11933

Определение электрической прочности трансформаторного масла

Лабораторная работа

Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 Определение электрической прочности трансформаторного масла ПРОГРАММА РАБОТЫ Усвоить методику электрического испытания трансформаторного мала. Произвести стандартное испытание масла на электрическую прочность. Определить ...

Русский

2013-04-14

153 KB

81 чел.

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 электроизоляционное масло. 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 дугогасящее средство.

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

Показатель качества масла

Допустимые значения

для свежего масла

для эксплуатационного масла

Электрическая прочность масла, кВ, определяемая в стандартном сосуде, для трансформаторов и изоляторов напряжением:

до 15 кВ

30

25

свыше 15 до 35

35

30

от 60 до 220

45

40

от 330 до 500

55

50

Содержание механических примесей

Отсутствие (визуально)

Отсутствие (визуально)

Содержание взвешенного угля

Отсутствие

Отсутствие

Кислотное число, мг КОН на 1г масла не более

0,02

0,02

Температура вспышки, 0С, не ниже

135

Снижение температуры не более чем на 500С

Тангенс угла диэлектрических потерь, не более, %:

при 200С

при 700С

при 900С

0,2

1,5

-

0,4

2,0

-

Важнейшей характеристикой каждого масла как электроизоляционного материала является его электрическая прочность, т.е. та минимальная напряженность электрического поля Епр, кВ/мм, при которой происходит пробой. Электрическая прочность определяется пробивным напряжением Uпр, отнесенным к толщине h диэлектрика в месте пробоя:

 .        (1)

Численное значение величины Епр зависит от качества изоляционного масла,  наличия в нем влаги,  различных твердых примесей, в особенности, если последние гигроскопичны (рис. 1). Таким образом, по величине электрической прочности трансформаторного масла можно судить о степени его загрязнения инородными веществами.

Р и с у н о к 1 − Зависимость действующего значения пробивного напряжения от содержания влаги в изоляционном масле, полученная при испытании в

стандартном разряднике (h = 2,5 мм)

Электрическая прочность любого диэлектрика, в том числе и изоляционного масла с определенными свойствами, не является постоянной величиной, а зависит от степени равномерности электрического поля, рода прилагаемого напряжения, скорости изменения напряжения, а также от продолжительности его воздействия. Помимо этого на величину электрической прочности несколько влияет температура, в особенности для увлажненного масла (рис. 2), а в некоторых случаях и толщина слоя диэлектрика.

Р и с у н о к  2 − Зависимость действующего значения пробивного

напряжения трансформаторного  масла от температуры,

полученная при испытании в стандартном разряднике (h = 2,5 мм):

1 – чистое и сухое масло; 2 – эксплуатационное масло со следами влаги.

Для того чтобы по численному значению электрической прочности можно было судить о качестве масла, испытание его на пробой проводят в определенных условиях на специальном пробивном аппарате. Последний укомплектован разрядником, выполненным по ГОСТ 17711-72 в виде фарфорового сосуда с двумя стандартными латунными или медными шлифованными  электродами  Ø 25 мм, расположенными на расстоянии 2,5 мм друг от друга (рис. 3).

Р и с у н о к  3 − Стандартный разрядник для испытания трансформаторного

масла на пробой

Сосуд после соответствующей подготовки заливается испытуемым  маслом, а к электродам подводится плавно повышаемое напряжение со скоростью порядка 1 – 2 кВ/сек до тех пор, пока слой масла толщиной h0 = 2,5 мм не будет пробит напряжением Uпр, кВ. Наступление пробоя определяется по наибольшему показанию киловольтметра пробивного аппарата.  

Быстро возникающие и также мгновенно исчезающие тонкие искры, проскакивающие между электродами при плавном повышении напряжения, во внимание не принимаются.

Для устранения посторонних влияний на результаты испытания изоляционного масла производят шесть последовательных пробоев изоляционного масла с интервалом 5 минут между ними.

После каждого пробоя масло слегка перемешивается стеклянной палочкой для удаления копоти и пузырьков воздуха, находящихся в пространстве между электродами.

За величину пробивного напряжения Uпр данного сорта масла принимают среднее арифметическое значение пяти полученных пробивных напряжений Uпр, за исключением  напряжения первого пробоя

                                                        .                                                 (2)

Численное значение Uпр нормируется как для чистого и сухого масла, так и для масла, находящегося в эксплуатации, в зависимости от величины рабочего напряжения заполняемого маслом аппарата, табл. 2

Т а б л и ц а  2 − Пробивное напряжение изоляционного масла

Для аппаратов с высшим рабочим напряжением U, кВ

Пробивное напряжение Uпр, кВ при  h0 = 2,5 мм для масла

До15 кВ

30

25

От 15 до 35кВ

35

30

От 60 до 220кВ

45

40

От 330 до 500кВ

55

50

Определение электрической прочности Eпр0, кВ/мм трансформаторного масла при  h0 = 2,5 мм производится по формуле (1).

