Термическое разложение масло-барьерной изоляции начинается при температуре выше 500° С, при этом в основном выделяется углекислый газ и в меньшем количестве окись углерода и водород. При любом повреждении трансформатора будут выделяться метан, двуокись углерода и ацетилен, причем первые два газа могут являться продуктами естественного старения бумажно-масляной изоляции и содержаться в масле нормально работающего трансформатора. Ацетилен же появляется в масле только под действием электрического разряда. Следовательно, если в масле появился ацетилен и повышенное по сравнению с маслом нормально работающих трансформаторов количество двуокиси углерода и метана, то это указывает на повреждение трансформатора. Отбраковка трансформаторов по этому признаку оправдала себя на практике. Определение растворенных в масле газов производилось хроматографическим методом. Этот метод позволяет определять в трансформаторах местные очаги нагрева (горячие точки), которые на такой стадии не могут быть определены обычными методами профилактических испытаний. Таким образом, повреждения трансформаторов малой интенсивности, когда выделяющиеся газы растворяются в масле и не попадают в газовое реле, можно обнаружить с помощью определения содержания газов в масле работающих трансформаторов. К выделению газов приводят такие дефекты маслонаполненных трансформаторов, как перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова. Перегревы могут быть вызваны несовершенным контактом в месте подсоединения отводов обмотки к вводу; подгоранием контактов РПН (у трансформаторов с РПН); несовершенным контактом заземляющих шин пакетов стали магнитопровода; замыканием листов электротехнической стали; разрывом стяжных шпилек; самоотвинчиванием гайки и перемещением стяжного болта; прокручиванием стяжных болтов; нагревом металлических предметов, случайно попавших в бак трансформатора; касанием магнитопровода стенки бака через направляющие. Во всех этих случаях поднимается высокая температура, приводящая к разложению масла. Наиболее частым случаем является замыкание листов электротехнической стали, так называемый «пожар железа». Анализ полученных данных показывает, что перегрев металла при 238° С приводит к разложению масла с образованием кислот, при 270° С начинают выделяться газы, при t 337° С происходит выпадение осадка.
Возможен также такой механизм развития дефекта: образующиеся при разложении масла нерастворимые в нем смолы накопляются в месте перегрева, что ухудшает в этом месте отвод тепла, температура растет и вызывает разрушение изоляции соседних листов стали, происходит развитие дефекта. Образовавшиеся при этом пузырьки газа диаметром около 0,015 см растворяются в масле. Поэтому газовые реле не фиксируют процесс выплавления металла. При температуре выше 340° С от нагретых участков начинает подниматься поток пара и газа, пузыри которых имеют значительный объем (до 60 см3). Такие пузыри уже доходят до газового реле, и реле срабатывает.
Рис. 2. Схема установки для определения содержания газов, растворенных в масле (а):
1 — кран одноходовой; 2 — тройники; 3. В, 10 — краны серповые; 4 — устройство для ввода пробы масла; 5 — дрекная; 9 — осушитель газа; 1 — газ-носитель; II — ввод пробы; III — на колонку хроматографа; IV — к вакуумному насосу; б — устройство для ввода пробы; 1 — устройство для ввода пробы в сборе; 2 — тройник; 3 — втулка; 4 — гайка накидная
Перегревы и ускоренное старение твердой изоляции возникают при наличии в изоляции областей, температура которых превышает допустимую для данного класса изоляции. Такие области могут возникнуть в результате дефектов конструкции или ухудшения свойств изоляции в процессе эксплуатации, например ее увлажнения. Перегревы изоляции приводят к выходу трансформатора из работы, так как твердая изоляция (бумага, электротехнический картон) быстро стареет и теряет как диэлектрические, так и механические свойства. На практике часто встречаются такие случаи перегрева твердой изоляции, как перегрев изоляции крайних витков обмотки (причина — пронизывание этих витков потоком рассеяния), а также перегрев твердой изоляции отвода обмотки (причина — повышенный нагрев места присоединения отвода к вводу). Перегрев твердой изоляции — опасный дефект, так как может вызвать электрический или тепловой пробой, что приведет к аварийному отключению трансформатора.
Основным газом, выделяющимся при нагреве бумаги, является углекислый газ (СОг). Количество СО2 возрастает во времени с постоянной скоростью. Газовыделение в трансформаторах с открытым дыханием значительно повышает газовыделение в трансформаторах, имеющих защиту. Так на 1 г бумаги в трансформаторах с открытым дыханием выделяется газа 9-10-2 мл/сут, в трансформаторах с азотной защитой 4-10^2 мл/сут и в трансформаторах с пленочной защитой 1-10^2 мл/сут. Для количественного и качественного определения газов, растворенных в трансформаторном масле, удобен хроматографический метод, разработанный ВТИ им. Дзержинского. Анализ состоит из двух последовательных операций: выделения растворенных газов путем вакуумирования пробы и количественного определения состава газа. Для анализа надо всего 1 мл масла. Вакуумирование пробы производится при остаточном давлении 133,3 Па. Ошибка опыта не превышает 0,5%. Чтобы ускорить выделение газа, пробу нагревают до 100° С в специальном дрекселе и перемешивают магнитной мешалкой. Эти операции производятся с помощью специальной приставки (рис. 2). Важной частью приставки является устройство для введения пробы. Конструкция приставки позволяет создать избыточное давление газа-носителя в полости тройника, чтобы исключить подсос воздуха. Для прокладок можно использовать резиновые пробки от лекарств, что позволяет производить до 15 определений без замены прокладок. Колонку хроматографа заполняют сорбентом под вакуумом, после чего подключают приставку к хроматографу в линию газа- носителя перед входом в колонку, продувают систему газом-носителем, вакуумируют приставку, проверяют ее герметичность и полноту удаления воздуха. Для этого серповой кран 3 ставят в положение, отключающее приставку и соединяющее газ-носитель с камерой устройства для ввода пробы. Через кран 10 приставку вакуумируют 5 мин, после чего его поворачивают так, чтобы отключить приставку от вакуумного насоса и хроматографа. Расчет концентрации газов производится по градуировочному графику. Условия хроматографического анализа следующие: сорбент-молекулярные сита типа 10Х, длина колонки 2 м, диаметр 4 мм, детектор по теплопроводности, ток детектора 7,5 мА, температура 40е С, газ-носитель гелий, скорость 150 мл/мин. Ошибка опыта не превышает 2,5%. Этим методом производились определения содержания газа в пробах масла, отобранных из трансформаторов 750 кВ с азотной защитой. С помощью той же приставки к хроматографу можно определить содержание влаги в масле. Отличие заключается в том, что все детали должны быть выполнены из металла. При использовании резиновых или пластиковых шлангов и стеклянных деталей получаются невоспроизводимые результаты.
