Основные теоретические положения. Тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) является показателем качества масла

Тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) является показателем качества масла, чувствительным к присутствию в масле различных загрязнений (коллоидных образований, растворимых металлоорганических соединений и различных продуктов старения масла и твёрдой изоляции). Определение tgd позволяет выявить незначительные изменения свойств масла даже при очень малой степени загрязнения, которые не определяются химическими методами контроля. Характер температурной зависимости tgd позволяет определить тип загрязнения.

Диэлектрические потери для свежих масел характеризуют качество и степень очистки масел на заводе, а в эксплуатации - степень загрязнения и старения масла.

Повышение диэлектрических потерь в изоляционных маслах имеет место за счёт асфальто-смолистых веществ, которые образуют в масле коллоидный раствор, а также из-за наличия мыл.

Присутствие воды в масле повышает диэлектрические потери и придает U-образную форму зависимости tgd от температуры (при нагревании увлажнённого масла tgd уменьшается с нагревом до 50°С, а затем возрастает). Однако на tgd масла практически не влияет влага, находящаяся в состоянии истинного раствора. Существует порог концентрации воды в данном масле для заданной температуры и относительной влажности воздуха, выше которого tgd сильно возрастает. Сказанное иллюстрируется данными, приведёнными на рис. 1 .

Кислоты при комнатной температуре не повышают диэлектрических потерь масла. С увеличением температуры масла диэлектрические потери возрастают и тем больше, чем больше кислотное число масла.

Повышение диэлектрических потерь трансформаторного масла может привести к ухудшению всех изоляционных характеристик трансформатора, на основании чего может быть принято ошибочное решение о необходимости сушки трансформатора вместо принятия мер к восстановлению масла. Поэтому при получении изоляционных характеристик, не удовлетворяющих нормам, проверяют диэлектрические потери масла.

В реальном трансформаторе имеется не только жидкая, но и твёрдая изоляция (бумага, картон, хлопчатобумажная ткань и пр.), пропитанная маслом. Поэтому повышение диэлектрических потерь в маслах в процессе эксплуатации, не связанное с их качеством, может быть обусловлено растворением в них лаков трансформатора, сопровождающимся, как правило, повышением кислотного числа. В свежих маслах в коллоидном состоянии могут находиться смолы и мыла. В процессе эксплуатации коллоидными веществами, накапливающимися в масле, могут быть:

1) компоненты лака обмоток и старого шлама масел;

2) мыла, образующиеся в результате взаимодействия кислых продуктов старения масел с металлами трансформатора;

3) кислые шламоподобные продукты, не содержащие в своём составе металла, например, кислоты, в том числе асфальтогеновые, плохо растворимые в масле, смолы, асфальтены, карбены и другие продукты окисления.

При недостаточно совершённой конструкции трансформаторов имеются места с повышенной напряжённостью электрического поля, в которых затруднена циркуляция масла. Именно в этих местах за счёт высокой проводимости масла повышается температура. В результате этого усиленно идут процессы старения. Образующиеся при этом продукты, в свою очередь, повышают tgd масла и твёрдой изоляции. Эти взаимосвязанные и ускоряющие друг друга процессы, ведущие к локальному перегреву и старению жидкой и твёрдой изоляции, в конечном счёте могут привести к пробою. Это опасение является весьма серьёзным и подкрепляется рядом случаев пробоя трансформаторов, эксплуатировавшихся на маслах с повышенным tgd. Требования к качеству эксплуатационных масел по tgd приведены в табл. 1 .

Таблица 1. Требования к качеству эксплуатационных масел по tgd

Примечание. В числителе tgd масла приведены при 70°С, в знаменателе – при 90°С.

Повышение диэлектрических потерь в маслах в процессе эксплуатации, не связанное с их качеством, может быть обусловлено растворением в них компонентов плохо запечённых лаков трансформаторов, сопровождающимся, как правило, повышением кислотного числа. На повышение tgd в эксплуатации оказывают влияние мыла, образующиеся в результате взаимодействия кислых продуктов старения масел с металлами трансформатора.