Совершенно аналогично может быть найдена электрическая прочность Eпр при других значениях h и установлена зависимость Епр = f(h). В том случае, когда при выполнении этого опыта испытывается влажное трансформаторное масло, то перед каждым испытанием следует в фарфоровый сосуд наливать свежее масло, т.к. в противном случае вследствие подсушивания масла от многократных пробоев результаты испытания могут быть искажены.

Если же масло подвергать многократным пробоям без замены и перемешивания, а результаты опытов представить соответствующим графиком в виде ломанной линии с последующей заменой ее плавной средней линией (рис. 4), то по ее ходу можно судить о влажности испытуемого масла. Если кривая будет подниматься вверх, то это указывает на наличие влаги в масле, и наоборот.

   

Р и с у н о к  4 − Зависимость действующего значения Uпр трансформаторного масла от числа пробоев

Несмотря на простоту эксперимента по испытанию трансформаторного масла на пробой, надежные данные могут быть получены только в том случае, когда электроды и фарфоровый сосуд будут совершенно чистые и перед заполнением сухие. Поэтому электроды периодически необходимо протирать замшей.

Перед началом каждого испытания сосуд с электродами следует промыть чистым сухим маслом и просушить в термостате, после чего прикосновение, как к электродам, так и к внутренней стенке сосуда недопустимо.

Проба масла должна отбираться в совершенно чистую и сухую стеклянную посуду, плотно закрывающуюся притертой пробкой.

Перед испытанием посуду с отобранной пробой насколько раз медленно переворачивают вверх дном для перемешивания масла, но не взбалтывают во избежание образования пузырей воздуха внутри масла. Затем вынимается пробка и некоторое количество масла сливается до краев сосуда.

После этого подготовленный и просушенный разрядник пробивного аппарата трижды ополаскивается маслом, которое каждый раз полностью выливается, и только затем заполняется маслом так, чтобы оно было выше верхнего края электродов не менее 15 мм, и дают ему отстояться до первого пробоя 10 минут.

Описание схемы установки

Трансформаторное масло испытывают на пробой на специально сконструированных установках, например, аппаратах АИИ-70м, АИИ-80 и др. Принципиальная схема аппарата АИИ-70м изображена на рис. 5.

Р и с у н о к  5 − Принципиальная электрическая схема маслопробойника

Аппарат состоит из передвижного пульта управления на колесах и выпрямителя. Внутри пульта управления расположены: высоковольтный трансформатор, пускорегулирующая и сигнальная аппаратура. Электропитание подводится к аппарату от однофазной сети напряжением 127 или 220 В посредством гибкого кабеля, снабженного штепсельными разъемами, на клеммы дверной блокировки SF2. Далее через предохранители F1, F2, F3 попадает на регулятор напряжения SF1, подается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора TV1 и конденсаторы C1, C2. Переключатель S1 служит для установки максимальной защиты автоматического выключателя SF1 в положение «Чувствительная» или «Грубая». Высокое напряжение от трансформатора TV1 через ограничительное сопротивление R может быть использовано как для испытания переменным напряжением твердых диэлектриков, так и для определения пробивного напряжения жидких диэлектриков. Сигнальная лампа HLG (зеленая) указывает на включение сети, лампа HLR (красная) на включение высокого напряжения. В установке имеется сосуд EV с электродами для испытания жидких диэлектриков.

Аппарат на своей крышке, где установлена аппаратура контроля, сигнализации, коммутации и защиты, имеет дверцу со смотровым окошком для наблюдения процесса пробоя трансформаторного масла, которая прикрывает разрядник и имеет блокировочные контакты Б, разрывающие цепь питания аппарата, как только дверца открывается. Этим достигается автоматическое снятие напряжения с электродов разрядника, что необходимо для безопасной работы с аппаратом.

При пользовании аппаратом корпус  надежно заземлить путем соединения клеммы заземления, установленной на его задней стенке, с системой заземления медным проводом с сечением не менее 4 мм2.

Кроме того лицо, проводящее испытание масла на пробой, должно при работе на аппарате все время находиться на резиновом коврике и надеть на руки резиновые перчатки.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомится с аппаратом для определения электрической прочности твердых и жидких диэлектриков и прочим оборудованием экспериментальной установки и записать в протокол испытания их технические характеристики.

2. Проверить состояние проводки заземления корпуса аппарата и подключить сам аппарат к сети однофазного тока  через двухполюсный рубильник S1 и плавкие предохранители FU1−FU3.

3. Пользуясь ключом и калибром установить расстояние между электродами разрядника 2,5 мм при котором калибр должен входить между ними без качки, но не очень туго.

4. Промыть разрядник чистым сухим маслом, подготовить банку с испытуемым маслом для заливки разрядника, трижды обмыть им электроды, а затем заполнить фарфоровый сосуд до отметки и установить его в аппарат.

5. Повернуть ручку регулировочного автотрансформатора TV2 против часовой стрелки до упора, дать отстояться маслу в течении 10 мин., установить стрелку киловольтметра kV на нулевое деление шкалы при помощи регулировочного винта и, после разрешения руководителя, приступить к работе.

6. Включить двухполюсный рубильник S1, в результате чего загорится зеленая сигнальная лампа «HLG», указывающая, что регулировочный автотрансформатор находится под напряжением сети.

7. Надеть резиновые перчатки, встать на резиновый коврик, включить автоматический выключатель SQ, после чего загорится красная сигнальная лампа “HLR”, предупреждающая о включении высоковольтного трансформатора TV1.

8. Плавно поворачивать ручку регулировочного автотрансформатора ТV2 по часовой стрелке со скоростью обеспечивающей нарастание напряжения порядка 1 – 2 кB/сек до тех пор, пока не произойдет пробой масла. Одновременно следует наблюдать за показаниями киловольтметра kV с тем, чтобы в момент, предшествующий пробою, отсчитать величину пробивного напряжения, ибо при пробое происходит срабатывание автоматического выключателя SF1, который отключает цепь первичной обмотки высоковольтного трансформатора ТV1,  красная сигнальная лампа “HLR” при этом гаснет.

9. Возвратить ручку регулировочного автотрансформатора ТV2 в исходное положение, поднять откидную дверцу и помешать чистой сухой стеклянной палочкой масло в разряднике для удаления из промежутка между электродами частиц копоти, а затем закрыть дверцу.

После отстаивания масла в течение 5 мин. испытание повторить и снова выполнить все манипуляции, предусмотренные в пункте 9, с таким расчетом, чтобы иметь данные по шести пробоям испытуемого масла, результаты наблюдений свести в табл. 3.

Т а б л и ц а  3 − Результаты испытаний на пробой

№ опыта

Пробивное напряжение Uпр, кВ при h0 = 2,5 мм

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

10. Для установления зависимости величины пробивного напряжения Uпр от расстояния h между электродами разрядника повторить опыты пунктов 3 – 9 при различном значении h, устанавливаемом с помощью ключа и набора калибров. Результаты испытания свести в табл. 4.

Т а б л и ц а  4 − Зависимость Uпр от расстояния между электродами h 

№ опыта

Пробивное напряжение Uпр

h = … мм

h = … мм

h = … мм

h = … мм

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

  1.  

Примечание.  При испытании влажного масла необходимо его заменять при каждом вновь устанавливаемом расстоянии между электродами разрядника, во избежания получения неудовлетворительных результатов вследствие подсушивания масла многократными пробоями.

11. Найти зависимость величины пробивного напряжения Uпр от числа пробоев,  для чего произвести 30 последовательных пробоев без перемешивания масла в разряднике и результаты наблюдений свести в табл. 5

Т а б л и ц а  5 − Зависимость Uпр от числа пробоев

№  пробоя

1.

2.

3.

4.

5.

28.

29.

30.

Uпр, кВ

Обработка результатов опыта

1. Пользуясь формулами (1) и (2) определить величину пробивного напряжения Uпр и электрической прочности Епр0 масла при h0 = 2,5 мм.

2. Вычислить величины Uпр и Епр при различном значении расстояния h между электродами разрядника. Результаты расчетов свести в табл. 6.

Т а б л и ц а  6

опыта

h = … мм

h = … мм

h = … мм

h = … мм

Uпр, кВ

Епр, кВ/мм

Uпр,

кВ

Епр, кВ/мм

Uпр,

кВ

Епр, кВ/мм

Uпр,

кВ

Епр, кВ/мм

1 − 6

3. Вычертить в различных координатных системах кривые Uпр = f(h) и Епр = f(h).

