Электрическая прочность трансформаторных масел

Электрическая прочность трансформаторных масел

Одним из основных показателей, характеризующих изоляционные свойства трансформаторных масел в практике их применения, является их электрическая прочность :

где U пр — пробивное напряжение; h — расстояние между электродами.

Пробивное напряжение прямо не связано с удельной проводимостью , но, так же как и она, весьма чувствительно к присутствию примесей . При малейшем изменении влажности жидкого диэлектрика и наличии в нем примесей (так же как и для проводимости) резко уменьшается электрическая прочность. Изменения давления, формы и материала электродов и расстояния между ними влияют на электрическую прочность. В то же время эти факторы на электропроводность жидкости не оказывают влияния.

Чистое трансформаторное масло , свободное от воды и других примесей, независимо от его химического состава обладает высоким, достаточным для практики пробивным напряжением (более 60 кВ) , определяемым в плоских медных электродах с закругленными краями и расстоянием между ними 2,5 мм. Электрическая прочность не является константой материала.

При ударных напряжениях присутствие примесей почти совсем не сказывается на электрической прочности. Принято думать, что механизм пробоя при ударных (импульсных) напряжениях и длительной экспозиции различен. При импульсном напряжении электрическая прочность значительно выше, чем при относительно длительной экспозиции напряжения частотой 50 Гц. В результате этого опасность от коммутационных перенапряжений и грозовых разрядов относительно невелика.

Повышение прочности с повышением температуры от 0 до 70 °С связывают с удалением из трансформаторного масла влаги, переходом ее из эмульсионного состояния в растворенное и уменьшением вязкости масла.

Растворенные газы играют большую роль в процессе пробоя. Еще при напряженности электрического поля, более низкой, чем пробивная, отмечается образование на электродах пузырьков. С понижением давления для недегазированного трансформаторного масла прочность его падает.

Пробивное напряжение не зависит от давления в случаях:

а) тщательно дегазированных жидкостей;

б) ударных напряжений (каковы бы ни были загрязнение и газосодержание жидкости);

в) больших давлений [около 10 МПа (80—100 ат)].

Пробивное напряжение трансформаторного масла определяется не общим содержанием воды, а концентрацией ее в эмульсионном состоянии.

Образование эмульсионной воды и снижение электрической прочности имеют место в трансформаторном масле, содержащем растворенную воду, при резком снижении температуры или относительной влажности воздуха, а также при перемешивании масла за счет десорбции воды, адсорбированной на поверхности сосуда.

При замене стекла в сосуде полиэтиленом снижается количество эмульсионной воды, десорбированной при перемешивании масла с поверхности, и соответственно повышается прочность его. Трансформаторное масло, осторожно слитое из стеклянного сосуда (без перемешивания), обладает высокой электрической прочностью.

Полярные вещества низко и высококипящие, образуя в трансформаторном масле истинные растворы, практически не оказывают влияния на удельную проводимость и электрическую прочность. Вещества, образующие в трансформаторном масле коллоидные растворы или эмульсии с очень малым размером капель (являющиеся причиной электрофоретической электропроводности), если они имеют низкую температуру кипения, снижают, а в случае если их температура кипения высока, практически не влияют на прочность.

Несмотря на огромный экспериментальный материал, следует констатировать, что до сих пор нет единой общепризнанной теории пробоя жидких диэлектриков применительно даже к условиям длительной экспозиции напряжения.

Пробой в жидких диэлектриках, загрязненных примесями при длительной экспозиции напряжения, представляет собой по существу завуалированный газовый пробой.

Имеются три группы теорий:

1) тепловые, объясняющие образование газового канала как результат кипения самого диэлектрика в местах локальной повышенной неоднородности поля (пузырьки воздуха и пр.)

2) газовые, по которым источником пробоя являются пузыри газа, адсорбированные на электродах или растворенные в масле;

3) химические, объясняющие пробой как результат химических реакций, протекающих в диэлектрике под действием электрического разряда в пузыре газа. Общим в этих теориях является то, что пробой масла происходит в паровом канале, образованном за счет испарения самого жидкого диэлектрика.

Существует гипотеза, согласно которой паровой канал образуют низкокипящие примеси, в случае если они вызывают повышенную проводимость.

Под воздействием электрического поля примеси, содержащиеся в масле и образующие в нем коллоидный раствор или микроэмульсию, втягиваются в зону между электродами и дрейфуют в направлении поля. Значительное количество теплоты, выделяющейся при этом вследствие низкой теплопроводности диэлектрика, расходуется на нагрев самих частиц примеси. Если эти примеси являются причиной высокой удельной проводимости масла, то при низкой температуре кипения примесей они испаряются, образуя при достаточном содержании их «газовый канал», в котором и происходит пробой.

Центрами парообразования могут служить пузыри газа или пара, образующиеся под воздействием поля (в результате явления электрострикции) за счет растворенных в масле примесей (воздух и другие газы, а также возможно, низкокипящие продукты окисления жидкого диэлектрика).

