушение изоляции. При содержании уксусной кислоты в масле, отвечающем его кислотности 1 мг КОН/г, удается обнаружить неглубокое старение целлюлозных материалов.

Наличие в масле высокомолекулярных кислот — стеариновой и смеси нафтеновых (при кислотном числе масла 1 мг КОН/г) — не влияет на механические характеристики изоляции.

Влияние влаги. В пропитанной маслом бумажной изоляции силовых трансформаторов содержится 0,8—4,7% влаги; нижний предел относится к новым трансформаторам, верхний —

к находящимся в эксплуатации. В изоляции измерительных трансформаторов, работающих при небольшом превышении температуры масла над температурой окружающего воздуха, содержание воды значительно выше — в среднем 7,4% [Л. 11-3].

Увлажнение изоляции трансформаторов происходит в силу ряда естественных процессов — термического разложения самой бумаги (рис. 11-11), окисления масла, «дыхания« трансформатора, которое происходит при изменении температурного равновесия между маслом и

Таблица 11-2. Влияние некоторых продуктов окисления трансформаторного масла на прочность целлюлозной изоляции при отсутствии кислорода Условия опытов: температура +95° С, продолжительность 720 ч

Наименование добавки	Показатели масла	Относительно уменьшение разрывного усилия, %	Относительное уменьшение числа двойных перегибов бумаги, %
Кислотное число, мг КОН/г	Содержание водорастворимых кислот, мг КОН/г	Содержание воды, %, вес.	Кабельной бумаги	киперной ленты
А. Запаянные сосуды, заполненные маслом; над зеркалом масла — азот
Масло без добавок	0,014	Нет	Менее 0,0010	6	0	3
Масло + гипериз	0,015	Нет	Менее 0,0020	10	0	38
Масло + уксусная кислота (кислотное число масла 0,1 мг КОН/г)	0,013	Нет	0,0010	6	0	55
Масло + уксусная кислота1	0,080	0,034	0,0025	12	7	86
Масло + смесь нафтеновых кислот1	1,000	0,005	Менее 0,0010	0	0	9
Масло + стеариновая кислота1	1,000	Нет	Менее 0,0010	0	0	10
Масло + вода (над маслом 100%-ная влажность, +20° С)	0,017	0,003	0,0050	7	0	0
Масло + вода (над маслом 100%-ная влажность, +95° С)	0,013	Нет	0,0270	12	20	74
Б. Запаянные сосуды, заполненные азотом; масла нет
Изоляция чистая	—	—	—	1	2	49
То же + оксикислоты №1*	—	—	—	29	49	100
То же + асфальтены № 1*	—	—	—	26	53	100
То же + оксикислоты № 2**	—	—	—	53	55	100
То же + асфальтены № 2**	—	—	—	65	56	100

1 Кислотное число масла 1 мг КОН/г.

* Выделены из осадка, полученного при окислении бакинского масла, при +950 С в присутствии меди.

** Выделены из осадка, полученного при окислении того же масла, при +1500 С.

Рис. 11-10. Влияние продуктов окисления трансформаторного масла на прочность целлюлозной изоляции

окружающей средой, несовершенства уплотнений и т. п. В новом, хорошо высушенном трансформаторе содержание влаги в изоляции не превышает 0,8%.

В [Л. 11-3] установлен приближенный закон, справедливый для концентрации влаги в бумажной изоляции в пределах 0,3—7%, согласно которому скорость разложения бумаги пропорциональна количеству содержащейся в ней воды (рис. 11-12). Соответствующие испытания проводились в герметически закрытых сосудах.

По нашим данным, при содержании в масле 0,027% растворенной воды и температуре 95° С отмечается заметное ухудшение механических характеристик изоляции (табл. 11-2 и рис. 11-10). Такое значительное увлажнение масла встречается лишь в исключительных условиях (высокая температура окружающего воздуха и 100%-ная относительная влажность). В обычных условиях работы трансформаторов содержание влаги в масле находится в пределах 0,003—0,010%.

