Различные методы определения напряжения Us, при котором появляются ЧР, были недавно обобщены Рабочей группой 15-02. Эти методы могут быть подразделены на три группы в зависимости от исследуемых изоляционных систем; бумага (или синтетическая пленка) - жидкость (для конденсаторной изоляции, применялась в Японии); картон-жидкость (для трансформаторной изоляции США); промежуток только в жидкости (Франция, ФРГ).
*В неоднородном поле. — Прим. пер.
Момент возникновения ЧР определялся по появлению пузырьков или свечения, ультразвуковой индикацией или обычными электрическими методами.
Ниже рассматривается возникновение ЧР в промежутке без твердой изоляции, обнаруживаемое электрическими методами. Испытательное устройство состояло из цилиндрического стеклянного бака диаметром 110 и высотой 200 мм с двумя смотровыми окнами, закрытого с обоих торцов плоскими крышками из нержавеющей стали. Через крышки проходили вводы и отверстия для залива и слива масла и для создания вакуума. На вводах были закреплены два электрода: игла с радиусом закругления от 3 до 50 мкм и плоскость диаметром 90 мм с закругленными краями. Уплотнения позволяли поддерживать заданное давление газовой подушки или вакуум.
При определении Us следует учитывать, что из-за случайного попадания волокна или другой частицы могут возникать единичные ЧР или очень малое количество неустойчивых ЧР. После этого напряжение может быть заметно увеличено до появления новой вспышки. Поэтому за Us было принято такое наименьшее напряжение, при котором возникали устойчивые ЧР интенсивностью свыше 500 пКл. Практически при этом скорость повторения ЧР была низкая, около 10-20 в минуту.
Соотношение между пробивным напряжением и напряжением возникновения ЧР зависит от расстояния между электродами. При малых расстояниях они совпадают, а уже при 30-40 мм ЧР возникают при напряжении ниже пробивного. Поэтому было выбрано расстояние 70 мм; при этом и неточность в определении расстояния мало влияет.
Оценка влияния скорости подъема напряжения и времени отдыха между последовательными приложениями напряжения позволили выбрать скорость 1 кВ/с и паузу длительностью 1 мин. Переход в радиусе закругления иглы от 50 к 3 мкм приводил к заметному снижению Us.
Можно предположить, что влажность, содержание газов и частиц влияют на Us. Эксперименты показали следующее. В необработанном масле Us = 40 кВ. После фильтрации масла и сушки под вакуумом при 50°С при наличии сухой азотной подушки в баке при атмосферном давлении Us возросло до 60 кВ. То же масло после выдержки в баке в течение 100 ч без доступа влаги дало Us=80 кВ. Последний результат, видимо, объясняется осаждением частиц, поскольку после взбалтывания Us снизилось. При выдержке обработанного масла в течение 100 ч на открытом воздухе из-за влияния увлажнения Us было равно 60 кВ.
С учетом приведенных результатов возникают вопросы: не сведут ли условия обработки жидкости к минимуму чувствительность метода сопоставления напряжения возникновения ЧР для разных жидкостей, и не является ли измерение Us более чувствительным к обнаружению загрязнений в масле, чем определение пробивного напряжения? Ответ на этот вопрос дают результаты определения числа разрядов n в минуту в зависимости от приложенного напряжения для разной степени подготовки масла - рис. 5. Нарастание η с ростом напряжения идет значительно быстрее для необработанного масла, чем для обработанного, что подтверждается также изменением Us. По мере выдержки без перемешивания в баке обработанного масла при том же напряжении п снижается. Можно считать, что эти кривые имеют линейную часть, и пересечение ее с осью абсцисс может быть принято для определения Us.
Подобные испытания были проведены с кремний-органической жидкостью, при этом Ua было ниже, а n выше.
Сравнение напряжения возникновения ЧР (для иглы с радиусом закругления 3 мкм) было проведено при одинаковой обработке жидкостей: сушка под вакуумом при 50oС, фильтрация через стеклянный фильтр и выдержка под вакуумом в течение 24 ч. Непосредственно перед измерением в бак подавался азот под давлением 1 бар. Были получены следующие значения Us, кВ:
Кремний-органическая жидкость
(полидиметилсилоксан)....................................................... 38,1
Полибутилен 1...................................................................... 39,7
Алкилбензол........................................................................ 41,5
Парафиновое масло..................... ...................................... 46,1
Полибутилен 2...................................................................... 48,4
Бензил неокапрат................................................................. 52,5
Нафтеновое масло 1............................................................ 54,4
Нафтеновое масло 2............................................................ 54,4
Трихлорбензол........................................................................ 80
Трихлордифенил.................................................................. >. 80
Алкилнафталин...................................................................... 80
Фенилксилилэтан................................................................ >. 80
Газостойкость жидкостей. Под газостойкостью понимается способность жидкостей выделять и поглощать пузырьки газа, образующиеся в результате разложения жидкости под действием ЧР или вследствие других причин (попадание воздуха, перенасыщение и т.д.). Под действием ЧР происходит разложение молекул жидкости с образованием водорода, насыщенных легких углеводородов (метана, этана, пропана) и окисей углерода. Эти газы растворяются или вступают в реакцию с молекулами жидкости. Таким образом происходит поглощение или выделение газов.
