ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ТЕПЛОВОГО СТАРЕНИЯ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАСЕЛ НА РАСТИТЕЛЬНОЙ ОСНОВЕ

Аннотация: В работе исследованы изменения диэлектрических показателей масла на растительной основе в процессе искусственного ускоренного теплового старения. Были измерены диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери образца в процессе старения. Найдена корреляция между диэлектрическими свойствами масла на растительной основе и временем старения. Предложена модель теплового старения масла на растительной основе.

Ключевые слова: диэлектрическая проницаемость, тепловое старение, масло на растительной основе.

Маслонаполненное оборудование являются, важным элементом в сети передачи и распределения электроэнергии. Надежность работы маслонаполненного оборудования во многом зависит от диэлектрических свойств изоляционного масла. В настоящее время актуальным является переход к использованию экологически чистых биоразлагаемых изоляционных жидкостей на основе растительных масел. Имеется ряд работ, в которых рассмотрены диэлектрические свойства различных масел, таких как рапсовое, хлопковое, кокосовое и арахисовое . Эти работы, как правило, сосредоточены на исследовании диэлектрических свойств свежих растительных масел не подверженных старению.

Целью данной работы являлось исследование диэлектрических свойств масла на растительной основе под действием циклического изменения температуры. В исследовании использовалось подсолнечное масло высшего сорта по ГОСТ 1129-2013.

Определение электрических характеристик масла выполнялось на принципе измерения составляющей вектора тока, находящегося в фазе с управляющим напряжением (рис. 1).

Измеряемые значения тока и напряжения с помощью системы сбора данных L-Card E-502  передаются в персональный компьютер, где выполняется обработка по принципу синхронного выпрямления. Если ток, находится в фазе с напряжением на объекте, то среднее значение тока, будет пропорционально активной составляющей тока через объект Ia=Ixcosϕ, где Ix-ток через объект измерения. При сдвиге фазы тока на 90° относительно напряжения на объекте показания будут соответствовать реактивной составляющей: Ir=lxcos(90°-ϕ)=Ixsinϕ. Отношение этих величин позволяет определить подлежащий измерению тангенс угла диэлектрических потерь: Ia/Ir=tgϕ. При измерении реактивной составляющей тока получаемые значения будут пропорциональны емкости объекта .

Диэлектрическая проницаемость определяется по формуле ε=C/С0, где C0 – емкость пустой ячейки, Ф, С-емкость ячейки с исследуемым образцом масла.

Технология ускоренного теплового старения заключалась в циклическом нагревании до 120°С и естественном остывании образца до 25°С в течение 360 часов без воздействия света. Таким образом выполнялась имитация изменения температурного режима в баке трансформатора при изменяющемся графике нагрузки. В процессе нагревания и остывания образца выполнялось измерение тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости масла.

Процесс старения исследуемых образцов масла связан с появлением продуктов окисления, которые увеличивают диэлектрическую проницаемость. На рисунке 2 представлена зависимость изменения диэлектрической проницаемости образца подверженнего циклическому температурному старению. Диэлектрическая приницаемость образца подверженного температурному воздействию увеличилась в 1.24 раза по сравнению с исходным маслом.

Следует отметить, что растительные масла окисляются иначе, чем минеральные масла. Продукты окисления масла не образуют осадка. Вместо этого, масло начинает густеть и в конечном счете полимеризуется. Полимеризация растительных масел протекает при соединении молекул жирных кислот друг с другом при помощи ковалентных связей с образованием новых веществ (полимера), молекулярная масса которого значительно больше, чем у исходных . В процессе термической полимеризации постепенно образовывается трехмерная структура, что в конечном счете приводит к желатинизации масла.

Изменение диэлектрической приницаемости масла на основе растительного сырья в зависимости от температуры и длительности старения можно описать следующей моделью

где ε – диэлектрическая проницаемость при температуре T, °С и времени старения, t час; ε0 – диэлектрическая проницаемость при температуре 0°С; k – температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, k2 – коэффициент определяющий скорость протекания процессов полимеризации в зависимости о температуры и наличия каталлизаторов.

Изменение тангенса угла диэлектрических потерь в процессе полимеризации незначительно (рис. 3), что связано с одновременным увеличением диэлектрической проницаемости масла и уменьшением удельного объемного сопротивления масла.

Существенные отличия в значениях тангенса угла диэлектрических потерь наблюдаются при температурах более 90°С, когда начинает проявляться влияние процессов термического окисления масла. Такой характер изменения тангенса угла диэлектрических потерь затрудняет оценку уровня окисления образца по данному параметру и не всегда может являтся показателем качества исследуемого масла.