Dielektrická pevnost transformátorových olejů

Jeden z hlavních ukazatelů charakterizujících izolační vlastnosti transformátorové oleje v praxi jejich použití je jejich dielektrická pevnost:

E = UNC / H

kde Upr — průrazné napětí; h je vzdálenost mezi elektrodami.

Průrazné napětí nesouvisí přímo s měrnou vodivostí, ale stejně jako ono velmi citlivé na přítomnost nečistot... Přinejmenším změna vlhkosti kapalné dielektrikum a přítomnost nečistot v něm (stejně jako pro vodivost) dielektrická pevnost prudce klesá. Změny tlaku, tvaru a materiálu elektrod a vzdálenosti mezi nimi ovlivňují dielektrickou pevnost. Tyto faktory přitom neovlivňují elektrickou vodivost kapaliny.

Čistý transformátorový olej, bez vody a jiných nečistot, bez ohledu na jeho chemické složení, má pro praxi dostatečně vysoké průrazné napětí (více než 60 kV), stanovené v plochých měděných elektrodách se zaoblenými hranami a vzdáleností 2,5 mm mezi nimi. Dielektrická pevnost není materiálová konstanta.

Při rázovém napětí nemá přítomnost nečistot téměř žádný vliv na dielektrickou pevnost. Obecně se uznává, že mechanismus selhání pro rázová (impulzní) napětí a dlouhodobou expozici je odlišný. Při pulzním napětí je dielektrická pevnost výrazně vyšší než při relativně dlouhém vystavení napětí o frekvenci 50 Hz. V důsledku toho je riziko přepětí a výboje blesku relativně nízké.

Nárůst pevnosti se zvýšením teploty od 0 do 70 °C je spojen s odstraněním vlhkosti z transformátorového oleje, jeho přechodem z emulze do rozpuštěného stavu a snížením viskozity oleje.

Rozpuštěné plyny hrají důležitou roli v procesu degradace. I když je síla elektrického pole nižší než síla destrukce, je pozorována tvorba bublin na elektrodách. S klesajícím tlakem u neodplyněného transformátorového oleje klesá jeho pevnost.

Průrazné napětí nezávisí na tlaku v následujících případech:

a) plně odplyněné kapaliny;

b) rázová napětí (bez ohledu na znečištění a obsah plynu v kapalině);

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

Průrazné napětí transformátorového oleje není určeno celkovým obsahem vody, ale její koncentrací ve stavu emulze.

K tvorbě emulzní vody a poklesu dielektrické pevnosti dochází v transformátorovém oleji obsahujícím rozpuštěnou vodu při prudkém poklesu teploty nebo relativní vlhkosti vzduchu a také při promíchávání oleje v důsledku desorpce vody adsorbované na povrchu plavidlo.

Při výměně skla v nádobě za polyethylen se množství emulzní vody při míchání oleje z povrchu desorbuje a odpovídajícím způsobem zvyšuje jeho pevnost. Transformátorový olej, opatrně vypuštěný ze skleněné nádoby (bez míchání), má vysokou elektrickou pevnost.

Polární látky s nízkým a vysokým bodem varu, tvořící skutečné roztoky v transformátorovém oleji, prakticky neovlivňují vodivost a elektrickou pevnost. Látky, které tvoří v transformátorovém oleji koloidní roztoky nebo emulze o velmi malé velikosti kapiček (které jsou příčinou elektroforetické vodivosti), pokud mají nízký bod varu, jsou redukovány, a pokud je jejich bod varu vysoký, prakticky neovlivňují síla.

Přes obrovské množství experimentálního materiálu je třeba poznamenat, že dosud neexistuje jednotná obecně uznávaná teorie rozpadu kapalných dielektrik, aplikovaná i za podmínek dlouhodobého působení napětí.

Rozpad kapalných dielektrik kontaminovaných nečistotami během dlouhodobého vystavení napětí je v podstatě rozpadem ochranného plynu.

Existují tři skupiny teorií:

1) tepelné, vysvětlující vznik plynového kanálu jako výsledek varu samotného dielektrika v místních místech zvyšuje nehomogenity pole (vzduchové bubliny atd.)

2) plyn, jehož zdrojem jsou plynové bubliny adsorbované na elektrodách nebo rozpuštěné v oleji;

3) chemický, vysvětlující rozpad v důsledku chemických reakcí probíhajících v dielektriku při působení elektrického výboje v plynové bublině. Tyto teorie mají společné to, že k rozpadu oleje dochází v parním kanálu vytvořeném odpařováním samotného kapalného dielektrika.

Předpokládá se, že parní kanál je tvořen nízkovroucími nečistotami, pokud způsobují zvýšenou vodivost.

Vlivem elektrického pole jsou nečistoty obsažené v oleji a tvořící v něm koloidní roztok nebo mikroemulzi vtahovány do oblasti mezi elektrodami a unášeny ve směru pole. Značné množství uvolněného tepla je v tomto případě kvůli nízké tepelné vodivosti dielektrika vynaloženo na ohřev samotných částic nečistot. Jsou-li tyto nečistoty příčinou vysoké měrné vodivosti oleje, pak se při nízkém bodu varu nečistot odpařují a vytvářejí, pokud je jejich obsah dostatečný, „plynový kanál“, ve kterém dochází k rozkladu.

Odpařovacími centry mohou být bubliny plynu nebo páry vzniklé vlivem pole (v důsledku jevu elektrostrikce) v důsledku nečistot rozpuštěných v oleji (vzduch a jiné plyny, případně i nízkovroucí produkty oxidace kapalného dielektrika ).

Průrazné napětí olejů závisí na přítomnosti vázané vody. V procesu vakuového sušení oleje jsou pozorovány tři stupně: I — prudké zvýšení průrazného napětí odpovídající odstranění emulzní vody, II — při kterém se průrazné napětí mění jen málo a zůstává na úrovni asi 60 kV v standardní šok, pak časově rozpuštěná a slabě vázaná voda a III — pomalý růst rozkladného ropného stresu odstraněním vázané vody.