Лабораторная работа №6 Исследование трансформаторного масла

Цель работы: Ознакомиться с методами определения некоторых свойств трансформаторного масла (электрическая прочность, вязкость, температура вспышки). Исследовать влияние различных факторов на свойства трансформаторного масла.

Трансформаторное масло является продуктом переработки нефти при атмосферном давлении и t = 300 – 4000C. Нефти различаются по химическому составу, что влияет на сорт трансформаторного масла, кроме того, его химический состав определяется способом очистки. Полученное трансформаторное масло является сложной смесью различных углеводов, асфальтосмолистых веществ, эфиров, спиртов и соединений, содержащих металлы. Целью очистки масел является удаление нежелательных компонентов, ухудшающих стабильность масла против воздействия молекулярного кислорода, его электроизоляционные свойства, а также подвижность при низких температурах.

Трансформаторное масло широко используют в качестве изоляции и охлаждающей среды в трансформаторах, конденсаторах, кабелях, изоляторах, реакторах, а также для гашения дуги в выключателях. В процессе эксплуатации трансформаторного масла происходят изменения его химических и электрофизических свойств, которые обычно характеризуют понятием «старение». При старении масло становится более темным, в нем образуются загрязняющие его продукты – кислоты, смолы, некоторые из них растворяются в масле, другие выпадают в виде нерастворимого осадка, который ухудшает теплоотвод от нагревающихся деталей. Образовавшиеся низкомолекулярные кислоты разрушают изоляцию обмоток и вызывают коррозию соприкасающихся с маслом металлов.

При старении увеличивается вязкость и кислотное число масла, ухудшаются его электроизоляционные свойства, в большей степени, зависящие от появления воды в составе масла.

В трансформаторах старение масла происходит при повышении температуры за счет совместного воздействия на масло молекулярного кислорода, солнечного света и электрического поля, присутствии металлов (медь, железо, свинец), из которых изготовлены трансформаторы. Кроме продуктов старения, масло содержит также и другие примеси (взвешенные частички углерода, органические волокна и др.). Чистое масло, полученное лабораторным путем, имеет электрическую прочность:

Eпр = 25 – 50 кВ/мм.

В эксплуатации примеси, и увлажнение резко снижают прочность масла. Особенно сильно примеси влияют при f = 50 Гц в равномерных и слабо неравномерных полях, в этом случае микроскопические волокна и частицы воды втягиваются полем между электродами и располагаются вдоль силовых линий, образуют проводящие мостики, по которым и происходит пробой. В неравномерных полях возникновения проводящих мостиков затруднено и поэтому прибивное напряжение в таких полях от количества примесей почти не зависит. Для определения качества масла, степени загрязнения и увлажнения используют электроды, которые дают равномерное поле.

Кроме примесей, на величину электрической прочности оказывают влияние неоднородность электрического поля, частоты напряжения, температура, давления, расстояние между электродами и их диаметр, а также время воздействия напряжения. Влияние частоты обуславливается, с одной стороны, инерционными свойствами коллоидных частиц, с другой – разогревом масла. Температура и давление обуславливают различную вероятность вскипания и образования газовых включений, пробой которых приводит к образованию озона – сильного окислителя.

Увеличение расстояния между электродами или увеличение диаметра дисковых электродов в однородном поле при сильно увлажненном и загрязненном масле приводит к уменьшению электрической прочности масла, так как в промежуток между электродами втягивается большое количество взвешенных примесей (сажи, волокон пыли, молекул воды). Влияние времени воздействия напряжения на электрическую прочность объясняется тем, что процесс образования проводящих мостиков из частиц примесей протекает сравнительно медленно (рис.4.1).

Рис.4.1. Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от времени воздействия напряжения

Поэтому скорость подъема напряжения во время испытаний должна быть вполне определенной. Рекомендуется повышать напряжение со скоростью 1 кВ/с.

Правила технической эксплуатации электростанций (ПТЭ) предусматривают наименьшие значения электрической прочности трансформаторного масла, которые приведены в таблице.

В соответствии с этими правилами определение качества масла производится между дисковыми электродами с закругленными краями, диаметром 25 мм при расстоянии между электродами 2,5 мм по ГОСТу 6581-66.

Таблица

Рабочее напряжение аппаратов, кВ	Электрическая прочность масла не менее, кВ
	Для эксплуатационного	Для свежего
1	2	3
15 и ниже 15 – 35 110 и 220 330 и выше	20 25 25 45	25 30 40 50

Величину электрической прочности находят делением полученного пробивного напряжения на 2,5. Ввиду разброса значений пробивных напряжений масла при испытаниях берут среднее из пяти испытаний. Перед заливкой испытуемого масла в сосуд со стандартными электродами его необходимо промыть чистым спиртом и эфиром (для удаления влаги), а затем просушить в термостате, после этого 2-3 раза промыть испытуемым маслом. Протирать сосуд нельзя.

