§ 38. Жидкие диэлектрики. Классификация и назначение жидких диэлектриков.

В качестве жидких электроизоляционных материалов в электротехнических устройствах применяют электроизоляционные минеральные масла и синтетические жидкие диэлектрики: совол и кремнийорганические жидкости. Наибольшее применение имеют минеральные масла. По характеру использования в качестве жидких диэлектриков нефтяные масла могут быть разделены на три группы.

1) масла для высоковольтных трансформаторов и высоковольтных выключателей;

2) кабельные масла, используемые для пропитки бумажной изоляции высоковольтных кабелей;

3) конденсаторные масла, применяемые для пропитки бумажной изоляции конденсаторов. Для этой же цели в бумажно-масляных конденсаторах используют искусственную жидкость – совол.

Характерной особенностью всех жидкостей является то, что их молекулы обладают большей подвижностью по сравнению с молекулами твердого тела. Чем выше температура жидкостей, тем подвижность их молекул больше. Это свойство жидкостей определяется их вязкостью. Большая подвижность молекул жидкостей обеспечивает им возможность заполнять различные пустоты в твердой изоляции. Минеральные масла хорошо пропитывают такие пористые электроизоляционные материалы, как картоны, бумаги, дерево и др. Будучи хорошими диэлектриками, минеральные масла, проникнув в поры такой изоляции, улучшают их электрические характеристики. Так, например, у пропитанной минеральным маслом бумаги, резко возрастает по сравнению с непропитанной электрическая прочность Е_пр. Минеральные масла при температурах около 70-80^оС обладают небольшой вязкостью, поэтому частицы масла приобретают большую подвижность. Это позволяет использовать нефтяные масла в трансформаторах для охлаждения обмоток.

Масло в трансформаторах нагревается у обмоток и, притекая к холодным частям бака трансформатора, отдает им полученное тепло. Масло, имеющее большую вязкость, не обеспечивает необходимого охлаждения трансформатора. На рис 93. приведена кривая вязкости трансформаторного масла в зависимости от температуры.

В высоковольтных трансформаторах нефтяное масло является не только теплопроводящей средой, но и главным электроизоляционным материалом. Оно заполняет пространство между обмотками трансформатора и тем самым усиливает изоляцию трансформатора.

Выполняя эту роль, масло должно обладать в первую очередь высокой электрической прочностью и малой величиной тангенса угла диэлектрических потерь.

В высоковольтных выключателях применяется то же самое масло, что и в трансформаторах. Здесь масло выполняет не только функцию диэлектрика, изолирующего части выключателя с высоким напряжением от стенок бака, но средой, гасящей электрическую дугу, возникающую дугу, между контактами выключателя при отключении им высоковольтных сетей.

Процесс гашения электрической дуги состоит в следующем: при высокой температуре электрической дуги масло разлагается с выделением газов (водорода, ацетилена, этилена и др.). Газы вытесняют масло из части объема около контактов выключателя и образует газовое пространство. Давление в этом газовом пространстве повышается, в результате чего дуга прекращает свое горение.

Рис.93. Вязкость трансформаторного масла в зависимости от температуры.

В электрических кабелях минеральное масло применяется в чистом виде без каких-либо растворенных в нем веществ или в виде пропиточного состава для пропитки бумажной изоляции. В последнем случае в минеральное масло вводят канифоль, которая растворяется в масле.

В результате этого вязкость масла повышается, что обеспечивает не перетекание масла в бумажной изоляции внутри кабеля.

Для масел, применяемых в бумажно-масляных конденсаторах, основными характеристиками являются: электрическая прочность, тангенс угла потерь и высокое удельное объемное сопротивление.

Минеральные электроизоляционные масла.

Минеральные масла получают методом дробной перегонки нефти. Химический состав их определяется составом нефти. Все нефтяные масла являются смесью различных углеводородов парафинового (метанового), нефтяного и ароматического рядов. Углеводороды парафинового ряда представляют собой соединения углеводорода и водорода в виде молекул цепочной структуры.

Н Н Н Н

| | | |

Н — C — C — C — … — С — Н

| | | |

Н Н Н Н

Как видно из этой формулы, цепочки могут быть различной длины в зависимости от количества соединенных между собой атомов углерода.

Углеводороды метанового ряда можно выразить общей формулой С_nH_2n+2, где n – целое число.

