лекция № 16 испытания жидких диэлектриков.


Лекция № 16
Испытания жидких диэлектриков.
В технике высоких напряжений жидким изолирующим материалам принадлежит весьма важная роль. В большинстве случаев они используются в комбинации с бумагой, по отношению к которой выполняют функцию пропитывающего материала. Жидкие диэлектрики, обладая высокой электрической прочностью, легко проникают в поры волокнистых материалов, заполняют все промежутки и, тем самым, значительно увеличивают электрическую прочность изоляции машин и аппаратов.
Жидкие электроизоляционные материалы обладают высокой теплоёмкостью и высоким коэффициентом теплопередачи. Поэтому применение жидких диэлектриков позволяет значительно улучшить отвод тепла от токоведущих частей машин и аппаратов и, следовательно, повысить их мощность. Ряд жидких диэлектриков обладают хорошими дугогасящими свойствами. Поэтому они широко применяются для заполнения высоковольтных выключателей.
По своей природе жидкие диэлектрики делятся на три основные группы:минеральные масла;
растительные масла;
синтетические жидкие диэлектрики.
Наиболее широкое применение в технике получили минеральные масла, которые по своему назначению делятся на: трансформаторные, конденсаторные и кабельные.
Трансформаторное масло представляет собой неполярную жидкость от бесцветного до темно-жёлтого цвета. Цвет чистого масла зависит от исходного продукта и не определяет свойства масла.
Конденсаторное масло отличается от трансформаторного только степенью очистки. Очистка повышает удельное сопротивление и электрическую прочность масла, а также резко снижает тангенс угла диэлектрических потерь.Кабельное масло, служащее для пропитки бумажной изоляции кабелей весьма высокого напряжения, маловязкое и по своим электрическим свойствам близко к конденсаторному.
При работе в электрических аппаратах изоляционные свойства минеральных масел постепенно ухудшаются. В процессе старения в масле образуются кислоты и смолы, загрязняющие его. Масло темнеет, а его вязкость возрастает и ухудшает теплоотвод от токоведущих частей. Старение минеральных масел вызвано их окислением кислородом воздуха и, особенно, озоном, образующимся при коронировании.Воздействие света и повышенных температур ускоряет процесс старения. Этому способствуют и металлические катализаторы: медь, латунь, железо и другие металлы. Присутствие воды в масле тоже ускоряет процесс его старения. При старении в масле образуются твёрдые смолообразные примеси. Они выпадают в виде осадков на обмотки трансформатора, что затрудняет теплоотвод от нагретых частей. Если же примеси растворяются в масле, то его электрическая прочность снижается. В процессе старения масла в нём образуются кислоты и влага, которые также снижают уровень изоляции трансформаторов, кабелей и других устройств.
Несмотря на меры предохранения масла от старения оно всё же с течением времени ухудшает свои электрические, физические и химические свойства. Поэтому находящееся в эксплуатации масло необходимо испытывать на электрическую прочность, температуру вспышки паров, вязкость, подвергать очистке, сушке и регенерации.
Определение электрической прочности трансформаторного масла.
Испытание трансформаторного масла на пробой является одним из наиболее важных и чаще других используемых на практике видом испытаний. Определение пробивного напряжения производится на аппаратах АИИ-70, АИМ-80, либо АИМ-90. Трансформаторное масло заливается в сосуд, изображенный на рис. 14.38. В фарфоровом сосуде укреплены два латунных электрода диаметром 25 мм с межэлектродным расстоянием 2,5 мм. Количество заливаемого масла должно быть таким, чтобы над верхней частью электродов был слой трансформаторного масла не менее 15 мм. Залитому маслу в сосуд дают отстояться в течение 10 минут, после чего производят первый пробой.
-57156985Перед каждым из пяти последующих пробоев маслу дают отстояться по 5 минут, перемешивают чистой и сухой стеклянной палочкой или щупом, так, чтобы из межэлектродного пространства удалились газовые пузырьки и посторонние включения. Электрическая прочность масла определяется как значение пробивного напряжения, отнесённое к межэлектродному асстоянию. Рис. 1. Стандартный масло-пробойник.
Среднее значение электрической прочности определяется по формуле:
,
где N - число пробоев масла.
Разброс отдельных значений электрической прочности, относительно среднего значения характеризуется среднеквадратичным отклонением σ :,
Неоднородность трансформаторного масла, как изоляции, оценивается коэффициентом вариации - Квар:.
Изоляция считается однородной, если Квар < 15%. Сильное влияние на величину электрической прочности трансформаторного масла оказывает присутствие влаги, причём резкое снижение электрической прочности наблюдается уже при содержании влаги порядка 0,01-0,015 процентов от массы. В таком состоянии масло уже непригодно для использования в качестве изоляционной среды в высоковольтной аппаратуре. Определяемая электрическая прочность связана с влажностью выражением:
,
где (ω - влажность масла в процентах - то есть количество воды в масле в процентах от веса масла).В таблице 1 приведены нормы, которым должно удовлетворять трансформаторное масло.
Таблица 1
Установки, Uн, кВ Пробивное напряжение,
напряжение,кВ, на 25мм кВ на 2,5 мм
свежее масло эксплуатационное масло
до 15 30 25
выше 15 до 35 35 30
от 60 - 220 45 40
Определение температуры вспышки паров минерального масла
Температура вспышки - это температура, при которой смесь паров масла с воздухом воспламеняется при приближении открытого пламени или искры.
Температура вспышки паров масла определяет степень опасности использования масла в пожарном отношении.
Для определения температуры вспышки паров трансформаторного масла применяется прибор, схема которого изображена на рис. 2.

