Повышение электрической прочности жидких диэлектриков, насыщенных элегазом, при температуре окружающей среды до 100°с за счет избыточного давления газа Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

В.И. Гунько, И.Ю. Гребенников, А.Я. Дмитришин, Л.И. Онищенко, С.О. Топоров

ПОВЫШЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ, НАСЫЩЕННЫХ ЭЛЕГАЗОМ, ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДО 100°С ЗА СЧЕТ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский, 43-А, г. Николаев, 54018, Украина, iiptaiipt.com.ua

Высоковольтные импульсные конденсаторы являются энергетической основой электроразрядных технологических устройств и в основном определяют надежность их эксплуатации. ИИПТ НАН Украины занимается созданием высоковольтных импульсных конденсаторов для погружных электроразрядных комплексов интенсификации добычи нефти, эксплуатирующихся при температуре окружающей среды до 100°С [1]. Блок накопителей электрической энергии данных комплексов состоит из трех конденсаторов ИКП-30-0,8, в конструкции которых применяется бумажно-пленочный диэлектрик, пропитанный касторовым маслом. В настоящее время ведутся работы по их замене одним конденсатором ИКП-30-2,4, в его конструкции используется пленочный диэлектрик, пропитанный полиметилсилоксановой жидкостью ПМС-20.

Для компенсации температурного изменения объема жидкого диэлектрика применяется газообразный диэлектрик как сжимаемое вещество [2, 3]. Во время эксплуатации конденсатора при повышенных температурах (до 100 °С) внутри его корпуса создается избыточное давление и происходит насыщение жидкого диэлектрика газом. Вместе с тем жидкий диэлектрик, насыщенный газом, -это один из основных компонентов рабочего диэлектрика высоковольтного импульсного конденсатора, долговечность которого в большей мере зависит от электрической прочности жидкости, как наиболее электрически слабого компонента рабочего диэлектрика.

Газообразным диэлектриком в конструкции конденсаторов могут служить такие широко применяемые в электротехнике газы, как азот или элегаз.

Ранее изучалось влияние повышенных температур и давления на электрическую прочность полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла, насыщенных азотом [4].

Цель данной работы - исследование влияния повышенных температур и давления на электрическую прочность полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла, насыщенных элегазом, применяемых в качестве пропитывающих диэлектриков высоковольтных импульсных конденсаторов.

Работа является заключительной по оценке влияния газообразных диэлектриков на электрофизические свойства жидких диэлектриков.

Перед проведением исследований полиметилсилоксановая жидкость ПМС-20 и касторовое масло были очищены и стабилизированы, высушены и дегазированы по соответствующим технологиям. После чего в соответствии с ГОСТом 6581-75 были измерены относительная диэлектрическая проницаемость в, тангенс угла потерь tgS, удельное объемное электрическое сопротивление pv и электрическая прочность Епр жидкостей. Данные измерений приведены в табл. 1.

Таблица 1. Данные измерений характеристик полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла после очистки и стабилизации_

Жидкий диэлектрик в 1g5 Pv, Омсм Е 'пр? кВ/мм

Полиметилсилоксановая жидкость ПМС-20 2,65 410-4 2,5-1012 17,5

Касторовое масло 4,51 1,210-3 6,95-10" 26,5

© Гунько В.И. , Гребенников И.Ю. , Дмитришин А.Я. , Онищенко Л.И. , Топоров С.О., Электронная обработка материалов, 2009, № 3, С. 67-69.

