ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МІЦНОСТІ ТРАНСФОРМАТОРНОГО ОЛІЇ
УДК 621.3.027.3. 537.5 (07) + 06
Посібник складено відповідно до програми курсу «Електрофізика і техніка високих напруг» і схвалено до видання кафедрою ТОЕ РГУПС.
Призначено для студентів електротехнічних спеціальностей.
Рецензент: канд. техн. наук, доц. (РГУПС)
ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МІЦНОСТІ ТРАНСФОРМАТОРНОГО ОЛІЇ
Технічне редагування і коректура
Папір офсетний. Ризография. Ум. печ. л. 0,7.
Уч.-изд. л. 0,66. Тираж 60 прим. Вид. № 66. Замовлення №
Ростовський державний університет шляхів сполучення.
2 Рідкі діелектрики
3 Загальні відомості
4 Опис установки
5 Порядок виконання роботи
Визначити електричну міцність трансформаторного масла і дати висновок про його придатності для застосування в високовольтних електроустановках.
2 рідких діелектриків
Як рідких діелектриків в електротехнічних пристроях застосовуються мінеральні та нафтові масла і різні рідини. Однак найбільше застосування отримали мінеральні нафтові масла різного призначення.
За характером використання в якості рідких діелектриків нафтові олії можна поділяти на три основні групи:
1 Масла для силових трансформаторів і високовольтних вимикачів.
2 Кабельні масла, застосовувані в силових високовольтних кабелях.
3 Конденсаторні масла, застосовувані для просочення паперової ізоляції конденсаторів.
За хімічним складом рідкі діелектрики є низькомолекулярними речовинами, основне призначення яких - це підвищення ізоляційних властивостей відповідних елементів електротехнічних пристроїв і ефективне відведення тепла. Рідкі діелектрики можуть мати нейтральне або полярне будова молекул речовини, і в залежності від будови молекул змінюються їх основні властивості. Діелектрики з нейтральним будовою молекул, як правило, мають невелику діелектричну проникність (зазвичай ≈ 1,7-2) і чим більше полярний момент молекул, то більша діелектрична проникність.
Деякі рідкі діелектрики мають мізерно малі значення діелектричних втрат, що вигідно їх відрізняє від інших діелектричних рідин. Електрична міцність чистих неполярних рідких діелектриків дуже висока, проте навіть частки відсотка таких домішок як волога, гази і тверді мікровзвешенние частки можуть різко знижувати діелектричні властивості. Слід зазначити, що ізоляційні властивості чистих рідких неполярних діелектриків, до 80 ° С, майже не змінюються, а при температурі вище 80 ° С, погіршуються. Експлуатаційне трансформаторне масло має досить складну тим-температурних залежність (рис. 1). Крім цього, при використанні рідких діелектриків в електротехнічних пристроях, що працюють на високих частотах, їх ізоляційні властивості знижуються.
Найбільше застосування в якості рідкого діелектрика в різних електротехнічних пристроях одержало трансформаторне масло - продукт ступінчастою перегонки нафти.
Трансформаторне масло - світло-жовта, слабовязкая, практично нейтральна рідина. Температура застигання масла не вище -45 ° С, температура спалаху парів масла в суміші з повітрям - не нижче + 135 ° С. Трансформаторне масло дуже гигроскопично і дуже активно поглинає вологу з навколишнього середовища, при цьому волога в маслі може бути в молекулярно розчиненому стані і у вигляді емуль-сі, що різко знижує діелектричні властивості масла (рис. 2).
Залізо, мідь, свинець і деякі інші метали при безпосередньому контакті з трансформаторним маслом значно прискорюють процес його старіння.
Основне застосування трансформаторного масла - це високовольтні трансформатори та високовольтні апарати.
3 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
У реальних діелектриках є деяка кількість вільних носіїв зарядів. При підвищенні напруги, прикладеного до діелектрика, концентрація їх зростає пропорційно напруженості поля, що опору-вождается збільшенням місцевої провідності і величини струму. При досягненні деякого критичного значення величини напружено-сти діелектрик в якомусь місці стає провідником.