Рис. 2.
Прибор для определения температуры вспышки паров
минерального масла.
Прибор состоит из латунного стакана – 1, помещенного внутрь электрического нагревателя 2. Стакан заполняется испытуемым маслом до отметки на его внутренней поверхности. При повороте мешалки ее нижние крылья перемешивают масло, а верхние - пары масла. При сдвиге заслонки - 3, горелка - 4 автоматически наклоняется к отверстию и ее пламя соприкасается с парами масла.
Температурой вспышки - называют наименьшую температуру, при которой вспыхивают пары масла. При этих условиях само масло не загорается. Оно загорается при большей температуре, называемой температурой воспламенения.
Определение вязкости трансформаторного масла.
Вязкость трансформаторного масла является важным физическим параметром, определяет процесс теплоотдачи обмоток и магнитопроводов в трансформаторах и дугогасящую способность выключателей Для хорошей циркуляции масла в трансформаторах, улучшающей охлаждение обмоток и магнитопроводов, необходимы масла с малой вязкостью. В свою очередь у масла, как и других жидких диэлектриков, вязкость сильно возрастает при понижении температуры. При температуре 20°С вязкость трансформаторного масла должна быть не более 4,2°Э и не выше 2°Э при температуре 50°С.
Для измерения условной вязкости – ВУ масла применяется вискозиметр Энглера, схема которого показана на рис. 3. Латунный сосуд – 2 помещен внутрь металлического сосуда 1 так, чтобы между ними имелось пространство, заполненное водой. Оба сосуда в центре имеют отверстия, сквозь которые пропущена калиброванная трубка – 3


