Образование газов вследствие термического разложения изоляции электрооборудования

Следующим главным источником образования газов в трансформаторе, кроме термического разложения масла, является разложение твердой изоляции, которое, как правило, сопровождается также и разложением масла.
Образование газов - неизбежный результат нагрева всех органических электроизоляционных материалов выше определенного предела.
При внутренних повреждениях трансформаторов наблюдается также понижение содержания кислорода в выделившемся газе по сравнению с его содержанием в воздухе.
Когда нагревающиеся части изоляции соприкасаются с воздухом, большое значение имеют процессы окисления. В трансформаторе присутствие воздуха почти полностью исключается, и образующиеся газы не претерпевают окисления, состав их определяется физическими изменениями, приводящими к кипению жидкости или термическому разложению.
В результате разложения изоляции возможно образование стойких или конденсирующихся газов или тех и других.
Температура, при которой происходит газообразование, не может быть точно определена для какой-либо изоляции трансформатора. Для твердой изоляции используется большое число материалов различного состава, но о термическом разложении их нет такой полной информации, как для трансформаторного масла. Каждый вид твердой изоляции имеет свой механизм разложения. Можно вывести основные правила, относящиеся к термическому разложению всех твердых изоляционных материалов.
В твердой изоляции не происходит образования газов до температуры 150°С, выбираемой как высший предел при конструировании трансформаторов. Следует, однако, указать, что хотя термического разложения твердой изоляции при температуре ниже 150°С не происходит, газообразование все же возможно вследствие происходящих окислительных процессов. Известно, что трансформаторное масло может окисляться и при температуре ниже 150°С и при этом всегда в качестве продукта окисления образуется двуокись углерода.
В интервале 200-400°С большинство органических материалов находится в нестабильном состоянии, а количество случаев и объем разложения быстро увеличиваются с возрастанием температуры.
Продуктами разложения твердой изоляции могут быть газы, жидкости или твердые вещества, и в ранней стадии разложения они могут являться характерными для отдельных материалов. По мере возрастания температуры разложение материалов становится все более значительным, вследствие этого исчезают их индивидуальные особенности, а образующиеся продукты разложения будут все более простыми с приближением к элементарному составу изоляционных материалов.
Большая часть твердой изоляции трансформаторов подразделяется на целлюлозные и смолистые материалы; они имеют в своем составе кислород, связанный с углеродом и водородом. К целлюлозным материалам относятся бумага, картон, хлопчатобумажная, шерстяная, льняная пряжа и их производные. Поэтому при разложении твердой изоляции будут выделяться окись и двуокись углерода, причем количество окиси углерода должно, очевидно, преобладать в соответствии с соотношением углерода и кислорода в исходных материалах. Таким образом, в результате разложения основной массы твердых изоляционных материалов образуется окись углерода, и поэтому присутствие ее в хроматографическом анализе свидетельствует о разрушении твердой изоляции.
Также были проведены эксперименты по определению газа, являющегося результатом разложения нескольких изоляционных материалов в электрической дуге. (Правда, авторы в этой работе не указали мощность воздействия электрической дуги. По этой причине, по мнению автора настоящей работы, эти данные могут быть несколько иными.) Результаты этих экспериментов приведены в табл.   Различия в процентном содержании газов, образующихся из различных сортов материалов, находились в пределах возможной точности эксперимента. При этих экспериментах количество газа, достаточное для анализа, выделялось в течение 5 с, при испытаниях же картона такое же количество газа выделялось в течение 60 с.

Определение газа, являющегося результатом разложения нескольких изоляционных материалов в электрической дуге

Из данных видно, что газ, образующийся при разложении масла, состоит почти полностью из водорода и ацетилена. Окись углерода (за счет растворенного в масле кислорода) может быть, но в незначительном количестве.
Газ, образующийся при разложении картона и материалов на основе фенолоформальдегидных смол, также содержит водород и ацетилен, но отличается большим содержанием окиси
углерода, что является результатом участия в реакциях связанного кислорода из молекул целлюлозных и смолистых материалов.
Имеются также отличия в содержании водорода и ацетилена. Из анализа данных табл. 9 следует, что в газе, образующемся при разложении масла (при наличии картона), уменьшается содержание водорода, но количество ацетилена остается неизменным. При одновременном разложении масла и материалов на основе фенолоформальдегидных смол в образующемся газе уменьшается содержание как водорода, так и ацетилена по сравнению с газом, образующимся при разложении только одного масла. При этом увеличивается содержание окиси углерода по сравнению с газом, образующимся при наличии картона. Последнее может быть результатом повышенного содержания кислорода в составе фенолоформальдегидных смол [53].
Составляющие масло парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды состоят из углерода и водорода. В масле может содержаться некоторое количество серы и в очень незначительном количестве азот и кислород. Поэтому существенного образования окиси или двуокиси углерода при термическом разложении диэлектрической жидкости или под воздействием электрических разрядов в трансформаторном масле не происходит. Это подтверждается рассмотрение результатов исследований, так как ни в одном случае не было отмечено образования этих газов. При разложении масла окись или двуокись углерода образуются в очень незначительном количестве. На образование окиси и двуокиси углерода может влиять растворенный в масле кислород воздуха, но содержание его невелико. Учитывая это, можно определить, что разлагается,- масло или твердая изоляция. При разложении одного масла, в котором растворен, например, только азот, не может быть образованиями выделения окиси и двуокиси углерода. Следовательно, выделение газов, содержащих окись и двуокись углерода, при внутренних повреждениях трансформаторов с азотной защитой несомненно свидетельствует о разложении твердой изоляции.
Причины образования газов в масле могут быть различными и в ряде случаев не связанными с внутренними повреждениями трансформаторов. Особое внимание необходимо уделять случаям, которые связаны с выделением горючих газов, хотя это не всегда свидетельствует о внутренних повреждениях трансформаторов.