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 Е_пр, кВ/мм, при которой происходит пробой. Электрическая прочность определяется пробивным напряжением U_пр, отнесенным к толщине h диэлектрика в месте пробоя:

. (1)

Численное значение величины Е_пр 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.

Д ля 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).