Электрическая прочность и пробивное напряжение трансформаторного масла

электрическая прочность

На практике для оценки изоляционных свойств трансформаторных масел используется такой показатель, как электрическая прочность. Очень часто его отождествляют с пробивным напряжением, но их численные значения не равны.

Пробивное напряжение – это минимальное, приложенное к диэлектрику напряжение, приводящее к его пробою. Электрическая прочность равна отношению пробивного напряжения и расстояния между электродами.

Не существует доказательств, подтверждающих прямую связь пробивного напряжения с удельной проводимостью, но отмечается схожая его чувствительность к наличию механических примесей. Если в диэлектрике меняется влажность и появляются механические примеси, то сразу же начинает наблюдаться уменьшение электрической прочности. Отметим, что на электропроводность жидкостей перечисленные факторы не имеют никакого влияния.

Электрическая прочность: основные влияющие факторы

Чистые трансформаторные масла в основном не содержат воды и других примесей, что позволяет им обладать достаточным пробивным напряжением (более 60 кВ). Определение данного параметра осуществляют при помощи плоских медных электродов с закругленными краями и расстоянием между ними 2,5 мм. Электрическая прочность – величина не постоянная для материала.

В случае ударных напряжений наличие примесей почти никак не сказывается на электрической прочности трансформаторного масла. Принята теория, согласно которой механизм пробоя при ударных (импульсных) напряжениях и длительной экспозиции имеет различную природу. При импульсном напряжении электрическая прочность существенно выше, чем при относительно длительной экспозиции напряжения частотой 50 Гц. Поэтому коммутационные и грозовые разряды обладают сравнительно небольшой опасностью.

Повышение температуры от 0 до 70 ºС приводит к повышению электрической прочности трансформаторного масла. Данное явление объясняется удалением из жидких диэлектриков влаги, переходом ее из эмульсионного состояния в растворенное, и уменьшением вязкости масла.

На процесс пробоя огромное влияние оказывают растворенные газы. При напряженности электрического поля более низкой, чем пробивная, можно наблюдать появление на электродах пузырьков. Если трансформаторное масло не дегазировалось и произошло понижение давления, то его электрическая прочность падает.

Отмечают три случая, при которых пробивное напряжение не зависит от давления:

  1. Диэлектрическая жидкость тщательно дегазирована.
  2. Наличие ударных напряжений (независимо от наличия загрязнений и газов).
  3. Большое давление (около 10 МПа).

Доказано, что пробивное напряжение трансформаторного масла определяется не общим содержанием воды, а ее концентрацией в эмульсионном состоянии.

Электрическая прочность и пробивное напряжение трансформаторного масла

Необходимо постоянно следить за состоянием изоляционного масла и контролировать его электрическую прочность

Появление эмульсионной воды и снижение электрической прочности наблюдается в трансформаторных маслах, имеющих в своем составе растворенную воду, при резком снижении температуры или относительной влажности воздуха, при перемешивании масла за счет десорбции воды, адсорбированной на поверхности емкости.

Если в сосуде была произведена замена стекла на полиэтилен, то это приведет к снижению количества эмульсионной воды, десорбированной при перемешивании масла с поверхности. Наблюдается повышение электрической прочности. Осторожный слив диэлектрической жидкости из стеклянного сосуда без перемешивания позволяет получить масло с высокой электрической прочностью.

Наличие полярных, низко- и высококипящих веществ почти не влияет на удельную проводимость и электрическую прочность изоляционной жидкости. При образовании в трансформаторном масле коллоидных растворов или эмульсий с очень малым размером капель наблюдается явление электрофоретической проводимости. Если подобные растворы имеют низкую температуру кипения, то электрическая прочность снижается, при высокой – практически не меняется.

Теории возникновения пробоя диэлектриков

К этому времени накоплено много экспериментального материала по теме пробоя жидких диэлектриков, но это не помогло обосновать единую теорию его возникновения.

Сейчас наибольшей популярностью пользуются три группы теорий:

  1. тепловая, объясняющая появление газового канала как результата кипения самого диэлектрика в местах локальной повышенной неоднородности поля (пузырьки воздуха и т.п.).
  2. газовая, согласно которой к пробою приводит наличие пузырьков газа, адсорбированных на электродах или растворенных в масле;
  3. химическая, объясняющая пробой как результат химических реакций, имеющих место в диэлектрике при воздействии электрического разряда в пузырьке газа.

Не сложно заметить, что все три теории объединяет признание того, что пробой масла происходит в паровом канале, образованном за счет испарения самого жидкого диэлектрика.

Знаете ли Вы, что используя дегазационную установку СММ-0,5 торговой марки GlobeCore, можно поднять пробивное напряжение масла, не побывавшего в эксплуатации, до 70 кВ?

На величину пробивного напряжения оказывает влияние наличие связанной воды. При применении вакуумной сушки трансформаторного масла наблюдается три этапа:

  1. резкое повышение пробивного напряжения, соответствующее удалению эмульсионной воды;
  2. пробивное напряжение изменяется мало и останавливается на уровне 60 кВ. На данном этапе происходит удаление растворенной и слабо связанной воды;
  3. медленное повышение пробивного напряжения за счет удаления связанной воды.