При этом до n=5 эти соединения (при комнатной температуре) представляют собой газообразные вещества, до n=15 – жидкости, а при n>15 – твердые вещества.

Углеводороды метанового ряда обладают хорошей химической стабильностью, т. е. стойкостью против окисления.

Нафтеновые углеводороды представляют собой соединения углерода с водородом в виде замкнутых колец с боковыми цепями.

СН — СН₂ — СН₃ СН — СН₃

Н ₂С CH₂ Н₂С CH₂

Н ₂С CH₂ Н₂С CH—CH₃

CH₂

Поэтому они часто называются циклическими углеводородами. Содержание их в масле достигает 70-85%.

Ароматические углеводороды тоже являются циклическими соединениями углерода с водородом, имеющими (аналогично нафтенам) небольшие боковые цепочки. Установлено, что удаление этих углеводородов из электроизоляционного масла приводит к быстрому окислению, однако чрезмерное количество ароматических углеводородов в составе масел понижает температуру вспышки паров масла и вызывает выпадение осадков.

В результате этого ухудшаются диэлектрические свойства масла.

Количество ароматических углеводородов в масле регулируется в зависимости от химического состава нефти. Представителем ароматических соединений является бензол, химическая формула которого такова:

CH

НС CH

НС CH

CH

Как видно из этой формулы, ароматические соединения в отличие от нафтенов имеют так называемую двойную связь между атомами углерода, что обеспечивает их стойкость против окисления.

Наши отечественные нефти, из которых изготавливают электроизоляционные масла, являются преимущественно нафтеновыми с содержанием ароматических углеводородов в пределах 10-15%, в некоторых из них имеются и парафиновые углеводороды.

Изготовление масла из нефти – сложный технологический процесс, состоящий из ряда физико-химических операций. Содержащиеся в нефти отдельные ее части кипят при разных температурах и поэтому могут быть из нее удалены раздельно – путем нагрева в вакууме до разных температур. При температурах ниже 300^о С из нефти выделяются легкие продукты: бензин, лигроин, керосин. Из оставшейся части, называемой мазутом, при температуре выше 300^оС выделяется соляровое масло. Путем последовательной обработки его кислотой и щелочью из него удаляют химически нестойкие соединения и получают электроизоляционное масло. Полученное масло промывают теплой дистиллированной водой, вводимой в масло в виде тонких струек. После отстоя и удаления посторонних продуктов промытое водой масло сушат и очищают отбеливающей глиной от химически нестойких веществ. Для этого в масло вводят отбеливающие глины или земли. Затем это масло фильтруют через слои фильтрованного картона, установленные в фильтр прессе.

Назначение и условия эксплуатации электроизоляционных масел в каждом отдельном случае их использования в электротехнических устройствах несколько отличаются друг от друга. Поэтому должны различаться и те требования, которые предъявляются к ним в отношении физико-химических свойств.

Трансформаторное масло выпускается согласно ГОСТ 982-56 двух марок: масло трансформаторное и масло трансформаторное с антиокислительной присадкой. В состав масла второй марки вводится антиокислительная присадка для стабилизации физико-химических свойств масла.

Все трансформаторные масла обычно делят на следующие группы:

1.Не бывшее в эксплуатации свежее масло, полученное с завода.

2.Чистое сухое масло. В эту группу входят:

а) еще не бывшее в эксплуатации;

б) масло, уже бывшее в эксплуатации, но восстановленное химически.

3. Масло, находящееся в эксплуатации.

4. Масло, изъятое из обращения и подлежащее восстановлению.

Свежее трансформаторное масло перед заливкой его в аппараты и трансформаторы подвергается испытанию соответственно требованию ГОСТ 982-56. Главные его показатели приведены в таблице 24.

Технические условия на свежее трансформаторное масло. Таблица 24

Марки	Вязкость кинематическая, сст, при температуре 20оС 50оС		Кислотное число мг КОН/е, не более	Температура вспышки паров, не менее о С	Температура застывания, не более оС	Тангенс угла диэлектрических потерь tg £, не более
						20оС	70оС
Масло без присадки . . . Масло с присадкой . . .	330 330	99,6 99,6	0,05 0,03	135 135	-45 -45	0,003 0,003	0,025 0,025

Как видно из таблицы, электрическая прочность свежего масла не нормируется. Эта характеристика нормируется «Правилами технической эксплуатации» лишь для сухого масла и масла, находящегося в эксплуатации.

