Διηλεκτρική αντοχή λαδιών μετασχηματιστών

Ένας από τους κύριους δείκτες που χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες μόνωσης λάδια μετασχηματιστών στην πράξη της εφαρμογής τους είναι η διηλεκτρική τους αντοχή:

E = UNC / H

όπου Upr — τάση διάσπασης. h είναι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Η τάση διάσπασης δεν σχετίζεται άμεσα με την ειδική αγωγιμότητα, αλλά, όπως και αυτή, είναι πολύ ευαίσθητη στην παρουσία ακαθαρσιών... Τουλάχιστον, μια αλλαγή στην υγρασία υγρό διηλεκτρικό και η παρουσία ακαθαρσιών σε αυτό (καθώς και για αγωγιμότητα) η διηλεκτρική ισχύς μειώνεται απότομα. Οι αλλαγές στην πίεση, το σχήμα και το υλικό των ηλεκτροδίων και η απόσταση μεταξύ τους επηρεάζουν τη διηλεκτρική αντοχή. Ταυτόχρονα, αυτοί οι παράγοντες δεν επηρεάζουν την ηλεκτρική αγωγιμότητα του υγρού.

Το καθαρό λάδι μετασχηματιστή, χωρίς νερό και άλλες ακαθαρσίες, ανεξάρτητα από τη χημική του σύσταση, έχει αρκετά υψηλή για πρακτική τάση διάσπασης (πάνω από 60 kV), που προσδιορίζεται σε επίπεδα χάλκινα ηλεκτρόδια με στρογγυλεμένες άκρες και απόσταση μεταξύ τους 2,5 mm. Η διηλεκτρική αντοχή δεν είναι σταθερά υλικού.

Σε τάσεις κρούσης, η παρουσία ακαθαρσιών δεν έχει σχεδόν καμία επίδραση στη διηλεκτρική αντοχή. Είναι γενικά αποδεκτό ότι ο μηχανισμός αστοχίας για τάσεις κρούσης (παλμική) και μακροχρόνια έκθεση είναι διαφορετικός. Με παλμική τάση, η διηλεκτρική ισχύς είναι σημαντικά υψηλότερη από ό,τι με μια σχετικά μεγάλη έκθεση σε τάση με συχνότητα 50 Hz. Ως αποτέλεσμα, ο κίνδυνος αλλαγής υπερτάσεων και εκκενώσεων κεραυνών είναι σχετικά χαμηλός.

Η αύξηση της αντοχής με αύξηση της θερμοκρασίας από 0 έως 70 ° C σχετίζεται με την αφαίρεση της υγρασίας από το λάδι του μετασχηματιστή, τη μετάβασή του από ένα γαλάκτωμα σε μια διαλυμένη κατάσταση και τη μείωση του ιξώδους του λαδιού.

Τα διαλυμένα αέρια παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία αποδόμησης. Ακόμη και όταν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μικρότερη από αυτή της καταστροφής, παρατηρείται ο σχηματισμός φυσαλίδων στα ηλεκτρόδια. Καθώς η πίεση μειώνεται για το μη απαερωμένο λάδι μετασχηματιστή, η ισχύς του μειώνεται.

Η τάση διάσπασης δεν εξαρτάται από την πίεση στις ακόλουθες περιπτώσεις:

α) πλήρως απαερωμένα υγρά.

β) τάσεις κρούσης (ανεξαρτήτως μόλυνσης και περιεκτικότητας σε αέρια στο υγρό).

γ) υψηλή πίεση [περίπου 10 MPa (80-100 atm)].

Η τάση διάσπασης του λαδιού του μετασχηματιστή δεν καθορίζεται από τη συνολική περιεκτικότητα σε νερό, αλλά από τη συγκέντρωσή του στην κατάσταση γαλακτώματος.

Ο σχηματισμός νερού γαλακτώματος και η μείωση της διηλεκτρικής αντοχής συμβαίνουν στο λάδι μετασχηματιστή που περιέχει διαλυμένο νερό με απότομη μείωση της θερμοκρασίας ή της σχετικής υγρασίας του αέρα, καθώς και με την ανάμειξη του λαδιού λόγω εκρόφησης του νερού που προσροφάται στην επιφάνεια του σκάφος.

Κατά την αντικατάσταση του γυαλιού σε ένα δοχείο με πολυαιθυλένιο, η ποσότητα του νερού του γαλακτώματος εκροφάται κατά την ανάμιξη του λαδιού από την επιφάνεια και αυξάνει ανάλογα την αντοχή του. Το λάδι μετασχηματιστή, προσεκτικά στραγγισμένο από γυάλινο δοχείο (χωρίς ανάδευση), έχει υψηλή ηλεκτρική αντοχή.

