Растворимость воды и газов в трансформаторном масле

Электроизоляционные свойства трансформаторных масел ухудшаются при наличии в них влаги или газовых включений. Степень снижения электрической прочности масла зависит не только от количества растворенной в нем влаги, но также от наличия сопутствующих примесей (волокон и т. п.). В связи с этим при одной и той же концентрации влаги в масле диапазон значений электрической прочности масла может быть довольно широким, особенно по мере увлажнения масла. Прямыми опытами установлено, что при наличии в масле примеси в виде частиц углерода (например, в масле из выключателя) последние могут легко связывать порядка 30—40% воды из масла. Эта связанная влага обычными методами анализа (например, с применением реактива Фишера) не определяется. В трансформаторном масле наряду с молекулярно-растворенной влагой присутствует вода, связанная с полярными примесями и некоторыми неуглеводородными компонентами масла. Поэтому полное влагосодержание масел значительно превышает уровни растворимости воды в углеводородах. Связанная вода заметно ухудшает пробивное напряжение масла. В ряде работ показано, что при наличии в масле примеси полярных продуктов окисления увеличивается гигроскопичность масла, повышается способность масла адсорбировать воду, увеличивается скорость переноса влаги из воздуха через масло в твердую изоляцию, что вызывает снижение пробивного напряжения масла и твердой изоляции. Характер зависимости пробивного напряжения масла от влажности определяется также температурой. На примере нефтяного и синтетического (алкилбензольного) трансформаторных масел установлено, что зависимость пробивного напряжения от температуры при различных значениях влагосодержания масел (от 10 до 160 млн^-1) имеет U-образный характер с минимумом в области температур от —20 до 0°С (рисунок 1). По мере увеличения концентрации влаги в маслах положение минимума на соответствующих кривых перемещается в направлении 0°С и более низких значений пробивного напряжения масла. При содержании влаги в маслах более 30 млн^-1 значение температуры, при которой имеет место минимум пробивного напряжения масла, коррелирует со значением температуры помутнения масла. По мере повышения степени насыщения масла водой снижается пробивное напряжение масла (рисунок 2). а — нефтяного; б — синтетического (алкилбензольного); цифры на кривых соответствуют влагосодержанию масел, млн^-1 Рисунок 1 - Влияние влажности на зависимость пробивного напряжения при переменном токе от температуры для трансформаторного масла а — нефтяного, б — синтетического (алкилбензольного) (R — отношение максимально возможного количества влаги, которое может раствориться в масле при данной температуре, к действительному влагосодержанию масла при той же температуре) Рисунок 2 - Влияние степени насыщения R масла водой на пробивное напряжение трансформаторного масла Снижение пробивного напряжения отечественных трансформаторных масел при низких температурах также связывают с влиянием влаги. Следует заметить, что наличие влаги в масле оказывает влияние также на характеристики частичных разрядов в пропитанной маслом изоляции трансформаторов, в результате чего уменьшается стойкость последней к воздействию частичных разрядов. Наконец, необходимо отметить, что при отрицательных температурах в увлажненном масле, находящемся в электрическом аппарате, имеются возможности для формирования льдистых образований. Последние оказывают существенное влияние на формирование пробоя внутрибаковой изоляции. Эти обстоятельства обусловливают большой интерес к вопросам гигроскопичности масел и закономерностям растворения в них различных газов. Кроме того, такие сведения крайне необходимы при выборе рациональных технологических режимов обработки трансформаторного масла, а также при расчетах герметичных трансформаторов.