Influence of electrodes coating with thin layers on electro-convection in transformer oils

The paper reports on the influence of electrodes coating with thin layers of different materials, on the initiation and development of the electro-convection. The investigations are achieved with a sphere-plane electrode system of aluminum. The considered transformer oil samples are fresh (unused) and aged (used) ones. The thin layers are deposits of polytetrafluoroethylene, Silicon oxide and Silicon nitride. It is shown that the nature of coating materials as well as the geometry and polarity of the electrodes greatly influence the threshold electro-convection voltage Uth, (i.e., the voltage required to set the liquid in motion). Uth is generally higher with coated electrodes than with uncoated ones. This increase is due to the fact that the electrodes coating limits the accumulation of charges in the undercoat resulting in the change of the structure of diffuse layer affecting the ionic injection processes. Uth is also higher when the electrode sphere is negative than when it's positive indicating thus the dominant role of anode in the injection mechanism in mineral oils. The effect is more marked when both electrodes are coated and the influence of polarity is more significant with fresh oils than with aged ones. At high voltages, the liquid motion is slower and the laminar character of streaming persists within a wider interval of voltages than in the case of uncoated electrodes.

---

Artykuł przedstawia wyniki badań wpływu cienkowarstwowych pokryć elektrod na inicjacje i rozwój elektrokonwekcji w mineralnych olejach transformatorowych. W badaniach stosowano układ aluminiowych elektrod kula-płyta oraz próbki oleju transformatorowego świeżego i zestarzonego. Pokrycie elektrod stanowiły cienkie warstwy policzterofluoroetylenu (teflonu), tlenku krzemu i azotku krzemu. Stwierdzono, że rodzaj materiału pokryć oraz geometria i biegunowość elektrod silnie wpływają na napięcie początkowe elektrokonwekcji (tj. graniczną wartość napięcia wywołującą ruch cieczy). Ogólnie, napięcie początkowe elektrokonwekcji jest wyższe dla elektrod pokrytych niż dla elektrod niepokrytych. Efekt ten jest wynikiem ograniczenia przez pokrycia akumulacji ładunku, powodującej zmiany struktury przyelektrodowej dyfuzyjnej warstwy ładunku, wpływającej na procesy iniekcji jonowej. Napięcie początkowe elektrokonwekcji jest wyższe przy ujemnej biegunowości elektrody kulowej niż przy dodatniej, wskazując na dominującą rolę anody w mechanizmie iniekcji ładunków. Ten wpływ jest wyraźniejszy gdy obydwie elektrody są pokryte, przy czym zaznacza się silniej w oleju świeżym niż w oleju zestarzonym. Dla elektrod pokrytych elektrokonwekcyjny ruch oleju jest wolniejszy i zachowuje laminarny charakter w szerszym zakresie napięć niż dla elektrod niepokrytych.