Οι πολικές ουσίες με χαμηλά και υψηλά σημεία βρασμού, που σχηματίζουν αληθινά διαλύματα στο λάδι μετασχηματιστή, πρακτικά δεν επηρεάζουν την αγωγιμότητα και την ηλεκτρική αντοχή. Ουσίες που σχηματίζουν κολλοειδή διαλύματα ή γαλακτώματα πολύ μικρού μεγέθους σταγονιδίων στο λάδι του μετασχηματιστή (που είναι η αιτία της ηλεκτροφορητικής αγωγιμότητας), εάν έχουν χαμηλό σημείο βρασμού, μειώνονται και εάν το σημείο βρασμού τους είναι υψηλό, πρακτικά δεν επηρεάζουν την δύναμη.

Παρά την τεράστια ποσότητα πειραματικού υλικού, πρέπει να σημειωθεί ότι δεν υπάρχει ακόμη ενιαία γενικά αποδεκτή θεωρία για τη διάσπαση των υγρών διηλεκτρικών, που να εφαρμόζεται ακόμη και υπό συνθήκες παρατεταμένης έκθεσης στην τάση.

Η διάσπαση των υγρών διηλεκτρικών που έχουν μολυνθεί από ακαθαρσίες κατά τη διάρκεια παρατεταμένης έκθεσης στην τάση είναι ουσιαστικά μια διάσπαση αερίου καλύμματος.

Υπάρχουν τρεις ομάδες θεωριών:

1) θερμικό, εξηγώντας τον σχηματισμό ενός καναλιού αερίου ως αποτέλεσμα του βρασμού του ίδιου του διηλεκτρικού σε τοπικά μέρη αυξάνει τις ανομοιογένειες πεδίου (φυσαλίδες αέρα κ.λπ.)

2) αέριο, μέσω του οποίου η πηγή αποσύνθεσης είναι φυσαλίδες αερίου που έχουν προσροφηθεί στα ηλεκτρόδια ή διαλυμένες σε λάδι.

3) χημικό, που εξηγεί τη διάσπαση ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν σε ένα διηλεκτρικό υπό την επίδραση ηλεκτρικής εκκένωσης σε φυσαλίδα αερίου. Το κοινό αυτών των θεωριών είναι ότι η διάσπαση του λαδιού συμβαίνει σε ένα κανάλι ατμών που σχηματίζεται από την εξάτμιση του ίδιου του υγρού διηλεκτρικού.

Υποτίθεται ότι το κανάλι ατμού σχηματίζεται από ακαθαρσίες χαμηλού σημείου βρασμού εάν προκαλούν αυξημένη αγωγιμότητα.

Υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου, οι ακαθαρσίες που περιέχονται στο λάδι και σχηματίζουν ένα κολλοειδές διάλυμα ή μικρογαλάκτωμα σε αυτό έλκονται στην περιοχή μεταξύ των ηλεκτροδίων και μεταφέρονται προς την κατεύθυνση του πεδίου. Ένα σημαντικό ποσό απελευθερούμενης θερμότητας σε αυτή την περίπτωση, λόγω της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας του διηλεκτρικού, δαπανάται για τη θέρμανση των ίδιων των σωματιδίων ακαθαρσιών. Εάν αυτές οι ακαθαρσίες είναι η αιτία της υψηλής ειδικής αγωγιμότητας του λαδιού, τότε σε χαμηλό σημείο βρασμού οι ακαθαρσίες εξατμίζονται, σχηματίζοντας, εάν η περιεκτικότητά τους είναι επαρκής, ένα «κανάλι αερίου» στο οποίο επέρχεται αποσύνθεση.

Τα κέντρα εξάτμισης μπορεί να είναι φυσαλίδες αερίου ή ατμού που σχηματίζονται υπό την επίδραση ενός πεδίου (ως αποτέλεσμα του φαινομένου ηλεκτροσυστολής) λόγω ακαθαρσιών που διαλύονται στο λάδι (αέρας και άλλα αέρια, και πιθανώς επίσης προϊόντα οξείδωσης υγρού διηλεκτρικού χαμηλού βρασμού ).

Η τάση διάσπασης των λαδιών εξαρτάται από την παρουσία δεσμευμένου νερού. Στη διαδικασία ξήρανσης του λαδιού υπό κενό, παρατηρούνται τρία στάδια: I — μια απότομη αύξηση της τάσης διάσπασης που αντιστοιχεί στην απομάκρυνση του νερού του γαλακτώματος, II — όπου η τάση διάσπασης αλλάζει ελάχιστα και παραμένει στο επίπεδο περίπου 60 kV στο τυπικό σοκ, μετά διαλυμένο με χρόνο και ασθενώς δεσμευμένο νερό, και III — αργή ανάπτυξη της τάσης ελαίου αποσύνθεσης με απομάκρυνση του δεσμευμένου νερού.