Пробивное напряжение масел зависит от наличия в них связанной воды. В процессе вакуумной сушки масла и наблюдаются три этапа: I — резкого повышения пробивного напряжения, соответствующий удалению эмульсионной воды, II — в котором мало изменяется пробивное напряжение и остается на уровне около 60 кВ в стандартном пробойнике, в это время удаляется растворенная и слабо связанная вода, и III — медленного повышения пробивного напряжения масла за счет удаления связанной воды.

Источник:
http://electricalschool.info/spravochnik/material/385-jelektricheskaja-prochnost.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Электрическая прочность — трансформаторное масло

Электрическая прочность трансформаторного масла возрастает по мере повышения его гидростатического давления даже при очень кратковременном испытательном напряжении, составляющем всего 1 мкс. Объясняется это тем, что при значительном повышении давления находящиеся в масле газовые пузырьки ( играющие немаловажную роль в развитии разряда) сильно сжаты, а к тому же возрастает и растворимость газа в масле. На зависимость электрической прочности масла от давления определенное влияние оказывает первоначальное количество газа, находящегося в данном объеме масла. [1]

Электрическая прочность трансформаторного масла резко снижается при загрязнении и особенно при увлажнении. Под действием электрического поля частицы загрязнений или капель воды образуют цепочки, направленные вдоль силовых линий электрического поля. Для перекрытия по такой цепочке требуется значительно меньшее разрядное напряжение, чем для разряда в чистом масле. [2]

Электрическая прочность трансформаторного масла изменяется также в зависимости от температуры. [4]

Электрическая прочность трансформаторного масла во время облучения несколько снижается. [6]

Электрическая прочность трансформаторного масла в аппаратах, работающих при рабочем напряжении 36 кв и выше, не должна быть ниже 40 кв сразу после заливки свежего и не ниже 35 кв для эксплуатационного масла. [7]

Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры характеризуется кривыми, показанными на фиг. [8]

На электрическую прочность трансформаторных масел наибольшее влияние оказывает вода, которая может содержаться в них как в эмульгированном, так и в молекулярно-растворенном состоянии. Основным фактором, снижающим электрическую прочность масел, является эмульсионная вода. [9]

Так как электрическая прочность трансформаторного масла значительно выше чем воздуха, то, если удалить из твердой изоляции трансформатора воздух и пропитать ее дегазированным трансформаторным маслом, можно значительно повысить допустимое рабочее напряжение. [10]

Температурная зависимость электрической прочности трансформаторного масла при частоте переменного тока 50 Гц имеет сложный характер. [12]

Для испытания электрической прочности трансформаторного масла в СССР стандартизэ-ван прибор ( рис. 1 — 3), состоящий из фарфорового сосуда с находящимися в нем дисковыми электродами. [14]

Аппаратом АМИ-60 проверяется электрическая прочность трансформаторного масла и других жидких диэлектриков переменным синусоидальным напряжением до 60 кв при частоте 50 гц. [15]

Источник:
http://www.ngpedia.ru/id347711p1.html

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Навигация по записям

Электрическая прочность трансформаторных масел

Одним из главных характеристик, характеризующих изоляционные характеристики трансформаторных масел в практике их внедрения, является их электронная крепкость :

где U пр — пробивное напряжение; h — расстояние меж электродами.

Пробивное напряжение прямо не связано с удельной проводимостью , но, так же как и она, очень чувствительно к присутствию примесей . При мельчайшем изменении влажности водянистого диэлектрика и наличии в нем примесей (так же как и для проводимости) резко миниатюризируется электронная крепкость. Конфигурации давления, формы и материала электродов и расстояния меж ними оказывают влияние на электронную крепкость. В то же время эти причины на электропроводность воды не оказывают воздействия.

Незапятнанное трансформаторное масло , свободное от воды и других примесей, независимо от его хим состава обладает высочайшим, достаточным для практики пробивным напряжением (более 60 кВ) , определяемым в плоских медных электродах с округленными краями и расстоянием меж ними 2,5 мм. Электронная крепкость не является константой материала.

При ударных напряжениях присутствие примесей практически совершенно не сказывается на электронной прочности. Принято мыслить, что механизм пробоя при ударных (импульсных) напряжениях и долговременной экспозиции различен. При импульсном напряжении электронная крепкость существенно выше, чем при относительно долговременной экспозиции напряжения частотой 50 Гц. В итоге этого опасность от коммутационных перенапряжений и грозовых разрядов относительно невелика.

Увеличение прочности с увеличением температуры от 0 до 70 °С связывают с удалением из трансформаторного масла воды, переходом ее из эмульсионного состояния в растворенное и уменьшением вязкости масла.