Величины электрической прочности нормируются по величинам рабочих напряжений маслонаполненных аппаратов согласно таблицы 25.

Таблица 25

Электрическая прочность трансформаторного масла в зависимости от напряжения.

Наименование масел	Рабочее напряжение аппарата, кВ
	До 6	До 35	110- 220	330 кВ и выше
Эксплуатационное U пр , кВ /мм Свежее масло	20 25	25 30	35 40	45 50

Кроме того, для эксплуатационного масла температура вспышки должна быть не ниже 135^оС и кислотное число не выше 0,4 мг КОН/г.

Большие количества электроизоляционных нефтяных масел используют также в производстве силовых кабелей с бумажной изоляцией. В зависимости от конструкции кабелей масла делятся по вязкости, величине чуть ниже tg δ и температуре застывания на следующие три группы:

1) масла малой вязкости МН-2;

2) масла средней вязкости С-110 и С220;

3) масла вязкие П-28;

Маловязкое масло МН-2 применяется в маслонаполненных кабелях низкого и среднего давления (до 3 атм.). Малая вязкость масла (около 9сст при 50^оС) для таких кабелей необходима, чтобы обеспечить подпитку кабеля маслом через сравнительно небольшие каналы в нем при всех эксплуатационных температурах.

Средневязкие масла С-110 и С-220 предназначаются для пропитки и заполнения маслонаполненных высоковольтных кабелей на напряжение 110 кВ и выше при давлении около 14 атм. Эти масла не содержат в своем составе ни ароматических углеводородов, ни асфальто- смолистых веществ. Они представляют собой технически чистую смесь нафтеновых и парафиновых углеводородов, поэтому обладают весьма устойчивыми диэлектрическими характеристиками, особенно величиной tgδ. Установлено, что чем больше вязкость таких масел, тем меньше величина tg δ.

Наиболее вязкое масло применяется для кабелей с бумажной изоляцией до 35 кВ, у которых пропитывающим жидким веществом является масло П-28 с растворенной в нем канифолью. Вязкость этой маслоканифольной пропиточной массы должна иметь резко падающую кривую зависимости ее температуры. В процессе производства кабеля при его пропитке при температурах 115-130^оС необходима малая вязкость массы. В процессе эксплуатации при 65-80^оС нужна, наоборот, высокая вязкость, затрудняющая передвижение пропиточной массы в кабеле, если он расположен вертикально или наклонно.

Наряду с высокой электрической прочностью для всех кабельных масел весьма важно, чтобы величина tg δ была малой и с повышением температуры не возрастала бы резко. Масла в кабелях соприкасаются с металлами – медью, свинцом, являющими катализаторами их окисления, поэтому необходимо, чтобы они обладали высокой химической устойчивостью против окисления в эксплуатационных условиях. Кроме того, в высоковольтных маслонаполненных кабелях недопустимы газовые пузырьки, ослабляющие электрическую прочность изоляции кабеля. При высоких напряженностях электрического поля в кабелях нафтеновые и парафиновые углеводороды могут разлагаться и выделять водород, т. е. образовать газовые пузырьки. В кабелях с вязкой пропиткой такие газовые выделения поглощаются канифолью; в маслонаполненных кабелях с высоким давлением процесс ионизации, в результате которого выделяется водород, отсутствует или значительно ослаблен давлением. Поэтому газовыделение – важный показатель лишь для маслонаполненных кабелей низкого давления. В табл. 26 приведены основные характеристики двух кабельных масел.

Физические и электрические характеристики электроизоляционных масел*.

Таблица 26

Показатели	МН-2	С-110
Вязкость,сст: при 20оС . . . . . . . . при 50оС . . . . . . . . при 100оС . . . . . . . . Температура вспышки, оС . Температура застывания, оС Электрическая прочность, кв/мм . . . . . tgδ при 50 гц, 100оС . . . . ρu при 20оС, Ом . ом . . . .	37,3 9,6 - 135 °С - 45 180 0,003 1014-1015	680-800 80-120 15,0-17,5 200 - 15 180 0,003 1014-1015

Для высоковязкого масла П-28 данные не приведены, так как оно применяется в кабелях в виде маслоканифольной массы. Для сравнения с величиной вязкости других масел следует указать, что вязкость при 100^оС наиболее высокая и равна 26-30 сст.

