9 Тангенс угла диэлектрических потерь и спектральные характеристики трансформаторного масла
В начальной части спектра трансформаторного масла в ультрафиолетовом и видимом диапазоне, имеются особенности, заключающиеся в монотонном гладком характере спектральной характеристики.
Экспоненциально спадающие гладкие спектры поглощения характерны для свежих трансформаторных масел марок Вг и Гк. Аналогичный характер зависимости поглощения от длины волны излучения наблюдается и у «старых» эксплуатационных масел.
Спектры поглощения свежих трансформаторных масел марок Вг (ТУ 38.401978-98), Гк (ТУ 38.101.1025-85. 98) и эксплуатационного масла марки ТКп (ГОСТ 982-68) с присадкой ДБК 0,2%, срок эксплуатации 23 года в трансформаторе ТДТН-16000/110/35/6 кВ представлены на рисунок 3.1.
Гладкая форма спектра может быть следствием процессов поглощения и рассеяния света. Таким образом, измеряемая оптическая плотность есть сумма плотностей, обусловленная светорассеянием и молекулярным поглощением.
У эксплуатационных масел можно наблюдать более гладкие спектры, так как увеличение составляющей обусловленной светорассеянием сглаживает, маскирует полосы поглощения малой интенсивности.
Спектры поглощения свежих трансформаторных масел Вг, Гк и эксплуатационного масла марки ТКп с присадкой ДБК 0,2% (длина оптического пути Зсм) Плавное уменьшение оптической плотности D с ростом длины волны X, можно объяснить отчасти молекулярным поглощением, отчасти дисперсностью системы, то есть рассеянием излучения на коллоидных частицах, состоящих из молекул воды, самого масла и продуктов окисления масла, а также взвешенных твердых частиц - продуктов разложения изоляционных и конструкционных материалов [60].
Анализируя спектральные характеристики свежих и эксплуатационных масел можно заметить пропорциональное уменьшение пропускания на характерных длинах волн в диапазоне 800-980 нм.
Такое изменение нельзя объяснить простым уменьшением концентрации углеводородного состава масла. Его следует рассматривать как результат влияния фонового поглощения дисперсных частиц.
На рисунке 3.2 представлена фотография кюветы с трансформаторным маслом в боковом свете, где наблюдается "эффект Тиндаля". При фокусировании света в кювете с эксплуатационным маслом и наблюдении в перпендикулярном лучу направлении в масле видна светящаяся, в форме конуса, полоса узкая со стороны входа света и более широкая на выходе, что указывает на присутствие дисперсных частиц, рассеивающих свет. Теория светорассеяния была разработана Д. Рэлеем (1871). Из теории Рэлея следует ряд выводов. Так, при равенстве показателей преломления среды и частиц в гетерогенной системе может отсутствовать рассеяние света [20; 61; 62]. Светорассеяние пропорционально концентрации частиц, квадрату объема частицы (или шестой степени их радиуса) и обратно пропорционально четвертой степени длины волны падающего света. Отсюда можно заключить, что наиболее интенсивно происходит рассеяние света при малых длинах волн. Также, согласно теории Рэлея, максимальное светорассеяние происходит в системах с размером частиц г (2+4)- Ю м, что соответствует коллоидной степени дисперсности. При размерах частиц более 0,1-Х, световой волны возрастает роль процессов отражения света. В растворах исчезает светорассеяние и появляется мутность [63; 64]. Рис 3.2. Прохождение светового луча через кювету с эксплуатационным трансформаторным маслом марки Вг. С увеличением размеров частиц закон Рэлея не соблюдается, и интенсивность рассеянного света становится обратно пропорционально длине волны в степени, меньшей, чем четвертая. Если выполняется условие 2л;г/Х 0,3 радиус частиц г значительно меньше длины световой волны и показатели преломления частиц и среды не сильно различаются, для описания светорассеяния в системе можно воспользоваться следующим эмпирическим уравнением, предложенным Геллером [64; 65]: DA=K-rn где Dx - оптическая плотность; X - длина волны падающего света; п - коэффициент, величина которого меняется в соответствии с радиусом частиц; К - константа, не зависящая от длины волны. При определении количественных характеристик углеводородного состава трансформаторного масла уровень фонового поглощения является неблагоприятным фактором, так как не позволяет сравнивать значения оптических плотностей на характерных длинах волн, свежих и эксплуатируемых трансформаторных масел. Можно исключить из спектра составляющую, обусловленную светорассеянием и молекулярным поглощением на дисперсных частицах, представляющую собой тренд. Вычитая из каждой точки исходной спектральной характеристики значение аппроксимирующей функции, получим исправленный на тренд спектр [22].
Для анализа спектров трансформаторного масла необходимо математически описать начальную часть спектральной характеристики общей аппроксимирующей функцией, без разделения на составляющие молекулярного поглощения и рассеяния излучения на дисперсных частицах.