Растворенные газы играют огромную роль в процессе пробоя. Еще при напряженности электронного поля, более низкой, чем пробивная, отмечается образование на электродах пузырьков. С снижением давления для недегазированного трансформаторного масла крепкость его падает.

Читайте также  Чем тонировать фоамиран

Пробивное напряжение не находится в зависимости от давления в случаях:

а) кропотливо дегазированных жидкостей;

б) ударных напряжений (каковы бы ни были загрязнение и газосодержание воды);

в) огромных давлений [около 10 МПа (80—100 ат)].

Пробивное напряжение трансформаторного масла определяется не общим содержанием воды, а концентрацией ее в эмульсионном состоянии.

Образование эмульсионной воды и понижение электронной прочности имеют место в трансформаторном масле, содержащем растворенную воду, при резком понижении температуры либо относительной влажности воздуха, также при смешивании масла за счет десорбции воды, адсорбированной на поверхности сосуда.

При подмене стекла в сосуде полиэтиленом понижается количество эмульсионной воды, десорбированной
при смешивании масла с поверхности, и соответственно увеличивается крепкость
его. Трансформаторное масло, осторожно слитое из стеклянного сосуда (без смешивания), обладает
высочайшей электронной прочностью.

Полярные вещества низковато и высококипящие, образуя в трансформаторном масле настоящие смеси, фактически не оказывают воздействия на удельную проводимость и электронную крепкость.
Вещества, образующие в трансформаторном масле коллоидные смеси либо эмульсии с очень малым размером капель (являющиеся предпосылкой электрофоретической электропроводности), если они имеют низкую температуру кипения, понижают, а в случае если их температура кипения высока, фактически не оказывают влияние на крепкость.

Невзирая на большой экспериментальный материал, следует констатировать, что до сего времени нет единой общепризнанной теории пробоя водянистых диэлектриков применительно даже к условиям долговременной экспозиции напряжения.

Пробой в водянистых диэлектриках, грязных примесями при долговременной экспозиции напряжения, представляет собой по существу завуалированный газовый пробой.

Имеются три группы теорий:

1) термические, объясняющие образование газового канала как
итог кипения самого диэлектрика в местах локальной завышенной
неоднородности поля (пузырьки воздуха и пр.)

2) газовые, по которым источником пробоя являются пузыри газа, адсорбированные на электродах либо растворенные в масле;

3) хим, объясняющие пробой как итог хим реакций, протекающих в диэлектрике под действием электронного разряда в пузыре газа. Общим в этих теориях будет то, что пробой масла происходит в паровом канале, образованном за счет испарения самого водянистого диэлектрика.

Существует догадка, согласно которой паровой канал образуют низкокипящие примеси, в случае если они вызывают завышенную проводимость.

Под воздействием электронного поля примеси, находящиеся в масле и образующие в нем коллоидный раствор либо микроэмульсию, втягиваются в зону меж электродами и дрейфуют в направлении поля. Существенное количество теплоты, выделяющейся при всем этом вследствие низкой теплопроводимости диэлектрика, расходуется на нагрев самих частиц примеси. Если эти примеси являются предпосылкой высочайшей удельной проводимости масла, то при низкой температуре кипения примесей они испаряются, образуя при достаточном содержании их «газовый канал», в каком и происходит пробой.

Центрами парообразования могут служить пузыри газа либо пара, образующиеся под воздействием поля (в итоге явления электрострикции) за счет растворенных в масле примесей (воздух и другие газы, также может быть, низкокипящие продукты окисления водянистого диэлектрика).

Пробивное напряжение масел находится в зависимости от наличия в их связанной
воды. В процессе вакуумной сушки масла и наблюдаются три шага:
I — резкого увеличения пробивного напряжения,
соответственный удалению эмульсионной воды, II — в
котором не достаточно меняется пробивное напряжение и остается на уровне около 60 кВ в
стандартном пробойнике, в это время удаляется растворенная и слабо связанная
вода, и III — неспешного увеличения пробивного
напряжения масла за счет удаления связанной воды.

Источник:
http://elektrica.info/e-lektricheskaya-prochnost-transformatorny-h-masel/

Предисловие Курс «Электротехническое материаловедение»

Влияние различных факторов на электрическую прочность

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от температуры.

Влияние температуры на пробивное напряжение трансформаторного масла технической очистки характеризуется графиком, представленным на рис.1.

Возрастание пробивного напряжения в точке d (область температур 60-80°С) объясняется влиянием вида распределения воды в масле — вода находится в стадии молекулярного раздробления, переходя в нее из состояния эмульсии.

Увеличение пробивного напряжения в области низких температур является следствием вымерзания воды. Снижение пробивного напряжения ниже температуры 90-95°С, т.е. когда масло находится уже в твердом состоянии, объясняется образованием в нем трещин.

Особенно сильно на электрической прочности трансформаторного масла сказывается содержание в нем эмульсионной влаги.

Из рис.2 видно, что уже сотые доли процента воды в масле резко снижают его электрическую прочность. Как видно, содержание влаги выше 0,04% уже не влияет на электрическую прочность масла. При количестве влаги, превышающем 0,04%, она уже не может находиться во взвешенном состоянии и выпадает на дно сосуда, не увеличивая влагосодержания в объеме масла.

Влияние влаги особенно заметно в случае наличия в трансформаторном масле органических волокон, которые, впитывая в себя влагу, образуют под действием электрического поля проводящие мостики между электродами, значительно уменьшая пробивное напряжение. Так, например, при содержании влаги в 0,02–0,05 % и полном отсутствии в масле органических волокон его электрическая прочность может еще достигать 140 – 150 кВ/см.

На электрическую прочность трансформаторного масла существенное влияние оказывает содержание в нем газовых включений. В силу этого, включение напряжения после заливки масла в трансформатор или какой–либо аппарат следует производить, выждав некоторое время, во избежание пробоя масла. На рис.3 видно, как повышается электрическая прочность хорошо очищенного трансформаторного масла в зависимости от времени его заливки в сосуд до подачи напряжения.

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от времени выдержки под напряжением. График показан на рис.4.

Кроме перечисленных факторов, на величине пробивного напряжения жидких диэлектриков весьма резко сказывается форма электродов и расстояние между ними. С увеличением расстояния между плоскими электродами и увеличением диаметра сферических электродов пробивная напряженность электрического поля жидких диэлектриков снижается – «эффект объема».

Описание лабораторной установки

Схема установки представлена на рис.5. Источником напряжения промышленной частоты является испытательный трансформатор (Тр) Uном = 110 кВт. Напряжение регулируется с помощью АТ РНО – 10/250.

V – вольтметр на низкой стороне повышающего трансформатора;

R – резистор, служит для защиты трансформатора от больших токов и больной крутизны среза напряжения при перекрытии объекта испытания;

Об – объект испытания;

к V – электростатический киловольтметр С – 100.

Высоковольтная камера снабжена блокировкой, исключающей подачу высокого напряжения при открытой двери камеры

Подготовка к проведению исследований

При подготовке к работе следует:

– изучить описание, изучить лабораторную установку и инструкции по технике безопасности для работающих с высоким напряжением;

– подготовить таблицы для записи экспериментальных данных, записать технические характеристики приборов и оборудования.

После собеседования с преподавателем приступить к проведению эксперимента.

Включение установки и различные переключения производить только с разрешения преподавателя.

Опыты нужно проводить в следующем порядке:

а) убедиться, что установка отключена;

б) испытательные электроды подключить между выводом высоковольтного трансформатора и землей;

в) выйти из-за ограждения и замкнуть блокировку безопасности;

г) проверить, находится ли рукоятка АТ в нулевом положении, и, если не находится, то установить ее в этом положении;

д) включить включатель В, т.е. подать напряжение на автотрансформатор и первичную обмотку высоковольтного трансформатора;

е) с помощью АТ увеличить напряжение до наступления пробоя диэлектрика;

ж) при пробое записать показания вольтметра, отключить установку и установить рукоятку АТ в нулевое положение.

Определение пробивного напряжения трансформаторного масла

Стандартное определение пробивного напряжения трансформаторного масла производится следующим образом. Установив требуемый зазор между электродами и промыв чистым маслом сосуд, заполняют его маслом, не менее чем на 15 мм выше краев электродов и, выждав 10 минут, производит первый пробой.

Следующие пробои можно производить с интервалом между ними 5 минут, при чем после каждого пробоя необходимо специальным чистым щупом или стеклянной палочкой перемешивать масло, особенно между электродами для удаления образовавшихся между ними углеродных частиц и пузырьков газа, появившихся в результате пробоя.

Опыт показывает, что для получения устойчивого среднего значения пробивного напряжения достаточно произвести 6 пробоев, из которых результаты первого в расчет не берут.

Произведя шесть пробоев при стандартных условиях, построить график разброса и определить значение пробивного напряжения.

Для получения сравнимых результатов при пробое жидких диэлектриков методика проведения опыта строго стандартизирована и заключается в следующем:

а) применяются латунные или медные электроды диаметром 25 мм с закругленными краями радиусом 2 мм;

б) разрядный промежуток равен 2,5 мм;

в) объем испытуемого масла должен быть от 100 до 200 см 3 ;

г) электроды должны быть в светлом отшлифованном состоянии;

д) напряжение должно подниматься со скоростью 1-2 кВ в секунду.

Пробой устанавливается по возникновению непрерывной электрической дуги между электродами.

2. Установить влияние содержания влаги на пробивную прочность трансформаторного масла.

3. Определить Uпр от количества пробоев (20 пробоев без перерывов).

4. Определить электрическую прочность воздуха для двух различных промежутков (шар-шар и игла-плоскость). Uпр = δUпр ;

Установив расстояние между электродами d =2 см, определить пробивное напряжение и напряженность как среднее из трех пробоев.

1. Влияние формы электродов на величину Епр .

2. Зависимость Епр от величины воздушного промежутка между электродами.

3. Как отражается скорость подъема испытательного напряжения на пробивном напряжении трансформаторного масла?

4. Формы пробоя жидких диэлектриков.

5. Какая электрическая прочность газовой изоляции в однородных и слабонеоднородных полях?

Читайте также  Виды проверок знаний по электробезопасности, сроки проведения

Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. М.: Энергия.1977.

Бурьянов Б.П.. Трансформаторное масло. М.: Госэнергоиздат,1955.

Тареев Б.М.. Основы физики диэлектриков. М.: ВЗЭИ. Изд.1-е, 1950, изд.2-е, 1980.

Справочник по электротехническим материалам. М.: Энергоатомиздат, 1987. Т.2, стр.387–412.

С.Н. Колесов, И.С. Колесов “Материаловедение и технология конструктивных материалов”. 2004г.: М: “Высшая школа”

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Практическое определение температуры вспышки паров трансформаторного масла и вязкости жидких электроизоляционных материалов.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Основные теоретические положения

Из жидких электроизоляционных материалов наибольшее применение в электротехнике имеет трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы.

Его назначение двоякое: во–первых, оно, заполняя поры в волокнистой изоляции и промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции; во–вторых, что также весьма важно, масло улучшает отвод тепла, выделяющегося за счет потерь мощности в обмотках и сердечнике трансформатора.

Другая важная область применения трансформаторного масла – масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги; это способствует охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению.

Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполненных вводов, некоторых типов реакторов и реостатов и других электрических аппаратов.

Одним из наиболее существенных недостатков трансформаторного масла является его горючесть. Пожарная опасность масла оценивается по температуре вспышки паров трансформаторного масла, которая должна быть не ниже + 135 о С. Установлено, что трансформаторное масло возгорается при температуре, превышающей температуру вспышки его паров не менее чем на 30 о С.

Таким образом, по температуре вспышки паров масла можно судить и о температуре возгорания масла. Поэтому, помимо того, что вспышка паров трансформаторного масла само по себе явление крайне нежелательное, так как может повлечь за собой взрыв маслонаполненного аппарата, оно является также предшественником еще более крупной аварии – возгорания масла.

Определение температуры вспышки паров трансформаторного масла проводится в соответствии с ГОСТ 6356–52, основные положения которого следующие.

Испытуемое масло перед опытом высушивается и заливается в тигель.

В начале опыта нагревание масла ведут со скоростью 5–8 о С в минуту. Когда же масло нагревается до температуры на 30 о С ниже предполагаемой температуры вспышки паров, скорость нагревания снижают до 2 о С в минуту.

При температуре масла на 10 о С ниже ожидаемой температуры вспышки начинают проводить попытки на вспышку через каждые 2 о С.

За температуру вспышки принимают ту температуру жидкости, при которой над поверхностью масла при поджигании появилось синее пламя.

После появления первой вспышки при повышенной на 2 о С температуре производят вторую попытку на вспышку. Если при этом вспышки не произойдет, то опыт следует начинать снова, если же при повторном опыте вторичного воспламенения также не произойдет, а первичное повториться, то определение считается законченным и за температуру вспышки принимается показание термометра при первой вспышке.

При барометрическом давлении, отличном от 760 мм рт.ст. более чем на 15 мм, следует вводить поправку, вычисленную по формуле:

где р – фактическое барометрическое давление в Мпа·с.

Т – измеренная температура вспышки или воспламенения.

Поправку прибавляют к определенной из опыта температуре вспышки паров масла в случае, если фактическое барометрическое давление ниже 760 мм рт.ст., и высчитывают, если давление выше 760 мм рт.ст.

Описание лабораторной установки

В настоящей работе рассматривается метод определения воспламенения паров трансформаторного масла с помощью аппарата ПТВ–1. Этот прибор состоит из электрического нагревателя, помещенного внутри корпуса. По дну и боковой поверхности стакана нагревателя уложена спираль. В стакан нагревателя установлен тигель, в который заливается масло. Внутри корпус заполнен теплоизоляционным материалом.

Сверху тигель закрывается крышкой в виде конусообразной камеры с отверстием для наблюдения за вспышкой паров масла. В камере на расстоянии порядка 2–3 мм от уровня залитого в тигель масла расположена нихромовая спираль.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В. При включении тумблера «сеть» напряжение подается на спираль нагревателя.

Переключателем «пределы нагрева» можно регулировать скорость нагрева масла. При нажатии на кнопку «вспышка» нихромовая спираль раскаляется и при определенной температуре пары трансформаторного масла вспыхивают. Температура фиксируется по термометру, расположенному на передней панели прибора.