Применяемое в бумажно-масляных конденсаторах нефтяное масло служит электроизоляционным материалом, обеспечивающим высокие величины напряженности электрического поля. Поэтому для масла весьма важны электрические характеристики, а именно: малая величина tg £, высокая электрическая плотность, большое удельное объемное сопротивление. Диэлектрическая проницаемость жидкость диэлектриков для конденсатора желательна высокая, однако в нефтяных маслах этого достигнуть нельзя, так как масла – неполярные диэлектрики.

Конденсаторное масло получают в результате более тщательной очистки, чем трансформаторное масло. Очистка состоит из ряда последовательных химических обработок масла с помощью кислот, щелочей, промывки горячей водой, очистки отбеливающими глинами и отстоя.

Влияние примесей и физико-химических факторов на свойства электроизоляционных масел.

Свойства масел изменяются в зависимости от примесей, которые могут попасть в них в условиях эксплуатации, а также от температуры и других факторов.

Рис. 94. Зависимость Е_пр трансфор- Рис. 95. Зависимость Е_пр транс-

маторного масла от содержания трансформаторного масла от

в нем воды (при 25^оС) содержания в нем воды(при разной t^о)

Следует указать, что электрическая прочность масла (Е_пр) снижается от содержания в нем воды и различных твердых примесей. Вода, попавшая в масло, может в нем раствориться в большом количестве (молекулярная вода). При понижении температуры эта растворенная вода выпадает, создавая мельчайшие капельки (эмульсионная вода), распространенные по всему объему масла.

Молекулярная вода оказывает на величину электрической прочности небольшое влияние. Эмульсионная же вода сильно снижает пробивную прочность Е_пр, что иллюстрируется (рис. 94).

Если такую зависимость определить у одного и того же масла при разных температурах, то величины Е_пр при более высокой температуре расположатся выше. Это объясняется тем, что при высокой температуре часть воды из эмульсионной перешла в молекулярную. Такая зависимость приведена на (рис.95).

Повышение температуры сухого масла снижает его электрическую прочность. Большое влияние на электрическую прочность масла (Е_пр) и его напряжение (U_пр) оказывает форма электродов и расстояние между ними.

На рис 96. показана зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от расстояния между электродами в виде шаров и закругленных пластин (кривая 1) и пластин с острыми краями (кривая 2). На рисунке видно, что в последнем случае значения U_пр с увеличением расстояния между электродами значительно меньше, чем в первом случае. Это объясняется неоднородностью электрического поля.

Длительность воздействия напряжения также влияет на электрическую прочность. При импульсных напряжениях электрическая прочность масла выше, чем при переменном или постоянном напряжении. При увеличении внешнего давления прочность масла, а также увеличивается.

Величина тангенса угла диэлектрических потерь tgδ у масел обусловлена их электропроводностью. С повышением температуры электропроводность увеличивается и аналогично этому нарастает tgδ Это хорошо видно из графика (рис.97), где приведены кривые зависимости tg £ от температуры для двух различных масел. Кривые показывают, что увеличение tgδ масел в случае их окисления происходит в результате повышения проводимости масел.

Рис. 96. Зависимость пробивного напряжения Рис. 97.Зависимость

тангенса трансформаторного масла от расстояния угла диэлектрических

между электродами различной формы. потерь двух различных

масел от температуры:

1- бакинское масло.

2 - эмбенское масло (свежее масло).

3 – бакинское масло.

4 – эмбенское масло

(бывшее в эксплуатации)

Все электроизоляционные масла должны обладать высокой стабильностью своих характеристик, которые могут изменяться, когда масло стареет. Старение масла выражается в окислении его кислородом воздуха. Высокая температура в эксплуатационных условиях это окисление ускоряет. Старение масла ускоряется также металлическими катализаторами. Активными катализаторами считаются медь, латунь, железо, свинец и другие металлы, а также их окиси и некоторые продукты окисления самого масла. При старении в масле образуются твердые смолообразные примеси, не растворимые и растворимые в горючем масле. Такие примеси выпадают в виде осадков на обмотках и других частях трансформатора, что затрудняет теплоотвод от нагретых частей. Будучи же растворенными в масле, примеси значительно ухудшают его электрические свойства.