Явище, при якому діелектрик втрачає свої електроізоляційні властивості під дей-наслідком прикладеного електричного поля, називається пробоєм. Пробій фіксується в той момент, коли в діелектрику при поступовому збільшенні напруги спостерігається різке збільшення струму (рис. 3). Зазначене при цьому напруга носить назву пробивної на-напруги і використовується для оцінки елек-тричних міцності діелектрика.
де Eпр - пробивна напруженість або електрична міцність;
d - товщина діелектрика в місці пробою.
Залежно від причини зростання провідності розрізняють кілька видів пробою рідких діелектриків.
Тепловий пробій застосуємо до рідин, які мають значну електропровідність. В цьому випадку при накладенні електричного поля рідкий діелектрик розігрівається за рахунок діелектричних втрат. Внаслідок зростання температури зменшується питомий об'ємний опір # 961 ;, що призводить до подальшого зростання наскрізного струму iск. Так створюється умова для постійного зростання температури до закипання рідини. При цьому різко знижується електрична міцність і відбувається пробій.
Іонізаційний пробій можливий для рідин, максимально очищений-них від домішок. Підвищену міцність рідкого діелектрика (у порівнянні з газоподібним) пояснюють значним зменшенням довжини вільного пробігу електронів.
Електричний пробій рідких діелектриків відбувається за рахунок вириваючи-ня електронів з металевих електродів або за рахунок руйнування самих молекул рідини.
Трансформаторне масло - це маловязкое, прозоре, добре очищений-ное нафтове ізоляційне масло. Застосовується для заливки силових транс-форматорів, масляних вимикачів високої напруги, маслонапол-наних вводів, деяких типів реакторів, реостатів і т. Д.
Електрична міцність ізоляційних масел залежить від температури, тиску, частоти і форми кривої напруги, форми і матеріалу електродів, а також від домішок. Рідкі діелектрики дуже легко забруднюються. Найпоширенішим забруднювачем є вода, особливо в формі емульсії. Негативна дія вологи ще більш збільшується при наявності гігроскопічних волокнистих домішок.
Трансформаторні масла розрізняють в залежності від стану:
1 Свіже сире масло (яке надійшло з заводу-постачальника).
2 регенерувати масло (вживане, але піддане регенерації).
3 Чисте сухе масло (отримане після просушування свіжого сирого або генерованого масла).
4 Експлуатаційне масло (що знаходиться в експлуатації і відповідає відповідним нормам).
5 Відпрацьоване масло (у якого хоча б один з показників не відповідає експлуатаційним нормам).
Відповідно до правил технічної експлуатації оцінка електричних властивостей чистого сухого і експлуатаційного масел проводиться головним чином по пробивному напрузі Епр.
Епр рідких електроізоляційних матеріалів досліджують на зразках (пробах), що відбираються від кожної партії випробуваної рідини. Напруга U пр визначають в спеціальній комірці (рис. 4), що представляє собою посудину, в стінки якого вмонтовані електроди. Посудина має бути виготовлений з матеріалу, що не розчиняється в рідких ізоляційних матеріалах і не впливає на випробувану рідина. Для цієї мети придатні скло, фарфор, кварц. Електроди виконують з латуні у вигляді плоских дисків діаметром 25мм. Краї електродів закруглені, розташовані електроди так, щоб їх осі знаходилися на одній прямій, паралельної нижньої поверхні випробувальної комірки. Зазор між електродами становить 2,5 ± 0,05 мм.
Перед випробуванням чисту і суху осередок ретельно споліскують випробуваної рідиною. Після цього заповнюють клітинку рідиною, щоб в ній не залишилося бульбашок повітря. Для рідин з в'язкістю більше 50 · 10-6 м2 / с все вимірювання виконують при одному заповненні комірки після кожного вимірювання осередок слід заповнювати новою порцією випробуваної рідини.
Оскільки електрична міцність рідкого діелектрика залежить від великої кількості факторів, виникає значний розкид пробивних напруг щодо середніх значень. Це призводить до необхідності використання великої кількості досвідчених даних.
Згідно з правилами технічної експлуатації (ПТЕ) трансформаторне масло пробивається шість разів з п'ятихвилинними інтервалами між пробою. Напруга, отримане при першому пробої, в розрахунок не береться, а з напруг решти п'яти пробоїв треба взяти середнє арифметичне значення, яке слід прийняти за пробивну напругу для даного масла.
