Поскольку стандартные методики недостаточны для правильной оценки изоляционных характеристик масел, применяемых в электрооборудовании высших классов напряжения, представляется важным выработать новый вид испытаний, который мог бы учесть и влияние частиц.
Основные особенности такого испытания должны соответствовать следующим двум условиям. Во-первых, объем масла, на который воздействует электрическое поле, должен быть как можно большим, чтобы увеличить вероятность пробоя, вызванного наличием частиц. Во-вторых, для оценки результатов должен быть подобран подходящий статистический метод.
Уменьшение количества изоляционной жидкости, необходимого для испытаний, может быть достигнуто при применении нового устройства (рис. 3), которое состоит из двух коаксиальных цилиндрических электродов с промежутком между ними 0,5 мм, по которому масло протекает с постоянной скоростью. В таком устройстве можно получить до 100 пробоев, используя только 5 л масла. В качестве закона распределения вероятности пробоя принят закон Вейбулла.
Первые полученные результаты показывают, что масла могут быть дифференцированы по их прочности в присутствии в них частиц.
Электрическая прочность при напряжениях грозовых импульсов. Характеристики электроизоляционных жидкостей при импульсных волнах, возникающих в эксплуатации, и особенно связь между этими характеристиками при испытаниях и эксплуатации весьма важны. Известно также, что на прочность жидкости при импульсном напряжении влияет ее химический состав.
На основании исследований 50-60-х годов метод определения электрической импульсной прочности нефтяных минеральных масел был стандартизирован в США в 1974 г. стандартом ASTM D-3300. Метод состоял в определении пробивного напряжения увеличением напряжения ступенями.
Рис. 3. Предложенное устройство для испытания масел:
1 — вход потока масла; 2 — изоляционный материал; 3 - выход потока масла
Рис. 4. Зависимость импульсного пробивного напряжения U минерального масла от размера d промежутка игла—шар
С 1971 г. этими вопросами занимался I1K10A МЭК; проект, основанный на стандарте D-3300, в 1976 г. был предложен США. В 1977 г. по этим вопросам была организована Рабочая группа, работа которой завершилась выпуском в мае 1985 г. документа 10А (Центральное бюро) 64, который содержал два метода испытаний.
Метод А, основанный на стандарте США, состоит в приложении стандартных (1,2/50) импульсов положительной или отрицательной полярности нарастающими ступенями до пробоя к промежутку игла-шар. Игла имеет радиус закругления 40-70 мкм, шар - диаметр 12,5-13 мм, а расстояния между ними 10, 15 или 25 мм в зависимости от предварительно оцениваемого пробивного напряжения.
На каждой ступени напряжения к игле прикладывается один импульс. Напряжения не менее трех уровней должны быть выдержаны при времени между импульсами не менее 1 мин. Должно быть получено пять пробоев на пяти разных образцах жидкости, причем за пробивное напряжение принимается амплитуда импульса, вызвавшего пробой. Электрическая прочность определяется как среднее арифметическое пяти пробивных напряжений. Опыт показывает, что полученное таким образом значение соответствует вероятности пробоя от 10 до 20%.
Метод В состоит в приложении импульсов одинакового напряжения и подсчете количества пробоев. Результаты наносятся на номограмму, которая позволяет сравнить полученную вероятность пробоя при заданном напряжении с заданной вероятностью при известном риске ошибки.
Ниже рассматриваются результаты, полученные методом А.
Как известно, ряд параметров не влияет на импульсную прочность жидкостей. Это содержание (в практически возможных пределах) частиц, влаги и растворенных газов, радиус кривизны иглы (изменение его вдвое не меняет результаты), энергия генератора импульсов.
Наоборот, определенное влияние некоторых других параметров требует точно выдерживать условия испытаний. Это следующие параметры: форма импульса (при отрицательной полярности с ростом времени нарастания импульса до нескольких микросекунд пробивное напряжение снижается, а при положительной полярности разброс пробивных напряжений при колебании длительностей очень велик); число импульсов на ступень (при отрицательной полярности с ростом числа импульсов пробивное напряжение снижается; при малом числе импульсов на ступень число ступеней до пробоя, как представляется, не влияет на пробивное напряжение); расстояние между электродами (при отрицательной полярности пробивное напряжение линейно растет с увеличением промежутка до 15 мм, затем его рост замедляется (рис. 4), следовательно, пробивную напряженность надо сравнивать при одинаковом расстоянии или же увеличивать размер промежутка свыше 15 мм; при положительной полярности зависимость линейна до 25 мм); конфигурация испытательного устройства и особенно электродов.
Результаты определения электрической прочности (средние данные по результатам нескольких лабораторий) для различных жидкостей даны в табл. 2.
Пробивные напряжения при отрицательной полярности сильно зависят от состава жидкости. Это отмечалось уже давно для минеральных масел в зависимости от содержания ароматических углеводородов и их структуры. При определении содержания ароматических углеводородов по инфракрасному спектру жидкости наблюдалась тенденция снижения электрической прочности с ростом этого содержания. Другие составляющие (например, карбонильная группа) влияют уже при малой концентрации.
Обработка минеральных масел с удалением некоторых составляющих может значительно повысить электрическую прочность. Этим характеризуется, например, масло F, обработанное для получения высокой стойкости к окислению. Для других жидкостей можно отметить сильную зависимость импульсной прочности от их состава.
Все это указывает на то, что определение импульсной электрической прочности жидкостей при отрицательной полярности является чувствительным методом их оценки и выявления даже малых изменений в их составе и примесях.
Импульсная прочность жидкостей при положительной полярности существенно ниже*, чем при отрицательной, и практически мало зависит от их состава.
Как видно из табл. 2, пробой обычно происходит на спаде импульса. Предразрядное время растет с ростом промежутка и уменьшается с ростом напряжения. При положительной полярности оно меньше, чем при отрицательной.
Таблица 2
Примечание:
d — расстояние игла-шар; U — пробивное напряжение; Е = U/d; τ — предразрядное время; СА - содержание ароматических углеводородов по публикации МЭ1 590.