Чтобы замедлить старение масла, в них вводят вещества, задерживающие окисление – ингибиторы. Однако присадка ингибиторов не может полностью предохранить масло от окисления и старения. Поэтому электроизоляционные масла следует хранить и перевозить в сухой чистой таре, перекачивать их по чистым металлическим трубопроводам, но не по резиновым шлангам, которые загрязняют масло. В условия эксплуатации масло необходимо защищать от проникновения в него воздуха и влаги. Крышки маслонаполненных аппаратов должны плотно закрываться и снабжаться консерваторами, т.е. дополнительными бачками, например, в трансформаторах c хлоркальциевыми фильтрами, преграждающими доступ влаги к маслу. Иногда в трансформаторах пространство над уровнем масла заполняют инертным газом, например азотом, который химически не действует на масло

Очистка и сушка электроизоляционных масел.

Несмотря на меры предохранения масла от окисления, оно все же окисляется и со временем в нем появляются твердые и жидкие продукты окисления и вода. Поэтому находящееся в эксплуатации масло необходимо врем от времени очищать от примесей и воды и даже регенерировать. Существует несколько способов очистки масла от примесей и воды.

Воду и масло можно удалить путем испарения, нагревая масло до температуры кипения воды. Однако следует учесть, что всякое нагревание масла при наличии хорошего доступа воздуха портит его. Поэтому сушку масла производят в специальных установках под вакуумом. Этим, во-первых, устраняется в значительной степени воздух, и, следовательно, кислород, и во-вторых, понижается температура кипения воды, т.е. облегчается ее испарение.

На рис.98 показана схема сушки масла при его распылении в вакууме. Масло насосом 2 через фильтр 1 теплообменника и подогреватель 4 подается в распыленном состоянии в вакуумный котел 5, откуда откачиваются пары воды и газа (вакуумным насосом 8). Далее масло подается насосом 6 через теплообменник 3 и фильтр-пресс 7, а затем поступает непосредственно в трансформатор или в тару. В этом случае масло освобождается лишь от воды, но сохраняет примеси.

Рис. 98. Схема сушки масла распылением под вакуумом:

1 – предварительный фильтр,

2-насос, 3 – теплообменник, 4 – электроподогреватель, 5 – вакуумный котел, 6 – насос, 7 – фильтр-пресс, 8 – вакуумный насос.

От твердых примесей масло можно очистить при помощи центрифуги, где твердые частицы, имеющие больший удельный вес, чем масло, отбрасываются к стенкам центрифуги и удаляются. Масло здесь подвергается раздельно на тонкие пленки, поэтому имеется опасность его окислить, так как для лучшей очистки и понижения вязкости масло через центрифугу пропускают в нагретом состоянии

В современных центрифугах удаление примесей из масла производят под вакуумом.

На вал центрифуги в барабане насажены металлические конические тарелки на расстоянии долей миллиметра одна от другой.

Процесс очистки масла центрифугой от загрязняющих его твердых частичек примесей (процесс осветления) называется кларификацией. Удаление центрифугой воды носит название пурификации масла. Для этих двух процессов тарелки барабана собираются несколько различно. На (рис.99) показан разрез центрифуги, где слева показана сборка тарелок для кларификации, а справа – для пурификации. Грязное масло в обоих случаях поступает сверху в центральный канал 2 и из него входит в корпус 4 снизу, а затем поднимается вверх, разливаясь по тарелкам 3.

Рис. 99. Центрифуга для очистки масла:

1 – вал центрифуги, 2 – центральный канал, 3 – диски (тарелки), 4 – корпус центрифуги, 5 – грязевик, 6 – отверстия в дисках (тарелках).

В случае кларификации масло поступает на тарелки с периферии и, двигаясь к центру, оно попадает в отверстия 6 тарелок, затем поднимается по этим отверстиям к выходу. Твердые же частицы, скользя по нижней поверхности вышележащей тарелки, отбрасываются к стенкам корпуса 1, а затем попадают в камеру загрязнения (грязевик 5), где остаются до конца операции. После остановки центрифуги осевшие примеси удаляются.

В случае пурификации влажное масло поступает сразу в отверстие тарелок, которые расположены ближе к периферии, и разливается по тарелкам, направляясь к их центру, вода же отбрасывается в камеру 5 и сразу удаляется из центрифуги. Для осуществления этого режима центрифугу предварительно заполняют теплой водой.

От воды и твердых частичек примесей масло очищают также пропусканием его через картонные фильтры с помощью насоса, который создает давление 3-8 атм. Такая установка называется фильтр-прессом(рис.100). Листы фильтровального картона 3 закладываются между выступами 2 чугунных рам 1, которые на противоположных углах по диагонали имеют отверстия 4 и 5. Эти отверстия совмещаются и составляют два канала. Через один канал масло поступает, разбиваясь между рамами и проникая через картон, а через другой – сливается. Таким образом, все картонные листы пропускают масло одновременно. На поверхности листов фильтровального картона оседают грязевые частички, а влага впитывается капиллярами картона.

