Апреля Материаловедение
ТЕМА: Жидкие диэлектрики
Общие сведения
Наиболее широкое распространение в электротехнических устройствах получили нефтяные (минеральные) электроизоляционные масла и синтетические жидкости.
Они выполняют функцию изолирующей, охлаждающей и дугогасящей среды и применяются как в чистом виде, так и в сочетании с волокнистыми и твёрдыми материалами, например, бумажно-масляная или маслобарьерная изоляция.
Поэтому при выборе изолирующей жидкости необходимо соблюдать следующие требования:
· совместимость с применяемыми материалами;
· высокая электрическая прочность;
· высокое удельное сопротивление;
· малые диэлектрические потери;
· стабильность свойств в условиях длительной эксплуатации;
· пожарная и экологическая безопасность.
Не все жидкие диэлектрики удовлетворяют этим требованиям, поэтому в каждом конкретном случае предпочтение отдаётся тем свойствам, которые обеспечивают необходимую стабильность параметров, надёжность и долговечность изделия.
Минеральные (нефтяные) масла.
К этой группе относятся трансформаторное, конденсаторное и кабельное масла.
Трансформаторное масло находит наибольшее применение в электротехнике. Его получают из нефти посредством её ступенчатой перегонки и последующей тщательной очисткой от химически нестойких примесей. Назначение трансформаторного масла двояко: во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции; во вторых, оно улучшает отвод тепла, выделяемого за счёт потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Ещё одна важная область применения трансформаторного масла – масляные выключатели высокого напряжения. В масляных выключателях жидкий диэлектрик не только изолирует токопроводящие части, но и выполняет роль среды, гасящей электрическую дугу, которая возникает между контактами срабатывающего выключателя. Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполняемых вводов, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов.
Конденсаторное масло получают из трансформаторного путём дополнительной обработки под вакуумом с целью удаления воздуха (газов). К параметрам конденсаторного масла предъявляются повышенные требования, так как в процессе эксплуатации невозможно производить замену или регенерацию масла, и диэлектрические свойства его должны сохраняться в течение всего срока службы.
Пропитка изоляции конденсаторов маслом с высоким значением электрической прочности позволяет уменьшить толщину изоляции и увеличить коэффициент диэлектрической проницаемости изоляции, что сокращает массогабаритные показатели конденсаторов при тех же значениях ёмкости. Низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь снижает потери, а следовательно, и нагрев изоляции и позволяет увеличить срок службы.
В конденсаторном масле не допускается содержание газов, так как в газовых включениях при высокой напряжённости электрического поля интенсивно развиваются ионизационные процессы, что может привести к пробою изоляции.
К кабельным маслам, как и к конденсаторному маслу, предъявляются высокие требования касательно стабильности и численного значения параметров, так как изоляция должна обеспечить длительный срок службы.
Однако есть и специфические требования, зависящие от конструкции изоляции и величины напряжения.
Так, для кабелей с бумажно-масляной изоляцией (БМИ) напряжением до 35 кВ масло должно обладать повышенной вязкостью, что исключает его стекание при прокладке кабеля на различных уровнях и образование «обедненных» участков изоляции, где возможны развитие разрядных процессов и пробой изоляции. Для увеличения вязкости в масло добавляют канифоль или другие загустители.
В маслонаполненных кабелях напряжением 110 кВ и выше токоведущие жилы выполняют в виде толстых труб, свитых из круглых или сегментных проводов. Внутрь этих труб подается масло под давлением. Проникая сквозь зазоры между проводами, масло пропитывает бумажную изоляцию. В кабелях, проложенных в стальных трубах, оно омывает внешнюю поверхность изоляции (здесь применяют менее вязкие масла).
В настоящее время во многих странах производство кабелей с БМИ прекращено. На смену им пришли кабели с твердой изоляцией на основе полиэтилена и других материалов. Твердая изоляция обладает более высокими электрическими свойствами, что позволяет уменьшить толщину изоляции (диаметр кабеля), увеличить строительную длину, токовые нагрузки и допустимую рабочую температуру и, главным образом, упростить процесс изготовления кабелей, их прокладку, разделку и эксплуатацию.
Все масла в процессе эксплуатации находятся под воздействием внешних факторов. Это вызывает старение масла.
Скорость старения масла возрастает:
- при доступе воздуха, так как старение масла в значительной степени связано с его окислением кислородом воздуха, особенно интенсивно идёт старение при соприкосновении масла с озоном;
- при повышении температуры (обычно наивысшей рабочей температурой масла считают 95º С);
- при соприкосновении масла с некоторыми металлами (медь, железо, свинец) и другими веществами – катализаторами старения;
- при воздействии света;
- при воздействии электрического поля.
Для восстановления свойств масла используют несколько способов:
- пропускают под давлением сквозь фильтрованную бумагу в специальных установках;
- воздействуют на масло центробежной силой в центрифуге;
- обрабатывают адсорбентами;
- распыление нагретого масла в камере, заполненной азотом.