20. Физические факторы, влияющие на электрическую прочность жидкого диэлектрика

Переходя к анализу факторов, влияющих на электрическую прочность жидкого диэлектрика, в частности трансформаторного масла, отметим, что электрическая прочность очищенного и осушенного трансформаторного масла более чем на порядок превосходит пробивную напряженность воздуха и составляет 350-400 кВ/см.

Физические факторы, влияющие на электрическую прочность трансформаторного масла:

1) Загрязнение и увлажнение. При влагосодержании свыше 0.03 % электрическая прочность масла резко падает.

2). Вязкость. Уменьшение вязкости снижает электрическую прочность

3). Температура (T). С ростом T U_пр – снижается

4). Давление (P). С ростом P U_пр– растёт

5). Время действия напряжения ( t_п ). t_п ↓ U_пр↑ . Для чистых жидкостей эффект выражен слабее.

6). Форма и полярность электродов.

Влияние влаги и микропримесей

Состояния влаги в масле:

1. молекулярный раствор

2.эмульсия (шарики 2-10 мкм)

3 . водный отстой (на дне бака) формируется при содержании H₂O от 0.02%. Растворимость влаги в масле растет с температурой. Капли влаги и волокна вытягиваются вдоль линий электрического поля, образуя мостики с относительно высокой проводимостью.

Рис. 2 Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от содержания влаги (грамм/тонна). I -зона растворимости влаги, II - эмульгированная влага

Зависимость показывает общую тенденцию к снижению. Электрической прочности с резким спадом пробивной напряженности при достижении влагосодержанием значения 40 г/т. При значении влагосодержания свыше 50 г/т молекулярный раствор замещается эмульгированным состоянием.

Присутствие влаги и примесей слабо сказывается на импульсной прочности масла. Объясняется это тем, что электрический пробой происходит за счет формирования и удлинения вдоль поля проводящих мостиков, состоящих из водных частиц и волокон. Такой механизм требует определенного времени и при коротких по времени воздействиях описанные мостики не успевают сформироваться.

В лияние давления

Рис. 3. Зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от давления: 1 - недегазированное масло; 2- дегазированное масло

Газовые пузырьки, всегда присутствующие в любой жидкости, оказывают влияние на пробой. Повышение внешнего давления приводит как к уменьшению размера, так и концентрации пузырьков. Поэтому с ростом давления электрическая прочность жидкого диэлектрика растет, что демонстрируют приведенные на данном слайде графики. Особенно сильная зависимость по вполне понятным причинам имеет место для недегазированного трансформаторного масла. Отмеченные закономерности проявляются при постоянном напряжении и напряжении промышленной

Эффект давления - уменьшение концентрации и размера газовых пузырьков в масле. Давление мало влияет на импульсную прочность.

Рис. 4. Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры: 1 - сухое масло; 2 - техническое масло с примесью влаги

В лияние температуры

Уменьшение электрической прочности с ростом температуры в области отрицательных значений связан с ростом концентрации размеров газовых пузырьков в жидком диэлектрике. Рост электрической прочности в области положительных температур вплоть до 70-80 град.С обусловлен переходом эмульгированной влаги в состояние молекулярного раствора. Уменьшение электрической прочности при температуре свыше 80 град.С связано ростом газовыделения в масле. Описанная зависимость слабо выражена в случае осушенного трансформаторного масла, поскольку главная роль в ее формировании принадлежит частицам воды.

Рис. 5. Зависимость пробивного напряжения от времени воздействия для трансформаторного масла. Электроды острие - плоскость; расстояние между электродами 20 см; положительная полярность напряжения. I - доминируют электрические механизмы пробоя II - главная роль принадлежит тепловым процессам

В лияние времени приложения напряжения

Влага и примеси проявляют себя при напряжении промышленной частоты. Пробой в этом случае возникает в результате образования вытягивания вдоль поля проводящих мостиков их примесей и влаги, по которым замыкается ток в изоляционном промежутке. Разогрев такого мостика под действием протекающего тока приводит к испарению жидкого диэлектрика в его окрестности и образованию газового канала, по которому и происходит финальный пробой (область II).

В случае короткого времени приложения напряжения данный механизм сформироваться не успевает и главной причиной пробоя является заметный электронный ток, возникающий при существенно больших напряжённостях электрического поля (область I). Электроны в процессе своего движения по жидкому диэлектрику способны разрушать химические связи в молекулах основного диэлектрика, что приводит к образованию газовой фазы. В конечном как и в первом случае пробой происходит в газообразном разрядном канале.