Рис. 11-11. Образование влаги при термическом разложении крафт-бумаги [Л. 11-3].

Рис. 11-12. Влияние содержания влаги h в бумаге на ее термическое старение для различных значений достигнутой степени старения (х — относительное снижение степени полимеризации целлюлозы) [Л. 11-3].t(0, 3)/t(h) — отношение времени, потребного для достижения определенной степени старения бумаги, содержащей 0,3% влаги, ко времени, необходимому для такого же разрушения бумаги при содержании влаги h, в процентах.

При атмосферном давлении по прошествии определенного промежутка времени, длительность которого зависит от температуры, достигается состояние динамического равновесия между влагой, находящейся в воздушной среде над маслом, растворенной в масле и содержащейся в бумаге.

Для количественной оценки содержания воды в отдельных составляющих системы воздух — бумага — масло можно пользоваться графиком на рис. 11-13. Получаемые при этом данные, как указывает составитель графика, близки к наблюдаемым на практике.

Рис. 11-13. Равновесное распределение влаги в системе воздух — масло — бумага в зависимости от содержания ее в масле и воздухе, окружающем бумагу [Л. 11-3]. — температура масла; — температура воздуха; — относительная влажность воздуха.

Оценивая опасность увлажнения масла, следует принимать. во внимание, что когда трансформатор постоянно находится под нагрузкой и температура масла (и меди) существенно превосходит температуру окружающего воздуха, возможность значительного увлажнения масла и твердой изоляции исключается. Более того, в трансформаторах обычного типа (негерметичных) может происходить некоторая подсушка изоляции. В герметичных трансформаторах течение такого естественного процесса затруднено, в связи с чем при изготовлении трансформаторов такого типа следует добиваться возможно более полного удаления влаги из твердой и жидкой изоляции.

При снижении температуры масла до величин ниже температуры окружающей среды (что часто бывает на практике в условиях резкого падения нагрузки, отключения трансформатора) в негерметичных трансформаторах на поверхности масла может конденсироваться влага, которая в последующем растворяется в масле и проникает в твердую изоляцию.

Следует подчеркнуть, что увлажнение бумажной изоляции трансформаторов связано не только с потерей ею механической прочности, но и со значительным снижением ее электрической прочности (табл. 11-3). Опыты показывают [Л. 11-25], что это явление связано с газовыделением, которое происходит в порах пропитанной маслом бумаги за счет диссоциации воды под воздействием высокого напряжения.

Установлена квадратичная зависимость tg6 пропитанной маслом бумаги от процентного содержания влаги (т) в бумаге: 100 tgδ = P + вт2, где р = 0,21 при 80° С; b = 0,83 при 80° С (рис. 11-14).

Диэлектрическая постоянная пропитанной маслом бумаги е линейно изменяется в зависимости от концентрации влаги: е=3,8 + 0,41т [Л. 11-24].

Хорошо высушенное масло способно поглощать воду из более влажной целлюлозной изоляции. На этом принципе основан метод сушки увлажненных трансформаторов, так называемый способ «последовательной обработки масла» [Л. 11-26]. Последний заключается в заполнении трансформатора маслом с высоким значением электрической прочности (сухим). По истечении некоторого времени вследствие перераспределения влаги между бумагой и маслом происходит снижение электрической прочности последнего. Масло в трансформаторе вновь подвергается сушке до получения прежнего значения электрической прочности. Такие циклы повторяются до тех пор, пока электрическая прочность масла перестанет падать. Этот момент свидетельствует об установлении динамического равновесия между количествами влаги в масле и бумаге, т. е. о минимально возможном при данных условиях содержании влаги. Так, например, согласно данным номограммы (см. рис. 11-13) при температурах масла + 50 и воздуха + 20° С относительной влажности окружающего воздуха 50% концентрация воды в масле составит 0,0010— 0,0013% вес, что будет соответствовать содержанию воды в бумаге порядка 2% вес.