Таблица 2. Данные измерений электрической прочности полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла, насыщенных элегазом, при различных температурах и давлении газа

Жидкий диэлектрик При температуре 15 °С При температуре 80 °С При температуре 100 °С

Избыточное давление, Па Е -^пр. ср? кВ/мм Избыточное давление, Па Е пр. ср кВ/мм Избыточное давление, Па Е пр. ср кВ/мм

Полиметилсилоксановая жидкость ПМС-20 0 16,3 0,7-105 14,7 0,9-105 13,4

1105 21,2 1,5-105 19,1 1,7-105 17,4

2-105 26,6 2,4-105 22,0 2,6-105 20,0

3-105 27,0 3,3-105 24,2 3,5-105 22,1

Касторовое масло 0 22,1 0,7-105 18,5 0,9-105 15,8

1-105 29,9 1,4-105 25,1 1,6-105 20,6

2-105 34,3 2,3-105 29,8 2,5-105 26,1

3-105 40,2 3,2-105 34,3 3,4-105 29,3

На первом этапе исследований жидкостями заполнялись испытательные камеры с учетом их коэффициентов объемного расширения, свободное пространство камер заполнялось элегазом без избыточного давления при температуре окружающей среды (в нашем случае равной 15°С), и по истечении 24 часов производилось определение электрической прочности. Причем расстояние между электродами разрядников в испытательных камерах составляло (1±0,05) мм.

На втором этапе жидкости прогревались при температуре (80 5)°С в течение четырех часов, снимались показания манометров, установленных на испытательных камерах, и определялась электрическая прочность.

На третьем этапе определялись давление в испытательных камерах и электрическая прочность жидкостей с прогревом при температуре (100 5)°С.

Епр, к В/мм

__ —^

-г " 5. - " _,+__

** Г * -У _| т 1

€ г 3_<

-К

40

30

20

10

3 р,105 Па

Зависимость электрической прочности жидкостей, насыщенных элегазом, от давления при различных температурах: полиметилсилоксановая жидкость ПМС-20 при температурах 15, 80 и 100 °С (кривые 1, 2 и 3 соответственно); касторовое масло при температурах 15, 80 и 100°С (кривые 4, 5 и 6 соответственно)

Аналогично измерялись давление и электрическая прочность полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла в испытательных камерах при заполнении их элегазом с избыточными давлениями в 1-105, 2-105 и 3-105 Па. Результаты этих измерений приведены в табл. 2.

По результатам измерений построены кривые зависимости электрической прочности полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла, насыщенных элегазом, от температуры и давления (см. рисунок).

В результате проведенных исследований установлено:

- с ростом температуры до 100°С электрическая прочность полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла, насыщенных элегазом, снижается;

- компенсация температурного снижения электрической прочности полиметилсилокса-новой жидкости ПМС-20 и касторового масла, насыщенных элегазом, может быть обеспечена за счет повышения давления газа. Так, при 100°С с повышением давления газа до 3-105 Па электрическая прочность жидкостей возрастает: 1) полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 - в 1,65 раза; 2) касторового масла - в 1,85 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гребенников И.Ю., Гунько В.И., Дмитришин А.Я., Онищенко Л.И., Швец И. С. Оценка достигнутого уровня и перспективы создания высоковольтных импульсных конденсаторов для погружных электроразрядных комплексов // Электротехника. 2007. № 8. С. 48-51.

2. Пат. 21508А Украина, H01G6 4/20. Способ изготовления конденсаторов / А.К. Ткаченко, В.И. Гунько, И.Ю. Гребенников // Промислова власнють. 1998. № 2.

3. Пат. 31446А Украина, H01G6 2/04. Высоковольтный импульсный конденсатор /Л.И. Онищенко, И.Ю. Гребенников, В.И. Гунько, А.К. Ткаченко, В.К. Саенко // Промислова власнють. 2000. № 7-II.

4. Дмитришин А.Я., Гунько В.И., Онищенко Л.И., Гребенников И.Ю., Топоров С.О. Исследование влияния повышенных температур и давления на электрическую прочность полиметилсилоксановой жидкости ПМС-20 и касторового масла, насыщенных азотом // Электронная обработка материалов. 2008. № 3. С. 59-61.

Поступила 13.01.09

Summary

In article are resulted results of researches of influence of the heightened temperatures and pressure on electric strength of polymethylsyloxane liquid PMS-20 and castor oil, saturated by elegas (SF6). It is experimentally shown, that compensation of temperature decrease in electric strength of the considered liquids can be carried out at the expense of increase of superfluous pressure elegas.