Рис.4.2. Сосуд и электроды для испытания масла на электрическую прочность

Уровень масла в сосуде должен быть не менее 15 мм от поверхности края электродов. Объем масла не менее 300 см². После медленной (чтобы не было пены) заливки масла в сосуд для испытания на электрическую прочность необходимо выдержать 10 – 15 минут для удаления пузырьков воздуха, так как газовые выключения уменьшают пробивное напряжение.

После каждого опыта делается интервал в 5 минут для осаждения частичек углерода и удаления газов, образовавшихся при пробое промежутка между электродами. Промежуток после каждого опыта очищается стеклянной палочкой или щупом.

Приборы, схемы испытаний и порядок выполнения работы

1. Ознакомиться со схемой испытаний и установкой, предварительно убедившись, что аппарат отключен от сети.

2. При установке межэлектродного расстояния щуп должен входить между электродами без качения, но не очень туго, чтобы не повредить поверхность электродов.

3. Трехкратно ополоснуть сосуд испытуемым маслом и залить необходимое для испытания количество масла.

4. Установить пробойник с жидкостью на изолированную подставку, дать отстояться маслу в течении 10 минут и подключить провода напряжения на электроды по схеме (рис.2.4).

5. Закрыть двери высоковольтной камеры, блокировку установить в рабочее положение.

6. Надеть диэлектрические перчатки и все испытания проводить стоя на резиновом коврике.

7. Установить регулятор напряжения в нулевое положение и включить установку в сеть.

После загорания сигнальной лампы повышать напряжение в пробойнике со скоростью 1 кВ/с рукояткой регулятора напряжения. В течение всей работы рукоятку следует вращать с одинаковой скоростью, непрерывно наблюдая за показаниями вольтметра. При полном пробое масла включается автомат защит. Отсчет производится по наибольшему отклонению стрелки вольтметра перед пробоем.

8. Отключение установки после пробоя происходит автоматически. Если автомат не срабатывает, необходимо уменьшить напряжение до нуля и отключить установку, чтобы не допустить длительного горения дуги.

9. После пробоя масла установить ручку регулятора напряжения в нулевое напряжение, открыть крышку и чистой стеклянной палочкой или щупом осторожно (не взбивая) перемешать масло и дать отстояться в течение 5 минут перед следующим испытанием.

Для испытания пробивного напряжения трансформаторного масла и других жидких диэлектриков, как правило, применяются типовые установки, например, АИИ-70, АИМ-80, схемы которых показаны на плакатах в лаборатории.

10. Произвести шесть пробоев трансформаторного масла при комнатной температуре. Первый пробой в расчетах не используется.

Результаты опытов записать в таблицу 2.

Таблица 2

Номер пробоя	1	2	3	4	5	6	Uср
Uпр, кВ

Полученное среднее из 5 замеров значение пробивного напряжения масла сравнить с требованиями норм ПТЭ. Величина электрической прочности ε_пр не нормируется, так как чрезвычайно чувствительна к примесям.

Определение температуры вспышки паров масла

Температурой вспышки называется температура, при которой пары масла, образуя смесь с воздухом, вспыхивают при поднесении к ней пламени. Для определения температуры вспышки пользуются прибором ПВЭН при этом масло заливается в медный стакан 1, установленный в воздушной ане и подогреваемый электроплитой 2. На крышке стакана размещены термометр 3, мешалка 4, заслонка 5 и горелка 6.

Рис.4.3. Прибор для определения температуры вспышки паров трансформаторного масла

Одновременно с открытием заслонки горелка с пламенем опускается над маслом. Температура вспышки паров масла должна быть не ниже +135⁰С. Кроме того, температура вспышки эксплуатационного масла не должна понижаться более чем на 5⁰С по сравнению с предыдущим испытанием. При низкой температуре вспышки масло легко испаряется, выделяя легкие фракции, состав его ухудшается, образуются взрывоопасные газы. Снижение температуры вспышки у эксплуатационного масла указывает на возможные местные перегревы обмоток и магнитопровода, а также частичные разряды в масле.

Масло заливается в промытый и просушенный стакан до отметки на внутренней стенке сосуда.

Скорость нагрева масла устанавливается реостатом (5-8⁰С в минуту). Во время нагревания масло перемешивается мешалкой. Начиная с температуры 100⁰С, через каждый градус производят пробу на вспышку (при отсутствии яркого света и сильного движения воздуха около прибора). При вспыхивании пары горят синим пламенем. К полученной температуре вспышки прибавляется поправка на давление воздуха при испытании Δt = 0,0345(760-P), P – барометрическое давление воздуха мм рт.ст. в помещении.