Рис. 3.
Схема вискозиметра Энглера.
с диаметром внутреннего отверстия 2-3 мм. Это отверстие закрывается пробкой - 4. Латунный сосуд заполняется испытуемой жидкостью по указательные штифты – 5. Одновременное касание маслом всех трех остриев служит признаком правильной установки на столе, неточность установки выправляют установочными винтами на ножках прибора. Наружный сосуд 1 служит водяной баней, откуда нагретая на электрической плитке вода равномерно передает тепло маслу. Воду перемешивают мешалкой. Благодаря значительной теплоемкости воды не происходит резких колебаний температуры масла во время испытаний.
Перед испытаниями трансформаторного масла вискозиметр Энглера должен быть тщательно промыт и просушен. Вставив пробку - 4 в калиброванную трубку - 3 и установив под сливным отверстием мерную колбу с отметкой на узком горлышке объема в 200мл, заливают масло в латунный сосуд. Закрыв крышку, нагревают воду, перемешивая ее мешалкой - 5. Когда установится требуемая температура масла, что отмечается термометром – Т 2, сливают в колбу масло до отметки-200 мл. При этом пену во внимание не принимают. Время вытекания этого объема масла засекают секундомером.
Вязкостью масла в градусах Энглера называется отношение времени истечения 200 миллилитров масла, нагретого до температуры 50 0С, к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 0С.
Время истечения 200 мл. воды при температуре 20 0С называют водным числом прибора.
Наряду с условной вязкостью различают динамическую и кинематическую. Динамическая вязкость -η вычисляется по формуле:
, Па . с,
где f – сила в (Н), действующая на твердый шарик.
Эта сила равна весу твердого шарика за вычетом (на основании закона Архимеда) веса жидкости объема шарика; r, - радиус шарика, мм ; V - скорость движения шарика, м/с;
,
где k - поправочный коэффициент, учитывающий влияние стенок сосуда; r, - радиус сосуда, м; l. - высота сосуда, м; ν - кинематическая вязкость ,м/с вычисляется по формуле:
,
где ρ - плотность испытуемой жидкости, кг/м3 . Кинематическую вязкость часто измеряют в стоксах (Ст) = 10-4 м2/с.Для измерения вязкости кроме вискозиметра Энглера используют шариковые вискозиметры, ротационные, пластовискозиметры, электроротационные и капиллярные.Шариковые вискозиметры основаны на измерении скорости погружении стального шарика в испытуемой жидкости.
Ротационные вискозиметры конструктивно состоят из двух цилиндров: наружного неподвижного и внутреннего, вращающегося вокруг вертикальной оси под действием определенной силы. Пространство между ними заполнено испытуемой жидкостью. По затрате мощности на вращение внутреннего цилиндра или по степени замедления вращения его определяют вязкость жидкости. При определенном конструктивном исполнении ротационного вискозиметра можно совместить определение вязкости и удельного электрического сопротивления испытуемой жидкости по току утечки между цилиндрами.
Пластовискозиметры способны, наряду с вязкостью, определять предел прочности.
Электроротационные вискозиметры позволяют непосредственно отсчитывать величину вязкости по шкале измерительного прибора.
Капилярные вискозиметры служат для измерения кинематической вязкости.
От кинематической вязкости (м2/с) к условной вязкости (°Э) можно перейти, используя таблицу 2. Таблица 2
Кинематическая вязкость
Град
Э Кинематическая вязкость Град ЭКинематическая вязкость Град
Э
м2/с сСтВУ м2/с сСт ВУ м2/с сСт ВУ
0.000001 1.00 1.00 0.000024 24.0 3.43 0.000054 54.0 7.33
0.000002 2.00 1.10 0.000025 25.0 3.56 0.000055 55.0 7.47
0.000003 3.00 1.20 0.000026 26.0 3.68 0.000056 56.0 7.60
0.000004 4.00 1.29 0.000027 27.0 3.81 0.000057 57.0 7.73
0.0000045 4.5 1.34 0.000028 28.0 3.95 0.000058 58.0 7.86
0.000005 5.0 1.39 0.000029 29.0 4.07 0.000059 59.0 8.00
0.0000055 5.5 1.43 0.000030 30.0 4.20 0.000060 60.0 8.13
0.000006 6.0 1.48 0.000031 31.0 4.33 0.000061 61.0 8.26
0.0000065 6.5 1.53 0.000032 32.0 4.46 0.000062 62.0 8.40
0.000007 7.0 1.57 0.000033 33.0 4.59 0.000063 63.0 8.53
0.0000075 7.5 1.62 0.000034 34.0 4.72 0.000064 64.0 8.66
0.000008 8.0 1.67 0.000035 35.0 4.85 0.000065 65.0 8.80
0.0000085 8.5 1.62 0.000036 36.0 4.98 0.000066 66.0 8.93
0.000009 9.0 1.76 0.000037 37.0 5.11 0.000067 67.0 9.06
0.0000095 9.5 1.81 0.000038 38.0 5.24 0.000068 68.0 9.20
0.000010 10.0 1.86 0.000039 39.0 5.37 0.000069 69.0 9.34
0.000015 15.0 2.37 0.000045 45.0 6.16 0.000075 75.0 10.15
0.000020 20.0 2.95 0.000050 50.0 6.81 .0.000080 80.0 10.8
При > 8 . 10 –5 м2/с (80 сСт) переход от одной системы к другой производится по формуле:
ВУ 0Э = 0,136 .
Кислотное число
Одной из характеристик, позволяющей судить о степени старения нефтяного масла, является кислотное число.
Кислотное число определяется числом миллиграммов едкого калия, которое необходимо для нейтрализации кислых соединений 1г масла.Для трансформаторного масла кислотное число не должно превышать 0,02мг КОН на 1г испытуемого масла.
Контрольные вопросы:
Цель применения жидких диэлектриков в установках высокого напряжения ?Параметр определяющий пожарную безопасность жидких диэлектриков ?С использованием какого прибора определяют вязкость масла ?Что называют водным числом прибора ?Что называют температурой вспышки паров трансформаторного масла ?

Приложенные файлы

  • docx 4584419
    Размер файла: 63 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий