Dielektrická pevnosť transformátorových olejov

Jeden z hlavných ukazovateľov charakterizujúcich izolačné vlastnosti transformátorové oleje v praxi ich aplikácie je ich dielektrická pevnosť:

E = UNC / H

kde Upr — prierazné napätie; h je vzdialenosť medzi elektródami.

Prierazné napätie nesúvisí priamo s mernou vodivosťou, ale podobne ako on je veľmi citlivé na prítomnosť nečistôt... Prinajmenšom zmena vlhkosti kvapalné dielektrikum a prítomnosť nečistôt v ňom (rovnako ako pre vodivosť) dielektrická pevnosť prudko klesá. Zmeny tlaku, tvaru a materiálu elektród a vzdialenosti medzi nimi ovplyvňujú dielektrickú pevnosť. Tieto faktory zároveň neovplyvňujú elektrickú vodivosť kvapaliny.

Čistý transformátorový olej, bez vody a iných nečistôt, bez ohľadu na jeho chemické zloženie, má pre prax dostatočne vysoké prierazné napätie (viac ako 60 kV), stanovené v plochých medených elektródach so zaoblenými hranami a so vzdialenosťou 2,5 mm medzi nimi. Dielektrická pevnosť nie je materiálová konštanta.

Pri nárazových napätiach nemá prítomnosť nečistôt takmer žiadny vplyv na dielektrickú pevnosť. Všeobecne sa uznáva, že mechanizmus zlyhania pre šokové (impulzné) napätia a dlhodobú expozíciu je odlišný. Pri impulznom napätí je dielektrická pevnosť výrazne vyššia ako pri relatívne dlhom vystavení napätiu s frekvenciou 50 Hz. V dôsledku toho je riziko prepätia a výboja blesku relatívne nízke.

Zvýšenie pevnosti so zvýšením teploty od 0 do 70 ° C je spojené s odstránením vlhkosti z transformátorového oleja, jeho prechodom z emulzie do rozpusteného stavu a znížením viskozity oleja.

Rozpustené plyny hrajú dôležitú úlohu v procese degradácie. Aj keď je sila elektrického poľa nižšia ako sila deštrukcie, pozoruje sa tvorba bublín na elektródach. Keď tlak pre neodplynený transformátorový olej klesá, jeho pevnosť klesá.

Prierazné napätie nezávisí od tlaku v nasledujúcich prípadoch:

a) úplne odplynené kvapaliny;

b) rázové napätia (bez ohľadu na znečistenie a obsah plynu v kvapaline);

c) vysoký tlak [asi 10 MPa (80-100 atm)].

Prierazné napätie transformátorového oleja nie je určené celkovým obsahom vody, ale jej koncentráciou v emulznom stave.

K tvorbe emulznej vody a zníženiu dielektrickej pevnosti dochádza v transformátorovom oleji obsahujúcom rozpustenú vodu pri prudkom poklese teploty alebo relatívnej vlhkosti vzduchu, ako aj pri miešaní oleja v dôsledku desorpcie vody adsorbovanej na povrchu plavidlo.

Pri výmene skla v nádobe za polyetylén sa množstvo emulznej vody pri miešaní oleja z povrchu desorbuje a zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje jeho pevnosť. Transformátorový olej, opatrne vypustený zo sklenenej nádoby (bez miešania), má vysokú elektrickú pevnosť.

Polárne látky s nízkym a vysokým bodom varu, ktoré tvoria skutočné roztoky v transformátorovom oleji, prakticky neovplyvňujú vodivosť a elektrickú pevnosť. Látky, ktoré tvoria v transformátorovom oleji koloidné roztoky alebo emulzie s veľmi malými kvapôčkami (ktoré sú príčinou elektroforetickej vodivosti), ak majú nízky bod varu, sú redukované a ak je ich bod varu vysoký, prakticky neovplyvňujú silu.

Napriek obrovskému množstvu experimentálneho materiálu je potrebné poznamenať, že stále neexistuje jednotná všeobecne uznávaná teória rozpadu kvapalných dielektrík, aplikovaná aj v podmienkach dlhodobého vystavenia napätiu.

Rozpad kvapalných dielektrík kontaminovaných nečistotami počas dlhodobého vystavenia napätiu je v podstate rozpadom ochranného plynu.

Existujú tri skupiny teórií:

1) tepelné, vysvetľujúce vznik plynového kanála v dôsledku varu samotného dielektrika na miestnych miestach zvyšuje nehomogenitu poľa (vzduchové bubliny atď.)

2) plyn, prostredníctvom ktorého sú zdrojom rozpadu plynové bubliny adsorbované na elektródach alebo rozpustené v oleji;

3) chemický, vysvetľujúci rozpad v dôsledku chemických reakcií vyskytujúcich sa v dielektriku pod pôsobením elektrického výboja v plynovej bubline. Tieto teórie majú spoločné to, že k rozpadu oleja dochádza v parnom kanáli vytvorenom odparovaním samotného kvapalného dielektrika.

Predpokladá sa, že parný kanál je tvorený nízkovriacimi nečistotami, ak spôsobujú zvýšenú vodivosť.

Vplyvom elektrického poľa sú nečistoty obsiahnuté v oleji a tvoriace v ňom koloidný roztok alebo mikroemulzia vťahované do oblasti medzi elektródami a unášané v smere poľa. Značné množstvo uvoľneného tepla sa v tomto prípade v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti dielektrika vynakladá na zahrievanie samotných častíc nečistôt. Ak sú tieto nečistoty príčinou vysokej mernej vodivosti oleja, potom sa pri nízkom bode varu nečistôt odparujú a vytvárajú, ak je ich obsah dostatočný, „plynový kanál“, v ktorom dochádza k rozkladu.

Centrami odparovania môžu byť bubliny plynu alebo pary, ktoré sa tvoria vplyvom poľa (ako výsledok javu elektrostrikcie) v dôsledku nečistôt rozpustených v oleji (vzduch a iné plyny, prípadne aj nízkovriace produkty oxidácie kvapalného dielektrika ).

Prierazné napätie olejov závisí od prítomnosti viazanej vody. V procese vákuového sušenia oleja sa pozorujú tri stupne: I — prudké zvýšenie prierazného napätia zodpovedajúce odstraňovaniu emulznej vody, II — pri ktorom sa prierazné napätie mení len málo a zostáva na úrovni asi 60 kV v štandardný šok, potom časovo rozpustená a slabo viazaná voda a III — pomalý rast rozkladového ropného stresu odstránením viazanej vody.