§1.3. Подготовка изоляционных жидкостей

Сушка и обезгаживание. Чтобы получить высокие диэлектрические характеристики изоляционной жидкости, необходимо перед использованием ее тщательно высушить и обезгазить. Это осуществляется в специальных установках в виде насадочных колонн.

Изоляционная жидкость, обычно подогретая, поступает через фильтр в установку. Необходимая температура определяется вязкостью жидкости, которая должна поддерживаться на низком уровне, чтобы при прохождении по насадочной колонне жидкость на заполнителе образовывала тонкую пленку, постоянно обновляющуюся при протекании через заполнитель. Этим достигается большая поверхность границы жидкость-вакуум в отдельных ступенях колонны. Однако температура не должна быть слишком большой, чтобы не испарялись летучие составляющие жидкости при требуемом вакууме в рабочем объеме.

Данным способом из изоляционной жидкости удаляется только содержащаяся в ней вода, а не мелкие механические включения и растворенные продукты старения, которые образуются в жидкости под действием кислорода, повышенной температуры и каталитического действия металлов. Эти продукты сильно повышают ионную проводимость и приводят к увеличению tg . Их можно удалить из жидкости полностью или частично фильтрованием через отбеливающую глину.

Фильтрование. Отбеливающая глина (силикат алюминия) добывается открытым способом, затем высушивается и размалывается до требуемой тонкости помола. Ее требуемая кислотность устанавливается оптимальным содержанием влаги. Глина способна абсорбировать продукты старения и, в частности, продукты с полярными молекулами, содержащиеся в жидкости.

Фильтрование минеральных масел в большинстве случаев является заключительной стадией их кондиционирования после изготовления. На этой стадии удаляются остатки полярных компонентов, что приводит к замедлению процесса старения и уменьшению tg .

Однако при использовании синтетических жидкостей непосредственно перед пропиткой они должны быть профильтрованы для получения оптимальных диэлектрических свойств.

§1.4. Механизм пробоя в жидких диэлектриках

Электрический пробой в жидких диэлектриках имеет много общих свойств с пробоем газов. Под действием приложенного напряжения возникает эмиссия электронов из катода и “размножение” их в результате ударной ионизации нейтральных молекул жидкости. Искажение поля способствует появлению вторичных электронов и поддержанию самостоятельного разряда в виде стримеров. В технических жидких диэлектриках всегда содержится растворенный газ, который под действием приложенного напряжения имеет тенденцию собираться в маленькие пузырьки. Кроме того, выделяющаяся при развитии разряда теплота ведет к образованию новых пузырьков за счет испарения жидкого диэлектрика. Поэтому путь разряда в жидкости включает не только жидкую, но и газообразную фазу, что способствует развитию разряда.

Коронный разряд (КР) в изолирующих жидкостях протекает в форме стримеров, неустойчивых в пространстве и времени. В трансформаторном масле коронный разряд заметным образом не влияет на качество масла, однако в присутствии твердой органической изоляции коронный разряд может привести к резкому уменьшению электрической прочности изоляционной конструкции.

Когда стример пересечет весь разрядный промежуток, возникает искровой разряд. Температура разрядного канала резко повышается, и в результате испарения весь канал оказывается заполненным сильно ионизированным газом (плазмой). Окружающая жидкая среда оказывает на разрядный канал сильное деионизирующее действие. Если пробой промежутка происходит под действием короткого импульса перенапряжения, то вероятность перехода импульсного разряда в устойчивую дугу мала и промежуток частично восстанавливает свою первоначальную электрическую прочность. Образовавшиеся в результате разложения масла искровым разрядом частички угля и пузырьки газа постепенно рассеиваются в объеме масла, не сказываясь сколько-нибудь существенно на его дальнейшей электрической прочности. Подобная способность к “самозалечиванию” является характерной особенностью жидких диэлектриков с малой вязкостью.

Жидкости при давлениях до нескольких десятков атмосфер практически несжимаемы. Поэтому давления не может оказать влияния на разрядное напряжение идеально обезгаженной жидкости. В технических жидких диэлектриках содержится растворенный газ и давление передается через жидкость этому газу. С увеличением давления повышается прочность газовых пузырьков и соответственно общая электрическая прочность жидкости.

Электрическая прочность Е_пр жидких диэлектриков, и в частности изолирующих масел, резко уменьшается при различного рода загрязнениях и особенно при увлажнении. Под действием электрического поля частицы загрязнения или капельки влаги, обычно обладающие большей относительной диэлектрической проницаемостью, чем жидкий диэлектрик, втягиваются в зону повышенных градиентов, образуя цепочки, направленные вдоль силовых линий. При перекрытии вдоль такой цепочки разрядное напряжение резко уменьшается.

В минеральных маслах вода может находиться в трех состояниях: а) в молекулярно-растворенном; б) в форме эмульсии, т.е. капелек диаметром около 10 мкм; в) в виде отстоя на дне резервуара с маслом. В растворенном состоянии вода не оказывает существенного влияния на Е_пр. Резкое спадения Е_пр наблюдается в масле с водной эмульсией. Водный отстой сам по себе не влияет на Е_пр масла, но при увеличении температуры возможен его переход в эмульсионное состояние. Водный отстой является, таким образом, показателем резкого уменьшения изоляционных характеристик масла.

Особенно значительно влияние влаги в присутствии частиц высокой гигроскопичности, например волокон твердой органической изоляции. В этом случае влага может пропитывать волокна, повышая их эквивалентное значение  и способствуя образованию из них цепочек, резко уменьшающих пробивное напряжение. При нагреве влага из волокон переходит в изолирующую жидкость, что сопровождается повышением электрической прочности.

В жидких диэлектриках наблюдается существенная зависимость разрядного напряжения от времени приложения напряжения. Подъем разрядного напряжения при временах, меньших 10 мкс, объясняется запаздыванием развития стримерного разряда аналогично запаздыванию разряда в газах. Снижение разрядного напряжения при временах, больших 10^-4 мкс (0,01 с), связано с влиянием примесей; образование цепочек частиц; снижающих электрическую прочность масла, происходит относительно медленно. По этой причине примеси, в том числе увлажнение, практически не влияют на электрическую прочность масла при газовых импульсах. С изменением формы и размера разрядного промежутка, ход вольт-секундной характеристики может несколько изменяться.

В жидких диэлектриках при плохом теплоотводе возможна и тепловая форме пробоя, аналогичная пробою твердых диэлектриков. Такая форма, естественно, исключена в тех конструкциях (например, трансформаторы), в которых обеспечена циркуляция жидкости.