Подготовка к проведению исследований

При подготовке к работе следует:

— изучить по указанной литературе теорию;

— ознакомиться с устройством прибора ПТВ-1 и подготовить его к работе (рис.1: В – выключить, Пр – предохранитель плавкий, R – сопротивление, Л – лампочка, Д – диод, К – кнопочный выключатель, ИП — микроамперметр).

После собеседования с преподавателем можно приступить к выполнению работы.

Определить температуру вспышки паров трансформаторного масла.

Определить влияние влаги на температуру вспышки паров трансформаторного масла.

2. НАГРЕВАЕМОСТЬ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Под нагревостойкостью понимают способность материалов без повреждений и ухудшений электрических и механических свойств выдерживать действие повышенных, по сравнению с рабочей, температурой в течение времени, сравнимого со сроком эксплуатации. По нагревостойкости, при которой конструкция может длительно работать без ухудшения свойств, материалы разделяются на семь классов.

Обозначение класса нагревостойкости

Группы электроизоляционных материалов, соответствующие данному классу нагревостойкости

Источник:
http://refdb.ru/look/2382315-p3.html

Какими способами повышают электрическую прочность трансформаторного масла

Одним из основных показателей, характеризующих изоляционные свойства трансформаторных масел в практике их применения, является их электрическая прочность :

где U пр — пробивное напряжение; h — расстояние между электродами.

Пробивное напряжение прямо не связано с удельной проводимостью , но, так же как и она, весьма чувствительно к присутствию примесей . При малейшем изменении влажности жидкого диэлектрика и наличии в нем примесей (так же как и для проводимости) резко уменьшается электрическая прочность. Изменения давления, формы и материала электродов и расстояния между ними влияют на электрическую прочность. В то же время эти факторы на электропроводность жидкости не оказывают влияния.

Чистое трансформаторное масло , свободное от воды и других примесей, независимо от его химического состава обладает высоким, достаточным для практики пробивным напряжением (более 60 кВ) , определяемым в плоских медных электродах с закругленными краями и расстоянием между ними 2,5 мм. Электрическая прочность не является константой материала.

При ударных напряжениях присутствие примесей почти совсем не сказывается на электрической прочности. Принято думать, что механизм пробоя при ударных (импульсных) напряжениях и длительной экспозиции различен. При импульсном напряжении электрическая прочность значительно выше, чем при относительно длительной экспозиции напряжения частотой 50 Гц. В результате этого опасность от коммутационных перенапряжений и грозовых разрядов относительно невелика.

Повышение прочности с повышением температуры от 0 до 70 °С связывают с удалением из трансформаторного масла влаги, переходом ее из эмульсионного состояния в растворенное и уменьшением вязкости масла.

Растворенные газы играют большую роль в процессе пробоя. Еще при напряженности электрического поля, более низкой, чем пробивная, отмечается образование на электродах пузырьков. С понижением давления для недегазированного трансформаторного масла прочность его падает.

Пробивное напряжение не зависит от давления в случаях:

а) тщательно дегазированных жидкостей;

б) ударных напряжений (каковы бы ни были загрязнение и газосодержание жидкости);

в) больших давлений [около 10 МПа (80—100 ат)].

Пробивное напряжение трансформаторного масла определяется не общим содержанием воды, а концентрацией ее в эмульсионном состоянии.

Образование эмульсионной воды и снижение электрической прочности имеют место в трансформаторном масле, содержащем растворенную воду, при резком снижении температуры или относительной влажности воздуха, а также при перемешивании масла за счет десорбции воды, адсорбированной на поверхности сосуда.

При замене стекла в сосуде полиэтиленом снижается количество эмульсионной воды, десорбированной при перемешивании масла с поверхности, и соответственно повышается прочность его. Трансформаторное масло, осторожно слитое из стеклянного сосуда (без перемешивания), обладает высокой электрической прочностью.

Полярные вещества низко и высококипящие, образуя в трансформаторном масле истинные растворы, практически не оказывают влияния на удельную проводимость и электрическую прочность. Вещества, образующие в трансформаторном масле коллоидные растворы или эмульсии с очень малым размером капель (являющиеся причиной электрофоретической электропроводности), если они имеют низкую температуру кипения, снижают, а в случае если их температура кипения высока, практически не влияют на прочность.

Несмотря на огромный экспериментальный материал, следует констатировать, что до сих пор нет единой общепризнанной теории пробоя жидких диэлектриков применительно даже к условиям длительной экспозиции напряжения.

Пробой в жидких диэлектриках, загрязненных примесями при длительной экспозиции напряжения, представляет собой по существу завуалированный газовый пробой.

Имеются три группы теорий:

1) тепловые, объясняющие образование газового канала как результат кипения самого диэлектрика в местах локальной повышенной неоднородности поля (пузырьки воздуха и пр.)