4. Привести зависимость величины пробивного напряжения от числа пробоев, т.е. Uпр = f(n), и, пользуясь полученными результатами проведенного испытания, дать заключение о пригодности изоляционного для эксплуатации.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Какую роль выполняет трансформаторное масло в электрических аппаратах?
  2.  Чем отличается конденсаторное масло от трансформаторного?
  3.  Что такое  электрическая прочность масла и как ее определяют?
  4.  Какие изменения происходят в трансформаторном масле в условиях эксплуатации?
  5.  Почему при стандартном испытании масла берется среднее из пяти пробоев, а не удовлетворяются данными по одному, двум пробоям?
  6.  Как и почему влияет на электрическую прочность масла большое число следующих друг за другом пробоев?
  7.  Какие испытания входят в программу на «пробой»? Каковы сроки этих испытаний?
  8.  Расскажите о видах испытаний, входящих в программу сокращенного анализа масла, каковы их сроки?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Богородицкий Н. П., Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. – Л.: Энергия, 1985. – 304 с.

2. Казарновский Д. М., Тареев Б. М. Испытания электроизоляционных материалов и изделий. − Л.: Энергия, 1980. – 216 с.

3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 424 с.

4. Пястолов А. А., Мешков А. А., Вахромеев А. Л. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования. – М.: Колос, 1981. – 335 с.

PAGE   \* MERGEFORMAT 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17522. Модуляція та демодуляція сигналів. Амплітудна модуляція складених сигналів 149 KB
  Лабораторна робота №6 На тему: Модуляція та демодуляція сигналів. Амплітудна модуляція складених сигналів Мета роботи Розглянути принципи модуляції сигналів. Проаналізувати особливості різних типів модуляції. Ознайомитись з алгоритмом отримання амплітудної ...
17523. Формування аналогового сигналу з заданими параметрами з допомогою широтно-імпульсного модулятора 416.35 KB
  Тема: Формування аналогового сигналу з заданими параметрами з допомогою широтноімпульсного модулятора. Мета: Ознайомлення з роботою широтноімпульсного модулятора. Завдання:Сформувати вихідний сигнал ШІМ з частотою та формою заданими згідно варіанту: Варіант:...
17524. Безопасность жизнедеятельности, конспект лекций 619 KB
  Конспект содержит основные сведения о взаимодействии человека и среды обитания, человека и технических систем, охране труда. Рассмотрены правовые, организационные вопросы безопасности жизнедеятельности. Дано представление о чрезвычайных ситуациях, мероприятиях и средствах защиты населения при ЧС.
17525. Реалізація аналого-цифрового перетворювача 537.99 KB
  Тема: Реалізація аналогоцифрового перетворювача. Мета: Ознайомлення з принципом роботи аналогоцифрових перетворювачів порозрядного зрівноваження. Завдання: Виміряти значення напруги на виході потенціометра з допомогою АЦП реалізованого на базі ЦАП згідно ва...
17526. Реалізація системи автоматичного регулювання 123.51 KB
  Тема: Реалізація системи автоматичного регулювання. Мета: Ознайомлення з роботою систем автоматичного регулювання зі зворотнім зв’язком. Завдання:Реалізувати систему регулювання вихідної напруги активного аналогового фільтра нижніх частот другого порядку з ча
17527. Робота з базами даних в Java з використанням OR/M Hibernate 76.5 KB
  Лабораторна робота №1 Тема: Робота з базами даних в Java з використанням OR/M Hibernate. Мета: Навчитись виконувати основні операції при роботі з базами даних в Java використовуючи OR/M Hibernate. Ознайомитись з середовищем програмування Eclipse. Хід роботи: Теоретичні відомості: O/RM ...
17528. Java Servlet та JSP 86 KB
  Лабораторна робота №2 Тема: Java Servlet та JSP. Мета: Навчитись створювати та виконувати Java Servlet та JSPсторінки всередині серверу Tomcat. Хід роботи: Теоретичні відомості: Сервлет Javaоб’єкт що працює всередині спеціальної програми сервлетконтейнера і застосовується
17529. Розробка Java-програм з Web-інтерфейсом, що працюють з базами даних, на основі фреймворка Spring та Java Persistence API (JPA) 305.5 KB
  Лабораторна робота №3 Тема: Розробка Javaпрограм з Webінтерфейсом що працюють з базами даних на основі фреймворка Spring та Java Persistence API JPA. Мета: Навчитись використовувати шаблон проектування MVC та фреймворк Spring при створенні Javaпрограм з Webінтерфейсом. Навчитись вико...
17530. Робота з базами даних в Java з використанням JDBC 51.5 KB
  Лабораторна робота №1 Тема: Робота з базами даних в Java з використанням JDBC. Мета: Навчитись виконувати основні операції при роботі з базами даних в Java використовуючи JDBC API. Теоретичні відомості Таблиці. В бібліотеці javax.swing є клас JTable який представляє таблицю. Для