Електрична міцність трансформаторних масел

Одним з головних показників, що характеризують ізоляційні характеристики трансформаторних масел в практиці їх впровадження, є їх електронна міцність:

Е = U пр / H

де Uпр - пробивна напруга-h - відстань між електродами.

Пробивна напруга прямо не пов`язане з питомою провідністю, але, так само як і вона, дуже чутливо до присутності домішок. При найменшому зміні вологості рідкого діелектрика і наявності в ньому домішок (так само як і для провідності) різко зменшується електронна міцність. Зміни тиску, форми і матеріалу електродів і відстані між ними впливають на електронну міцність. У той же час ці причини на електропровідність води не впливають.

Чисте трансформаторне масло, вільний від води та інших домішок, незалежно від його хімічного складу володіє найвищим, достатнім для практики пробивним напругою (більше 60 кВ), що визначаються в плоских мідних електродах з округленими краями і відстанню між ними 2,5 мм. Електронна міцність не є константою матеріалу.

При ударних напружених присутність домішок практично абсолютно не позначається на електронній міцності. Прийнято думати, що механізм пробою при ударних (імпульсних) напружених і довготривалої експозиції різний. При імпульсній напрузі електронна міцність істотно вище, ніж при відносно довгострокової експозиції напруги частотою 50 Гц. В результаті цього небезпека від комутаційних перенапруг і грозових розрядів відносно невелика.

Збільшення міцності зі збільшенням температури від 0 до 70 ° С пов`язують з видаленням з трансформаторного масла води, переходом її з емульсійного стану в розчинене і зменшенням в`язкості масла.

Розчинені гази грають величезну роль в процесі пробою. Ще при напруженості електричного поля, нижчою, ніж пробивна, відзначається утворення на електродах бульбашок. З зниженням тиску для недегазованих трансформаторного масла міцність його падає.

Пробивна напруга не залежить від тиску в випадках:

а) ретельно дегазованих рідин;

б) ударних напруг (які б не були забруднення і газосодержание води);

в) величезних тисків [близько 10 МПа (80-100 ат)].

Пробивна напруга трансформаторного масла визначається не загальним вмістом води, а концентрацією її в емульсивному стані.

Освіта емульсійної води і зниження електронної міцності мають місце в трансформаторному маслі, що містить розчинену воду, при різкому зниженні температури або відносної вологості повітря, також при змішуванні масла за рахунок десорбції води, адсорбованої на поверхні судини.

При підміні скла в посудині поліетиленом знижується кількість емульсійної води, десорбувати
при змішуванні масла з поверхні, і відповідно збільшується міцність
його. Трансформаторне масло, обережно злите з скляної посудини (без змішування), володіє
найвищої електронної міцністю.

Полярні речовини низько і висококиплячі, утворюючи в трансформаторному маслі справжні суміші, фактично не впливають на питому провідність і електронну міцність.
Речовини, що утворюють в трансформаторному маслі колоїдні суміші або емульсії з дуже малим розміром крапель (є передумовою електрофоретичної електропровідності), якщо вони мають низьку температуру кипіння, знижують, а в разі якщо їх температура кипіння висока, практично не впливають на міцність.

Незважаючи на великий експериментальний матеріал, слід констатувати, що до цих пір немає єдиної загальновизнаної теорії пробою рідких діелектриків стосовно навіть до умов довгострокової експозиції напруги.

Пробій в рідких діелектриках, брудних домішками при тривалій експозиції напруги, являє собою по суті завуальований газовий пробою.

Є три групи теорій:

1) термічні, що пояснюють утворення газового каналу як
підсумок кипіння самого діелектрика в місцях локальної завищеною
неоднорідності поля (бульбашки повітря і ін.)

2) газові, за якими джерелом пробою є бульбашки газу, адсорбовані на електродах або розчинені в маслі;

3) хімічні, що пояснюють пробою як підсумок хімічних реакцій, що протікають в діелектрику під дією електричного розряду в міхурі газу. Загальним в цих теоріях є те, що пробій масла відбувається в паровому каналі, утвореному за рахунок випаровування самого рідкого діелектрика.

Існує гіпотеза, згідно з якою парової канал утворюють низкокипящие домішки, в разі якщо вони викликають підвищену провідність.

Під впливом електричного поля домішки, що знаходяться в маслі і утворюють в ньому колоїдний розчин або мікроемульсію, втягуються в зону між електродами і дрейфують в напрямку поля. Значна кількість теплоти, що виділяється при цьому внаслідок низької теплопровідності діелектрика, витрачається на нагрів самих частинок домішки. Якщо ці домішки є передумовою високої питомої провідності масла, то при низькій температурі кипіння домішок вони випаровуються, утворюючи при достатньому вмісті їх «газовий канал», в якому і відбувається пробій.

Центрами пароутворення можуть служити бульбашки газу або пари, що утворюються під впливом поля (в результаті явища електрострикції) за рахунок розчинених у маслі домішок (повітря та інші гази, також може бути, низкокипящие продукти окислення рідкого діелектрика).

Пробивна напруга масел залежить від наявності в їх пов`язаної
води. В процесі вакуумної сушки масла і спостерігаються три кроки:
I - різкого збільшення пробивної напруги,
відповідний видалення емульсійної води, II - в
якому мало змінюється пробивну напругу і залишається на рівні близько 60 кВ в
стандартному пробійники, в цей час віддаляється розчинена і слабо пов`язана
вода, і III - неспішного збільшення пробивної
напруги масла за рахунок видалення зв`язаної води.