Электрическая прочность трансформаторного масла.В ВМ и ВММ изоляционной и дугогасящей средой является трансформаторное масло.
Для трансформаторного масла с высокой степенью очистки (после дегазации и фильтрования) электрическая прочность составляет порядка 100 кВ/мм (амплитудное значение), но такое масло очень чувствительно к различного рода примесям, и добавление даже относительно небольшого количества примесей весьма заметно ухудшает разрядные характеристики масла. Масло поглощает влагу и газы, в результате этого ухудшаются электрические характеристики, и наблюдается значительный разброс измеренных значений пробивного напряжения. Согласно ГОСТ 6581-75 пробивное напряжение масла для ВМ и ВММ до 15 кВ включительно перед заливкой должно быть 30 кВ (для разрядника со стандартным промежутком между электродами 2,5 мм), а после заливки 25 кВ. Для ВМ и ВММ с номинальным напряжением 35 кВ и выше, пробивное напряжение масла перед заливкой должно быть 40 кВ, а после заливки 35 кВ. Для испытания масла обычно используется аппарат типа ТУ-158, где в фарфоровый сосуд с разрядником (между этими электродами 2,5 мм) заливают 0,5 л масла. Для данного образца масла следует сделать 5 пробоев; затем определяют среднее арифметическое, которое и принимают за пробивное напряжение данного образца масла. Поэтому периодические высоковольтные испытания масла на электрическую прочность в эксплуатации являются обязательными испытаниями на качество масла.
Рассмотрим основные причины понижения изоляционных и дугогасительных свойств масла в эксплуатации.
Разложение масла под действием дугового разряда. Проводящие частицы(например, частички сажи), которые образуются после дуговых разрядов, вызывают локальное увеличение напряженности электрического поля и могут затягиваться в промежуток между контактами. Они притягиваются к изоляционным поверхностям ВММ и оседают на них, что приводит к образованию на этих поверхностях проводящих мостиков и снижению электрической прочности. Количество выделившегося углерода (сажи) пропорционально энергии отключаемой дуги, и с увеличением числа коммутаций происходит его увеличение.
Газы. Электрическая прочность пузырьков газа ниже, чем масла, и потому появление частичных разрядов в пузырьках способно инициировать общее перекрытие изоляции. Газовые пузыри в ВМ поднимаются наверх и, дойдя до границы масла, переходят в зону газообразной подушки над поверхностью масла. В процессе дугогашения происходит сильное перемешивание двухфазной среды и дополнительная загазованность масла газопаровой смесью.
Влага. Влага может попадать в масло либо непосредственно из атмосферы, либо в результате конденсации на стенки камер при резких колебаниях температуры. Капли воды в зоны с высокой напряженностью электрического поля, вытягиваясь, могут образовать продольные мостики пониженного сопротивления.
Форма волны приложенного напряжения. Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от формы волны приложенного напряжения. В частности, электрическая прочность масла при одноминутном напряжении частоты 50 Гц намного ниже, чем при грозовых импульсах 1/50 мкс.
Влияние гидростатического давления. Электрическая прочность трансформаторного масла возрастает по мере повышения его гидростатического давления, так как при значительном повышении давления находящиеся в масле газовые пузырьки сильно сжаты, а к тому же возрастает и растворимость газа в масле.
Перекрытия по поверхности твердой изоляции в масле. Разрядные градиенты напряжения по поверхности чистого твердого диэлектрика, погруженного в масло, заметно ниже пробивных градиентов чисто масляного промежутка.
В ВМ и ВММ к поверхности погружаемых в масло изоляционных конструкций обычно притягиваются всевозможные загрязняющие примеси и потому разрядные градиенты вдоль поверхности твердого диэлектрика оказываются много ниже, чем у чистого масла. Принято считать, что разрядные градиенты напряжения по поверхности чистого твердого диэлектрика, погруженного в трансформаторное масло, составляют лишь 20% разрядного градиента самого масла.
Чтобы масло не увлажнялось, его не следует заливать в сырую погоду. В холодное время года температура масла должна быть на 5-10 оС выше температуры окружающей среды.
5.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАСЛЯНЫХ И МАЛОМАСЛЯНЫХ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
В дугогасительных устройствах (ДУ) в ВМ и ВММ гашение дуги осуществляется в результате эффективного ее охлаждения в потоке газообразной среды (парогазовой смеси), генерируемой самой электрической дугой отключения за счет испарения и разложения масла.
При оценке термодинамического состояния этой среды исходят из средних значений температуры и усредненного химического состава, где основное внимание уделяется водороду H2 (47–66 % от объема), который обладает высокой теплопроводностью (по сравнению с воздухом), но меньшей электрической прочностью. Длина электрической дуги отключения в масляных ДУ превышает межконтактный промежуток в 1,2-2,6 раза, а диаметра дуги в парогазовой смеси относительно условный параметр.
Установлено [8], что средняя по сечению дуги и времени температура при амплитудном значении тока составляет 7000–10000 К, а при подходе к нулю тока (за 0,1 мс) она уменьшается до 5500 К. Температура центральной части парогазового пузыря равна 2500 К (средняя температура газопарового пузыря около 2000 К) [8]. Напряженность электрического поля на стволе дуги 70-100В/см на этапе «парогазовый пузырь» и 200–300В/см на этапе «газовое дутье». При больших токах охлаждение ствола происходит, главным образом, за счет конвекции при больших давлениях в парогазовом пузыре.
При относительно малых токах отключения (критические токи) давление и конвекция в зоне гашения снижаются, следовательно, ухудшаются условия гашения дуги, вследствие чего наблюдается увеличение продолжительности горения дуги. Характеристики ДУ различного типа приведены в табл. 5.1.