4 ОПИС УСТАНОВКИ
Схема стандартної установки для випробування масла на пробій представлена на рис. 5, де
1 - випробувальний високовольтний трансформатор, середня точка високовольтної обмотки якого заземлена;
2 - вольтметр, включений на стороні низької напруги (шкала градуйована безпосередньо в кіловольт з урахуванням коефіцієнта трансформації);
3 - фарфорову посудину (випробувальна група);
4 - латунні електроди;
5 - випробуваний рідкий діелектрик, обсяг якого повинен бути не менше 100 см3. а рівень не менше ніж на 15мм вище верхнього краю електродів 4;
6 - блокувальні контакти, які встановлюються на кришці з оглядовим віконцем;
7 - автомат максимального струму.
Для забезпечення безпеки роботи корпус установки заземлюється.
5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1 Ознайомитися з установкою та її схемою, попередньо переконавшись в тому, що апарат відключений від мережі, а його корпус надійно заземлений.
2 Налити масло в фарфорову посудину так, щоб його рівень був на 15 мм вище верхнього краю електродів.
3 Встановити посудину з маслом в апарат, закрити кришку і дати маслу відстоятися протягом 10 хв.
4 Включити апарат в мережу (при цьому загоряється зелена контрольна лампочка).
5 Включити магнітний пускач (при цьому загоряється червона сигнальна лампочка) і рукояткою регулювального трансформатора повільно зі швидкістю 1 ... 2 кВ в секунду підвищувати напругу до тих пір, поки масло між електродами НЕ буде пробито. Пробій відзначається за освітою між електродами дуги у вигляді яскравої суцільною товстою іскри. Окремі випадкові іскри до уваги не беруться. Відключення апарату при пробої проводиться автоматом максимального струму.
6 Після пробою напруга зняти і перемішати масло скляною паличкою в проміжку між електродами, щоб видалити з цього простору бульбашки повітря і продукти розкладання масла.
7 Таким чином провести 6 відліків, причому між кожними пробоями витримати 5 хв. для того, щоб масло відстоялося.
Провести стандартне випробування трансформаторного масла на пробій згідно ПТЕ (5 пробоїв при відстані між плоскими електродами в 2,5 мм).
Зробити у відліку письмовий висновок про придатність випробуваного масла по електричної міцності, розглядаючи його як чисте сухе і як експлуатаційне (див. Примітку).
Побудувати в відліку графік розкиду значень пробивних напруг (залежність пробивної напруги від порядкового номера досвіду - від 1 до 5) і дати його короткий опис. При побудові графіка сусідні точки з'єднувати відрізками прямої.
Норми електричної міцності трансформаторного масла
Для апаратів з робочою напругою, кВ
Примітка. Згідно ПТЕ середнє пробивна напруга, певне в стандартному розряднику в результаті п'яти випробувань як для чистого сухого, так і експлуатаційного масел, не повинно бути нижче наведених в таблиці значень.
1. Чим характеризуються неполярні рідкі діелектрики?
2. Які особливості у полярних рідин в порівнянні з неполярними?
3. Як здійснюється процес випробування трансформаторного масла на пробій?
4. Чим викликана необхідність неодноразового пробою трансформаторного масла при випробуванні?
5. Як здійснюється підйом напруги при випробуванні рідких діелектрі-ков?
6. Які фактори впливають на діелектричні властивості рідких діелектрі-ков?
7. Чим викликано вплив вологи на електричну міцність трансформатор-ного масла?
8. Чи впливають газові включення в структурі рідких діелектриків на їх ізоляційні властивості, і якщо впливають, то чому?
9. Чому не можна здійснювати підйом напруги, при випробуванні жид-ких діелектриків, зі швидкістю менше 1 кВ в секунду?
10. Чому кожен наступний пробою рідких діелектриків, при випробуванні, необхідно проводити не менш ніж через 5 хвилин?
11. Як і на підставі чого формулюються висновки і рекомендації щодо застосування рідких діелектриків?
12. Які заходи з техніки безпеки необхідно виконувати в лабораторії при виробництві випробувань?
4. Богородицький, Н. П. Електротехнічні матеріали /. - Л. Вища школа, 1985.
5. Довідник по електротехнічним матеріалам. - Л. Вища школа, 1988.