Механизмы инициирования разрядных процессов в изоляционных жидкостях, содержащих включения

Отчет включает в себя 48 с., 3 таблицы, 35 рисунков и 13 источников. Ключевые слова: Электрический пробой жидкостей, газовый разряд, частичный разряд, минеральное трансформаторное масло, синтетический эфир, пузырек, капля, нановключения, зажигание разряда. В отчете представлены результаты исследований, выполненных по первому этапе проекта РНФ № 22-79-10198 «Механизмы инициирования разрядных процессов в изоляционных жидкостях, содержащих включения». Целью настоящего проекта является создание физической модели предразрядных процессов в жидкой изоляции различных видов (минеральные масла, эфиры и эфиромасляные смеси) при переменном напряжении. Объектом исследования являются минеральные масла, эфиры и эфиромасляные смеси, применяющиеся в качестве жидкого диэлектрика в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании. В рамках выполнения первого (промежуточного) этапа проекта получены следующие результаты: 1) Разработана модель инициирования стримера с поверхности пузырька на основе плотности вероятности инициирования с единицы его поверхности в единицу времени. 2) Рассчитана функция плотности вероятности зарождения стримера в трансформаторном масле с поверхности пузырька, имеющего форму вытянутого эллипсоида вращения. 3) Реализована в виде параллельного алгоритма на графическом ускорителе одномерная модель, в рамках которой возможно тестировать устойчивость численного метода для расчета развития электронных лавин в газовом пузырьке. Выполнены расчеты устойчивости одномерного алгоритма в диффузионно-дрейфовом приближении и определены границы устойчивости в зависимости от коэффициентов модели. 4) Выполнен анализ экспериментальных данных по инициированию частичного разряда во всплывающих газовых пузырьках рентгеновским излучением. 5) Была определена оптимальная пропорция смешения трансформаторного масла ТКп, имеющего в своем составе большое количество ароматических углеводородов, и сложноэфирной диэлектрической жидкости Midel 7131. 6) Выявлено, что добавление синтетической сложноэфирной жидкости Midel 7131 к трансформаторному маслу ТКп в количестве 20-30 % способствует улучшению физико-химических показателей трансформаторного масла. 7) На основе метода хромато-масс-спектрометрии разработана методика определения кислотного состава диэлектрических жидкостей с выделением содержания низкомолекулярных кислот, высокомолекулярных кислот и фенольных соединений. 8) С помощью новой газохроматографической методики исследован химический состав эксплуатационного масла из высоковольтных трансформаторов. 9) На основе ИК-спектроскопии нами разработана экспресс-методика, позволяющая проводить количественную оценку степени окисленности трансформаторного масла, степени деструкции сложного эфира и эфиромасляных смесей в процессе их старения под влиянием различных факторов. 11) Эксперименты по моделированию условий старения бумажной изоляции в эфиромасляных смесях позволили установить, что добавление синтетического эфира к минеральному трансформаторному маслу в количестве от 10 до 30 % по объему улучшает термическую стабильность не только самого масла, но и бумаги, погруженной в эти смеси. 12) Выработаны рекомендации по смешиванию трансформаторного масла и сложноэфирной жидкости и обозначены возможные области применения. 13) Методом высокоскоростной оптической регистрации исследованы условия формирования водяного мостика в трансформаторном масле при воздействии переменного напряжения. Обнаружено отличие в поведении водяных мостиков с различной проводимостью. 14) Проведены экспериментальные исследования частичных разрядов в пузырьках, расположенных на электроде. 25) Опубликовано 3 статьи, входящих в перечень ВАК (из них 2 входят в базу данных RSCI), принято к публикации 4 статьи, входящих в перечень ВАК (из них 1 входит в базу данных RSCI), принята к публикации 1 статья, индексируемая WoS/Scopus. Инструментарий, использованный при выполнении отдельных видов работ: трансформатор ЗНОЛ 35; осциллограф Rigol четырехканальный с полосой пропускания - 100 МГц, частотой дискретизации - 8 Гвыб/с и максимальной памятью - 200 М точек; оборудование для высокоскоростной оптической регистрации с частотой записи до 40000 кадров в секунду (Chronos 1.4 HD); генератор сигналов; вакуумный насос vacuubrand RZ 6; высокопроизводительный компьютер для обработки массива экспериментальных данных, в том числе и кадров оптической регистрации и многое другое вспомогательное оборудование; четыре компьютера, оснащенные видеокартами для высокопроизводительных вычислений (NVidia Titan Black, NVidia Titan X и другими); сервер для параллельных вычислений "Supermicro 4027GR" (в настоящее время оснащен 6 видеокартами типа NVidia Titan Black); аппарат испытания масла СКАТ М100В; анализатор влажности кулонометрический 831 KF Coulonometer; хроматографический комплекс Хроматэк-Кристалл 5000.2; установка измерения диэлектрических потерь трансформаторного масла автоматизированная Тангенс-3М; испытательный комплекс ДИАТРАНС для измерения электрических характеристик трансформаторных масел; тензиометр Sigma 702ET; аппарат автоматический АТВ-21 для определения температуры вспышки в закрытом тигле; анализатор фотометрический счетный механических примесей ГРАН-152; спектрофотометр UNICO 1201; аппарат для определения стабильности масел против окисления АПСМ-1М; низкотемпературная лабораторная электропечь SNOL 20/300; набор ареометров для нефти и нефтепродуктов типа АНТ-1.