Spannungsfestigkeit von Transformatorenölen

Einer der Hauptindikatoren, die die Isolationseigenschaften charakterisieren Transformatoröle in der Praxis ihrer Anwendung ist ihre Spannungsfestigkeit:

E = UNC / H

wobei Upr die Durchbruchspannung ist; h ist der Abstand zwischen den Elektroden.

Die Durchbruchspannung steht nicht in direktem Zusammenhang mit der spezifischen Leitfähigkeit, reagiert aber ebenso sehr empfindlich auf das Vorhandensein von Verunreinigungen ... Zumindest auf eine Änderung der Feuchtigkeit flüssiges Dielektrikum und das Vorhandensein von Verunreinigungen darin (sowie bei der Leitfähigkeit) nimmt die Durchschlagsfestigkeit stark ab. Änderungen des Drucks, der Form und des Materials der Elektroden sowie des Abstands zwischen ihnen wirken sich auf die Spannungsfestigkeit aus. Gleichzeitig haben diese Faktoren keinen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkeit.

Sauberes Transformatorenöl, ohne Wasser und andere Verunreinigungen, unabhängig von seiner chemischen Zusammensetzung, weist eine für die Praxis ausreichend hohe Durchschlagsspannung (mehr als 60 kV) auf, bestimmt an flachen Kupferelektroden mit abgerundeten Kanten und einem Abstand von 2,5 mm zwischen ihnen. Die Durchschlagsfestigkeit ist keine Materialkonstante.

Bei Stoßspannungen hat das Vorhandensein von Verunreinigungen nahezu keinen Einfluss auf die Spannungsfestigkeit. Es ist allgemein anerkannt, dass der Ausfallmechanismus für Stoßspannungen (Stoßspannungen) und Langzeitexposition unterschiedlich ist. Bei gepulster Spannung ist die Spannungsfestigkeit deutlich höher als bei einer längeren Spannungseinwirkung mit einer Frequenz von 50 Hz. Dadurch ist die Gefahr von Schaltüberspannungen und Blitzentladungen relativ gering.

Die Erhöhung der Festigkeit bei einer Temperaturerhöhung von 0 auf 70 °C ist mit der Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Transformatoröl, seinem Übergang vom Emulsionszustand in einen gelösten Zustand und einer Abnahme der Viskosität des Öls verbunden.

Eine wichtige Rolle im Abbauprozess spielen gelöste Gase. Selbst wenn die Stärke des elektrischen Feldes geringer ist als die der Zerstörung, wird eine Blasenbildung an den Elektroden beobachtet. Mit abnehmendem Druck nimmt bei nicht entgastem Transformatorenöl seine Festigkeit ab.

In folgenden Fällen ist die Durchschlagspannung druckunabhängig:

a) vollständig entgaste Flüssigkeiten;

b) Stoßbeanspruchungen (unabhängig von Verschmutzung und Gasgehalt in der Flüssigkeit);

c) hoher Druck [ca. 10 MPa (80-100 atm)].

Die Durchschlagsspannung von Transformatorenöl wird nicht durch den Gesamtwassergehalt bestimmt, sondern durch seine Konzentration im Emulsionszustand.

Die Bildung von Emulsionswasser und eine Abnahme der Spannungsfestigkeit treten in Transformatoröl, das gelöstes Wasser enthält, bei einem starken Abfall der Temperatur oder der relativen Luftfeuchtigkeit sowie bei einer Vermischung des Öls aufgrund der Desorption von an der Oberfläche adsorbiertem Wasser auf Schiff.

Beim Ersetzen von Glas in einem Behälter durch Polyethylen wird die Menge an Emulsionswasser beim Mischen des Öls von der Oberfläche desorbiert und erhöht entsprechend seine Festigkeit. Transformatoröl, das vorsichtig (ohne Rühren) aus einem Glasbehälter abgelassen wird, hat eine hohe elektrische Festigkeit.

Polare Substanzen mit niedrigem und hohem Siedepunkt, die im Transformatorenöl echte Lösungen bilden, haben praktisch keinen Einfluss auf die Leitfähigkeit und elektrische Festigkeit. Stoffe, die im Transformatoröl kolloidale Lösungen oder Emulsionen mit sehr kleiner Tröpfchengröße bilden (die die elektrophoretische Leitfähigkeit verursachen), werden bei niedrigem Siedepunkt reduziert, bei hohem Siedepunkt praktisch nicht beeinflusst Stärke.

Trotz der großen Menge an experimentellem Material ist zu beachten, dass es noch keine einheitliche, allgemein anerkannte Theorie zum Zusammenbruch flüssiger Dielektrika gibt, die auch bei längerer Spannungseinwirkung angewendet wird.

Der Durchschlag von mit Verunreinigungen verunreinigten flüssigen Dielektrika bei längerer Spannungseinwirkung ist im Wesentlichen ein Schutzgasdurchschlag.

Es gibt drei Gruppen von Theorien:

1) thermisch, was die Bildung eines Gaskanals als Folge des Siedens des Dielektrikums selbst an lokalen Stellen erklärt, was Feldinhomogenitäten (Luftblasen usw.) erhöht.

2) Gas, bei dem die Quelle des Zerfalls an den Elektroden adsorbierte oder in Öl gelöste Gasblasen sind;

3) chemisch, was den Zusammenbruch als Folge chemischer Reaktionen erklärt, die in einem Dielektrikum unter Einwirkung einer elektrischen Entladung in einer Gasblase auftreten. Gemeinsam ist diesen Theorien, dass der Ölabbau in einem Dampfkanal erfolgt, der durch die Verdampfung des flüssigen Dielektrikums selbst entsteht.

Es wird vermutet, dass der Dampfkanal durch niedrigsiedende Verunreinigungen gebildet wird, wenn diese eine erhöhte Leitfähigkeit verursachen.

Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes werden die im Öl enthaltenen Verunreinigungen, die darin eine kolloidale Lösung oder Mikroemulsion bilden, in den Bereich zwischen den Elektroden gezogen und in Richtung des Feldes transportiert. In diesem Fall wird aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Dielektrikums ein erheblicher Teil der freigesetzten Wärme für die Erwärmung der Verunreinigungspartikel selbst aufgewendet. Wenn diese Verunreinigungen die Ursache für die hohe spezifische Leitfähigkeit des Öls sind, verdampfen sie bei einem niedrigen Siedepunkt der Verunreinigungen und bilden bei ausreichendem Gehalt einen „Gaskanal“, in dem es zur Zersetzung kommt.

Verdampfungszentren können Gas- oder Dampfblasen sein, die unter dem Einfluss eines Feldes (infolge des Elektrostriktionsphänomens) aufgrund von im Öl gelösten Verunreinigungen (Luft und andere Gase und möglicherweise auch niedrigsiedende Oxidationsprodukte eines flüssigen Dielektrikums) entstehen ).

Die Durchschlagsspannung von Ölen hängt vom Vorhandensein gebundenen Wassers ab. Bei der Vakuumtrocknung von Öl werden drei Phasen beobachtet: I – ein starker Anstieg der Durchbruchspannung entsprechend der Entfernung von Emulsionswasser, II – bei dem sich die Durchbruchspannung kaum ändert und auf dem Niveau von etwa 60 kV bleibt Standardschock, dann zeitlich gelöstes und schwach gebundenes Wasser und III – langsames Wachstum des zerfallenden Ölstresses durch Entfernung von gebundenem Wasser.