Рис.100. Схема устройства фильтр-пресса

1 – металлические рамы, 2 – выступы рам, 3 – фильтровальный картон, 4,5 – выходное и входное отверстия в рамах фильтр-пресса

Для повышения скорости прохождения масла через картонные фильтры его нагревают до 40-50^оС и прогоняют под давлением 3-5 атм. С загрязнением картонных листов давление начинает увеличиваться до 6-8 атм, тогда фильтр- пресс останавливают и заменяют листы картона. Обычно картон меняют через 4 часа работы, а в случае очень сильно загрязненного масла – через каждый час. Загрязненные листы картона промывают и высушивают при 80^оС в течение суток, после чего их снова пускают в работу. Фильтр-пресс обеспечивает хорошую чистку масла от примесей и от влаги и по обслуживанию он значительно проще центрифуги.

Регенирация электроизоляционных масел.

С увеличением степени старения масла увеличивается его кислотное число. Если кислотное число в масле достигает величины 0,25-0,50 мг КОН/г, то масло регенерируют, т.е. восстанавливают его химические свойства. Это осуществляется в основном при помощи адсорбентов – веществ, обладающих способностью адсорбировать, т.е. поглощать продукты старения масла и влагу. Кроме природных адсорбентов, в качестве которых используют мелкораздробленные отбеливающие глины, применяют силикагель – особый вид кремниевой кислоты и активную окись алюминия, которые дороже природных адсорбентов. Адсорбент тем эффективнее, чем мельче его частички, но особенно тонкого помола добиваться не следует, так как тогда частички будут плохо оседать в масле. Обычно размер частичек определяется ситами с количеством отверстий 1000-2500 на 1 см² . Перед употреблением адсорбент должен быть просушен при температуре 150-200^оС. Количество адсорбента обычно составляет 10-15% от веса масла.

Очистку масла адсорбентами производят двум способами: контактным и перколяцией. Контактный способ состоит в том, что в нагретое масло вводится адсорбент, и смесь тщательно перемешивается, отстаивается и фильтруется. При перколяции очистка масла происходит непрерывно. Нагретое до 80-100^оС масло поступает в металлический цилиндр снизу через сетчатое дно его, на которое закладывают определенный слой адсорбента. При такой подаче масла фильтр не забивается мелкими частицами адсорбента, и воздух быстрее вытесняется из цилиндра. В процессе очистки целесообразно отбирать из нижней части фильтра 10-20% адсорбента и заменять его новым.

В случае сильно устаревшего масла регенерацию природными отбеливающими глинами совмещают с химическими способами очистки. Таким является щелочноземельный метод. Он состоит в следующим. Масло обрабатывают 3-5-процентным раствором едкого натра, перемешивают и дают отстояться. Затем спускают образовавшуюся эмульсию и не прореагировавшую щелочь. После этого масло промывают дистиллированной водой, обрабатывают отбеливающей глиной и пропускают через фильтр-пресс или центрифугу.

Более полное химическое восстановление масла осуществляется по кислотно-щелочноземельному методу. В этом случае в регенерируемое масло вводят 0,5-1,0% крепкой серной кислоты, которая связывает все нестойкие соединения и переводит их в кислый гудрон. Отстоявшееся после этого масло обрабатывают щелочью для нейтрализации органических кислот и остатков серной кислоты. Затем масло промывают дистиллированной водой и обрабатывают адсорбентами, после чего фильтруют или пропускают через центрифугу.

В заключение следует отметить один крупный недостаток всех нефтяных электроизоляционных масел, заключающийся в их горючести и в выделении из них под действием дуги газообразных продуктов распада (водород, этилен, метан и др.), могущих образовать взрывоопасные смеси с воздухом. Поэтому в шахтах и на морских судах нефтяные масла в трансформаторах заменяют негорючей синтетической жидкостью – соволом или применяют трансформаторы с сухой негорючей изоляцией.

Растительные масла.

