Пробой жидких диэлектриков

Жидкие диэлектрики отличаются более высокими значениями электрической прочности, чем газы в нормальных условиях. Предельно чистые жидкости получить очень трудно. Постоянными примесями в жидких диэлектриках являются вода, газы и мельчайшие механические частицы.

Наличие примесей значительно усугубляет явление пробоя жидких диэлектриков и затрудняет выяснение механизмов пробоя. В максимально очищенных от примесей жидкостях при высоких значениях напряженности электрического поля может происходить вырывание электронов из металлических электродов и разрушение молекул самой жидкости за счет соударений с заряженными частицами, как и в случае пробоя газов (электрический пробой). Повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика обусловлена значительно меньшей длиной свободного пробега электронов в жидкости, чем в газах.

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от многих факторов, однако наибольшее влияние на прочность оказывают примеси: вода, газы и твердые частицы. Пробой масла, содержащего газовые включения, объясняется местным перегревом жидкости за счет энергии, выделяющейся при ионизации пузырьков газа, который приводит к испарению легких фракций масла и образованию газового канала между электродами.

Влага в трансформаторном масле может находиться в трех состояниях: в растворенном виде, в виде эмульсии (под микроскопом в масле видны шарики диаметром 2-10 мкм) и в виде отстоя на дне резервуара.

Молекулярно растворенная вода мало влияет на электрическую прочность трансформаторного масла и тангенс угла диэлектрических потерь, однако способствует повышению окисляемости масла и снижению его стабильности. Вместе с тем даже малые доли процента эмульсионной воды значительно снижает его электрическую прочность (рис.32).

Это объясняется тем, что под действием электрического поля шарики эмульсионной воды поляризуются и, притягиваясь между собой разноименными концами, образуют цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит электрический пробой.

Рис.32. Зависимость электрической прочности от содержания воды в масле

Подготовленное для заливки в трансформатор масло должно быть полностью очищено от влаги, находящейся в эмульсионном состоянии и в виде отстоя.

Твердые примеси в виде взвеси в трансформаторном масле искажают электрическое поле внутри масла (делают его более неоднородным), что и является причиной уменьшения электрической прочности. Твердые частицы, осевшие на обмотку и магнитопровод трансформатора, значительно ухудшают теплоотвод с их поверхностей. Особенно резкое уменьшение пробивного напряжения происходит при наличии в масле гигроскопических загрязнений – волокон бумаги, картона, пряжи, значительно облегчающих образование проводящих мостиков (как в случае с эмульсионной водой).

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от температуры (рис.33).

При температуре 0^оС вода, содержащаяся в масле, находится в эмульсионном состоянии, поэтому электрическая прочность имеет практически минимальное значение. При повышении температуры вода переходит в растворенное состояние, т.е. её свободное состояние исчезает. В состоянии раствора примесь воды в меньшей степени снижает электрическую прочность (увеличение Е_пр на кривой 2).

Рис.33. Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры: 1 – подсушенное масло; 2 – масло, содержащее следы воды.

При повышении температуры вода переходит в растворенное состояние, т.е. её свободное состояние исчезает. В состоянии раствора примесь воды в меньшей степени снижает электрическую прочность (увеличение Е_пр на кривой 2). При температуре 70^оС в трансформаторном масле начинается процесс кипения его легких фракций, количество газов в масле увеличивается, что приводит к уменьшению электрической прочности. Как следует из рис.33 (кривая 1), электрическая прочность сухого трансформаторного масла имеет большее значение и практически не изменяется до температуры 70^оС.

На электрическую прочность масла оказывает влияние частота приложенного электрического поля.

При увеличении частоты электрического поля до 10⁵ Гц электрическая прочность трансформаторного масла уменьшается, что вызвано его разогревом за счет диэлектрических потерь.

Вернуться к содержанию