Хотя до сих пор не существует установившейся теории этого процесса, он используется как эмпирический критерий оценки изоляционных жидкостей. Согласно Публикации МЭК 628 (1985) применяются два метода.
Метод А состоит в измерении скорости G, мкл/мин, выделения или поглощения газов в течение небольшого времени (2 ч), проводимом в атмосфере водорода при температуре 80°С и напряжении 10 кВ. Метод наиболее подходит для синтетических жидкостей, применяемых в замкнутых системах, таких как кабели, герметичные трансформаторы и конденсаторы.
Метод В состоит в определении количества газа, выделенного или поглощенного за более длительное время. Он наиболее подходит для жидкостей, применяемых в негерметичном оборудовании (например, силовых трансформаторах). Оценка производится по объему V газа, поглощенного или образовавшегося в атмосфере азота за время выдержки 18 ч при 80°С и напряжении 12 кВ.
Рис. 5. Зависимость числа разрядов η в минуту от приложенного напряжения U: а — необработанное масло; б — обработанное с выдержкой в баке 3 ч; в — обработанное с выдержкой 24 ч; г — обработанное с выдержкой 15 сут
Рис. 6. Выделение и поглощение газа по методу в публикации МЭК 628
Таблица 3
Испытания минеральных масел показали, что оба метода позволяют примерно одинаково их классифицировать. В табл. 3 приведены результаты для нафтеновых и парафиновых масел.
Газостойкость жидкостей - не новый критерий их оценки; он в прошлом использовался в основном при выборе жидкостей для кабелей с жидкой изоляцией. Новизна заключается в его применении для конденсаторов, где требуются жидкости с высокой газопоглощающей способностью (от - 100 до - 200 мкл/ мин и более). Эта скорость G, мкл/мин, для ряда жидкостей следующая:
Диоктилфталат (ДОФ).................................... -63
Трихлордифенил............................................. -105
Бензил неокапрат............................................ -166
ДОФ + ТХБ...................................................... -187
ТХБ................................................................... -190
Фенилксилилэтан........................................... —215
Дизопропилнафталин..................................... -235
Моноизопропилбифенил................................ —291
Метод В обычно применяется для выбора минеральных масел.
На рис. 6 показаны возможные типы изменения объема газа при выделении или поглощении его, которые характеризуются следующим:
непрерывное выделение газа (V > 0) - кривая 1; поглощение газа (V < 0) - кривая 2;
вначале выделение, затем поглощение газа - кривая 3; вначале поглощение, затем выделение газа - кривая 4.
Выбор очевиден для кривых 1 и 2 и усложнен для кривых 3 и 4. Метод В более эффективен, если измерять изменение V во времени и определять скорость изменения объема газа dV/dt.
Эта скорость изучалась в зависимости от испытательного напряжения и температуры. На рис. 7 приводятся результаты при температуре 80°С для разных жидкостей. Можно видеть три типа зависимостей. Первый тип характерен для жидкостей, в которых, вне зависимости от температуры и воздействующего напряжения, dV/dt > 0. Это свойство полидиметилсилоксана, масел, некоторых эфиров, насыщенных углеводородов.
Второй тип характерен для жидкостей, в которых скорость dV/dt > 0 при условии метода В, но становится отрицательной при температурах ниже 80°С при нормированном напряжении 12 кВ или напряжении меньше 12 кВ и температуре 80°С. Это свойство некоторых минеральных масел, газообразование в которых иллюстрируется рис. 8.
Наконец, третий тип характерен для жидкостей, в которых dV/dt отрицательна вне зависимости от температуры и напряжения. Это свойство алкилбензолов и галогенных соединений.
Опыт показывает, что высокое содержание ароматических составляющих в жидкостях благоприятно для получения выраженных газопоглощающих свойств. Однако могут влиять и другие факторы, что исследуется в СИГРЭ.
Рис. 7. Скорость начального газообразования в зависимости от испытательного напряжения — метод В:
1 — эфир; 2 — полидиметилсилоксан; 3 - минеральное масло; 4 — фенилксилилэтан; 5 - C2Cl4
Рис. 8. Влияние напряжения U и температуры θ на газообразование минерального масла (метод В):
1 — зависимость от температуры; 2 — зависимость от напряжения