Большое значение в электроизоляционной технике имеют растительные масла – вязкие жидкости, получаемые из семян различных растений. Из числа растительных масел особо должны быть отмечены высыхающие масла, для которых характерна способность под действием нагрева, освещения, соприкосновения с воздухом и других факторов переходить в твердое состояние. Тонкий слой масла, налитый на поверхность какого-либо материала, «высыхает» и образует твердую, блестящую, прочно пристающую к подложке пленку, обладающую сравнительно высокими электроизоляционными свойствами. Ясно, что рассмотренное выше нефтяное (трансформаторное) масло не имеет ничего общего с высыхающими маслами. Важно отметить, что высыхание масел отнюдь не объясняется испарением части жидкости, а является сложным химическим процессом, связанным с поглощением маслом некоторого количества кислорода из воздуха. Поэтому при высыхании вес льняного и подобных ему масел не уменьшается, а даже несколько увеличивается. Для полного высыхания масел (например, при сушке масляных лаков) необходим доступ свежего воздуха.

Скорость высыхания масел увеличивается с повышение температуры, при действии света, а также в присутствии катализаторов химических реакций высыхания – так называемых сиккативов. В качестве сиккативов используют соединения некоторых металлов – свинца, кальция, марганца и кобальта.

Технологически удобно вводить в масло эти металлы в виде способных растворяться в нем солей различных кислот, например резинатов. Резинаты чаще всего получают сплавлением окислов соответствующих металлов с канифолью при температуре 200-250^оС.

Для иллюстрации действия сиккативов приведем следующие ориентировочные данные: добавка 0,5% свинца уменьшает время высыхания льняного масла (при той же температуре) в 2,5 раза, добавка 0,1% марганца – в 18 раз, а добавка 0,1% наиболее активного катализатора – кобальта - в35 раз.

Отвердевшие пленки высыхающих масел довольно стойки к действию растворителей (в тяжелых углеводородах, например в трансформаторном масле, они не растворяются даже при нагреве, так что являются практически углеводородам, например к бензолу, эти пленки менее стойки). При нагреве отвердевшая пленка уже не размягчается. Таким образом, высыхающие масла являются термореактивными материалами.

По химическому составу высыхающие масла, как и другие растительные масла, представляют эфиры глицерина и органических (жирных) кислот: общая схема строения молекул этих веществ

СН₂ — СН — СН₂

| | |

О О О

| | |

R R R

где R – остаток соответствующей жирной кислоты. Масло является высыхающим только в том случае, если в остатках R имеется много двойных связей между соседними атомами углерода; тогда при разрыве двойных связей может происходить процесс полимеризации молекул масла, играющий большую роль в процессе отвердевания масляной пленки.

Наиболее распространенные высыхающие масла – льняное и тунговое.

Льняное масло – общеизвестная жидкость золотисто-желтого цвета, получаемая из семян льна. Его плотность 0,93 - 0,94 г/см ³, температура застывания около – 20^оС.

Тунговое (древесное) масло получают из семян тунгового дерева, которое разводится на Дальнем Востоке и на Кавказе. Плотность тунгового масла 0,94 г/см³, температура застывания от 0 до – 5^оС. По сравнению с льняным маслом тунговое высыхает быстрее, причем в противоположность льняному маслу, которое сохнет, начиная с поверхности, тунговое масло даже в сравнительно толстом слое высыхает более равномерно. Кроме того, преимуществом тунгового масла перед льняным является более высокая водонепроницаемость пленки.

Высыхающие масла применяются в электротехнике для изготовления электроизоляционных «масляных» лаков, лакотканей, для пропитки дерева и других целей. За последнее время наблюдается тенденция к замене этих масел синтетическими материалами.

Не все растительные масла являются высыхающими; некоторые из них высыхают чрезвычайно медленно или практически являются невысыхающими без особой химической переработки. Такие масла могут использоваться в качестве жидких диэлектриков. Так, касторовое масло, получаемое из семян клещевины, нередко используется для пропитки бумажных конденсаторов. Плотность касторового масла 0,95-0,97 г/см³, температура застывания – от -10^оС до -18^оС. Его диэлектрическая проницаемость ε при 20^оС составляет 4,0-4,5, а при 90^оС равна 3,5-4,0: удельное сопротивление при нормальной температуре 5·10¹⁰ - 5·10¹² ом·см; tgδ при 20^оС равен 0,01-0,03, а при 100^оС он равен 0,2-0,8; электрическая прочность при нормальной температуре 15-20 кв/мм. В противоположность льняному и тунговому маслам, касторовое масло не растворяется в бензине, но растворяется в этиловом спирте.