2) газовые, по которым источником пробоя являются пузыри газа, адсорбированные на электродах или растворенные в масле;

3) химические, объясняющие пробой как результат химических реакций, протекающих в диэлектрике под действием электрического разряда в пузыре газа. Общим в этих теориях является то, что пробой масла происходит в паровом канале, образованном за счет испарения самого жидкого диэлектрика.

Читайте также  12 лучших разводных ключей - Рейтинг 2020

Существует гипотеза, согласно которой паровой канал образуют низкокипящие примеси, в случае если они вызывают повышенную проводимость.

Под воздействием электрического поля примеси, содержащиеся в масле и образующие в нем коллоидный раствор или микроэмульсию, втягиваются в зону между электродами и дрейфуют в направлении поля. Значительное количество теплоты, выделяющейся при этом вследствие низкой теплопроводности диэлектрика, расходуется на нагрев самих частиц примеси. Если эти примеси являются причиной высокой удельной проводимости масла, то при низкой температуре кипения примесей они испаряются, образуя при достаточном содержании их «газовый канал», в котором и происходит пробой.

Центрами парообразования могут служить пузыри газа или пара, образующиеся под воздействием поля (в результате явления электрострикции) за счет растворенных в масле примесей (воздух и другие газы, а также возможно, низкокипящие продукты окисления жидкого диэлектрика).

Пробивное напряжение масел зависит от наличия в них связанной воды. В процессе вакуумной сушки масла и наблюдаются три этапа: I — резкого повышения пробивного напряжения, соответствующий удалению эмульсионной воды, II — в котором мало изменяется пробивное напряжение и остается на уровне около 60 кВ в стандартном пробойнике, в это время удаляется растворенная и слабо связанная вода, и III — медленного повышения пробивного напряжения масла за счет удаления связанной воды.

Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от температуры (рис. 4. 1).

Возрастание пробивного напряжения в точке d (область температур 60-80° С) обусловлено переходом воды из состояния эмульсии в состояние молекулярного раствора. Увеличение пробивного напряжения в области низких температур связано с увеличением вязкости масла и меньшими значениями диэлектрической проницаемости льда по сравнению с водой. Снижение пробивного напряжения ниже температуры 90 — 95° С, т.е. когда масло находится уже в твердом состоянии, объясняется образованием в нем трещин.

Особенно сильно снижает электрическую прочность трансформаторного масла наличие в нем эмульсионной влаги. Из рис. 4. 2 видно, что уже сотые доли процента воды в масле резко снижают его электрическую прочность. Как видно, содержание влаги выше 0,04% уже не влияет на электрическую прочность масла. При количестве влаги, превышающем 0,04%, она уже не может находиться во взвешенном состоянии и выпадает на дно сосуда, не увеличивая влагосодержания в объеме масла. Влияние воды особенно заметно в случае наличия в трансформаторном масле органических волокон, которые искажают электрическое поле внутри жидкости и также приводят к снижению электрической прочности. Так, например, при содержании влаги в 0,02–0,05 % и полном отсутствии в масле органических волокон его электрическая прочность может еще достигать 140 – 150 кВ/см.

На электрическую прочность трансформаторного масла существенное влияние оказывает содержание в нем газовых включений. В связи с этим, включение напряжения после заливки масла в трансформатор, или какой–либо аппарат, следует производить спустя некоторое время, так как возможен пробой масла. На рис. 4. 3 видно, как повышается электрическая прочность хорошо очищенного трансформаторного масла в зависимости от времени его заливки в сосуд до подачи напряжения.

Электрическая прочность — трансформаторное масло

Электрическая прочность трансформаторного масла возрастает по мере повышения его гидростатического давления даже при очень кратковременном испытательном напряжении, составляющем всего 1 мкс. Объясняется это тем, что при значительном повышении давления находящиеся в масле газовые пузырьки ( играющие немаловажную роль в развитии разряда) сильно сжаты, а к тому же возрастает и растворимость газа в масле. На зависимость электрической прочности масла от давления определенное влияние оказывает первоначальное количество газа, находящегося в данном объеме масла. [1]

Электрическая прочность трансформаторного масла резко снижается при загрязнении и особенно при увлажнении. Под действием электрического поля частицы загрязнений или капель воды образуют цепочки, направленные вдоль силовых линий электрического поля. Для перекрытия по такой цепочке требуется значительно меньшее разрядное напряжение, чем для разряда в чистом масле. [2]

Электрическая прочность трансформаторного масла изменяется также в зависимости от температуры. [4]

Электрическая прочность трансформаторного масла во время облучения несколько снижается. [6]

Электрическая прочность трансформаторного масла в аппаратах, работающих при рабочем напряжении 36 кв и выше, не должна быть ниже 40 кв сразу после заливки свежего и не ниже 35 кв для эксплуатационного масла. [7]

Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры характеризуется кривыми, показанными на фиг. [8]

