Пробивное напряжение является важнейшим показателем качества трансформаторного масла, которое характеризует способность жидкого диэлектрика выдерживать электрическое напряжение без пробоя, т.е. определяет безаварийную работу всей системы изоляции оборудования. Определение значений пробивного напряжения по ГОСТ 6581-75 зависит от температуры испытуемого масла. В протоколе следует указывать температуру масла при данном испытании, и при прочих равных условиях результаты следует считать сопоставимыми, если разность температур при определении не превышает 2°С. Чем выше рабочее напряжение трансформатора, тем большей величиной должна быть электрическая прочность масла. Величина электрической прочности показывает степень увлажнения масла. Например: ничтожно малое количество воды резко снижает пробивное напряжение масла и делает его непригодным для работы в энергетических аппаратах.
Влияние напряженности электрического поля Е на скорость окисления масла марки Т-1500 при 95°С: 1 -- Н=2,5МВ/м (в герметичном сосуде без масла); 2 - Е=2,5 МВ/м;-3 - Е=0; 4 - Е=3,5 МВ/м; 5 - Е=5,0 МВ/м; 6 - содержание ионола в масле после 720 ч окисления
Наличие воды в (%) в масле соответствует пробивному напряжению (кВ): 0,03-10 кВ 0,0075 -20 кВ 0,00025 - 30к В, отсутствие - свыше 40 кВ.
Электрическая прочность снижается за счет присутствия в масле механических примесей, в том числе мельчайших волокнистых веществ, незаметных при обычном освещении, они образуют проводящие мостики между электродами сосуда-разрядника и служат причиной резкого спада электрической прочности масла. На пробивное напряжение масла также влияет скорость движения масла. В мощных силовых трансформаторах, как известно, применяют принудительное охлаждение масла с помощью масляных насосов. Так, при возрастании скорости масла до 1 м/с пробивное напряжение уменьшается на 10%. Возможно уменьшение пробивного напряжения на 20% при скорости 15-20 см/с для старого масла та трансформатора, находившегося в эксплуатации.
Снижение температуры масла в пределах +20 до -5°С при переменном и постоянном напряжении приводит к уменьшению Е„р масла, а дальнейшее снижение ее от -5 до -45°С вызывает рост Епр. Это объясняется различным агрегатным состоянием воды в масле, образованием кристаллов льда и ростом вязкости масла. Зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от температуры приведена на рис.
Схема установки для определения пробивного напряжения масла
Аппарат для испытания пробивного напряжения представляет собой подвижную тумбочку (см. рис. 4), в нижней части которой находится повышающий трансформатор мощностью 3 кВА. Трансформатор питается от осветительной сети переменного тока. В верхней части аппарата помещается фарфоровый сосуд для заливки испытуемого масла. В сосуде- разряднике находятся латунные электроды (плоские параллельные диски с закругленными краями диаметром 25 мм), присоединённые к выводам обмотки высокого напряжения трансформатора. Расстояние между плоскостями электродов должно быть равно 2,5 мм. Напряжение, подаваемое на электроды от трансформатора, может постепенно повышаться до 80 кВ. Пробой отмечается по образованию дуги между электродами в виде яркой искры- вспышки, отключению высокого напряжения и спаданию на нуль стрелки вольтметра.
Испытание производится плавным подъемом напряжения с нуля до пробоя со скоростью 2-5 кВ в 1 с.
Для одной пробы при плавном подъеме напряжения должно производиться шесть пробоев. После каждого пробоя из промежутка между электродами посредством стеклянного или металлического стержня должны быть удалены обуглероженные частицы испытываемой жидкости. После этого жидкость должна отстояться в течение 10 мин. Пробивное напряжение определяется как среднее арифметическое пяти последних пробоев.
Зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от температуры при постоянном и переменном напряжениях, электроды- диски 25 мм с закругленными краями, расстояние 2,5 мм. При постоянном напряжении: I - масло ТКп, содержащее 0,002% (мае.) воды; 2 - масло Т-1500, содержащее 0,004% (мас.) воды; при переменном напряжении; 3 - масло ТКп; 4 - масло Т-1500.
При приближении пробивного напряжения к предельно допустимому значению следует определить количественное влагосодержание масла. Влагосодержание также позволяет определить причину ухудшения характеристик твердой изоляции.
Определение значений пробивного напряжения зависит от температуры испытуемого масла. Чем выше рабочее напряжение трансформатора, тем большей величины должна быть электрическая прочность масла. Электрическая прочность масла чрезвычайно чувствительна к его увлажнению. Весьма малая примесь воды в масле резко снижает его электрическую прочность. Под действием сил электрического поля капельки эмульгированной в масле воды втягиваются в места, где напряженность поля особенно велика и где, собственно, и начинается развитие пробоя. Еще более резко понижается электрическая прочность масла, если в нем, кроме воды, содержатся волокнистые примеси.
Волокна бумаги, хлопчатобумажной пряжи легко впитывают в себя влагу из масла, причем значительно возрастает диэлектрическая проницаемость смеси. Под действием сил поля увлажненные волокна не только втягиваются в места, где поле сильнее, но и располагаются по направлению силовых линий, что весьма облегчает пробой масла.
Изменения давления, формы и материала электродов и расстояния между ними влияют на электрическую прочность. В то же время эти факторы не влияют на проводимость жидкости.
Вода легко может попасть в масло при его перевозке, хранении, переливке в недостаточно просушенную тару и т.п.
Чистое трансформаторное масло, свободное от воды и других примесей, независимо от его химического состава обладает высокой, достаточной для практики электрической прочностью (более 210 кВ/см), определяемой в плоских медных электродах с закругленными краями и расстоянием между ними 2,5 мм. Повышение электрической прочности с увеличением температуры от 0 до 70°С связывают с удалением из масла влаги, переходом ее из эмульсионного состояния в растворенное и уменьшением вязкости масла.
Растворенные газы играют большую роль в процессе пробоя. Еще при напряженности электрического поля, более низкой, чем пробивная, отмечается образование на электродах пузырьков. С понижением давления для недегазированного масла прочность его падает. Однако в случаях тщательно дегазированной жидкости пробивное напряжение вовсе не зависит от давления.