На электрическую прочность трансформаторных масел наибольшее влияние оказывает вода, которая может содержаться в них как в эмульгированном, так и в молекулярно-растворенном состоянии. Основным фактором, снижающим электрическую прочность масел, является эмульсионная вода. [9]

Так как электрическая прочность трансформаторного масла значительно выше чем воздуха, то, если удалить из твердой изоляции трансформатора воздух и пропитать ее дегазированным трансформаторным маслом, можно значительно повысить допустимое рабочее напряжение. [10]

Температурная зависимость электрической прочности трансформаторного масла при частоте переменного тока 50 Гц имеет сложный характер. [12]

Для испытания электрической прочности трансформаторного масла в СССР стандартизэ-ван прибор ( рис. 1 — 3), состоящий из фарфорового сосуда с находящимися в нем дисковыми электродами. [14]

Аппаратом АМИ-60 проверяется электрическая прочность трансформаторного масла и других жидких диэлектриков переменным синусоидальным напряжением до 60 кв при частоте 50 гц. [15]

Источник:
http://stroi-obzor.ru/strojka/kakimi-sposobami-povyshajut-jelektricheskuju/

Основные теоретические положения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение электрической прочности трансформаторного масла

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Усвоить методику электрического испытания трансформаторного мала.

2. Произвести стандартное испытание масла на электрическую прочность.

3. Определить величину электрической прочности масла в зависимости от расстояния между электродами разрядника.

4. Установить зависимость электрической прочности масла от числа пробоев.

5. Оформить отчет.

Основные теоретические положения

Во многих электрических аппаратах – трансформаторах, масляных выключателях, маслонаполненных конденсаторах и кабелях, масляных реостатах и других подобных устройствах – применяется в качестве заполнителя жидкий материал, представляющий собой нефтяное электроизоляционноемасло. Часто это масло, в зависимости от его обработки, свойств и назначения, называется трансформаторным, кабельным, конденсаторным и т. п.

В электрических аппаратах масло выполняет ряд весьма важных и ответственных функций:

− повышение электрической прочности и надежности изоляции;

− создание надлежащих условий для охлаждения обмоток и магнитопровода, которые разогреваются вследствие неизбежных потерь в меди и стали.

В специальных аппаратах, используемых для разрыва цепей при значительных напряжениях, или при больших токах (масляные выключатели), трансформаторное масло обеспечивает быстрое гашение электрической дуги, что позволяет отключать большие электрические мощности.

Таким образом, в электрических установках трансформаторное масло используется как изолирующее, охлаждающее и дугогасящеесредство.

Надежность работы маслонаполненной аппаратуры определяется качеством электроизоляционного масла, которое должно периодически испытываться с целью определения его электрических параметров. Трансформаторное масло обычно различают: чистое и сухое, тщательно очищенное от всевозможных примесей, предназначенное для заливки в тот или иной аппарат (регенерированное); эксплуатационное, которое залито уже в аппарат и находится в эксплуатации. При воздействии повышенной температуры, влаги, воздуха (особенно озона), соприкосновение масла с металлами, в нем появляются продукты распада, масло теряет свою прозрачность, темнеет, в нем появляются механические примеси, взвешенный уголь, кислоты и смолы. Волокнистые примеси в еще большей степени снижают электрическую прочность масла. Они более гигроскопичны, чем масло, и впитывая в себя влагу, становятся полупроводящими частицами. Взвешенный уголь является хорошим проводником. При соприкосновении с воздухом трансформаторное масло быстро окисляется. Растворение в нем кислоты действует на твердую органическую изоляцию аппарата (бумага, картон, пряжа и др.) и металлы (бак, обмотка). Масло стареет. Масло, качество которого снизилось вследствие старения и загрязнения, очищают. Различают два вида испытаний эксплуатационного масла: на пробой и на сокращенный анализ. В объем испытания на пробой входит определение электрической прочности, наличия механических примесей, содержание взвешенного угля, воды. В объем сокращенного анализа дополнительно входит определение температуры вспышки, содержания органических кислот, наличия водорастворимых кислот и щелочей.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей изоляционное масло должно подвергаться лабораторным испытаниям в следующие сроки:

− для трансформаторов мощностью свыше 630 кВ·А, работающих с термосифонными фильтрами, не реже 1 раза в 5 лет (сокращенный анализ);

− для трансформаторов, работающих без термосифонных фильтров, а также для трансформаторов и аппаратов после капитального ремонта не реже 1 раза в 2 года.

В измерительных трансформаторах напряжением до 20 кВ и силовых трансформаторах мощностью до 630 кВ·А с термосифонными фильтрами пробу масла не отбирают, а масло заменяют по результатам профилактических испытаний.

Предельные допустимые значения в соответствии с ГОСТ 982-80 основных показателей качества свежего или регенерированного сухого и эксплуатационного масла приведены в таб.1.

Т а б л и ц а 1 – Основные показатели качества трансформаторного масла

Источник:
http://megapredmet.su/1-71850.html