Пробивное напряжение и электрическая прочность твердых электроизоляционных материалов

Наименования материала.	Uпр.	h	Епр.
кВ	мм	кВ/мм
Резина
Миканит коллекторный
Лакоткань
Стеклолакоткань
Стекломикофолий
Электрокартон
Пленкоэлектрокартон
Текстолит

7. Регулирующим устройством РУ уменьшить напряжение между электродами до нуля и отклю­чить аппарат. Установить следующего образца и повторить опыты.

8. Зная величину пробивного напряжения и толщину диэлектрика, вы

числить электрическую прочность по формуле 1.

Содержание отчета

В отчете указать наименование работы, ее цель, привести схему аппарата, пояснить принцип его работы, привести результаты испытаний, сделать сравнительный анализ электротехнических материалов по прочности.

Контрольные вопросы

1. Что называется пробоем диэлектрика?

2. Что такое электрическая прочность диэлектриков и как она определяется?

3. Какие виды пробоев могут иметь место в твердых диэлектриках?

4. Дайте краткую характеристику электрического, электротеплового, ионизационного пробоя твердых диэлектриков?

5. В чем различие между электротепловым и электрическим пробоем диэлектриков?

6. От чего зависит распределение напряженностей электрического поля в слоях двухслойного диэлектрика в случае его работы под переменным и постоянным напряжением?

7. Как зависит электрическая прочность диэлектриков от толщины диэлектрика при электрическом, электротепловом и ионизационном пробоях?

8. От каких факторов зависит разрядное напряжение твердых диэлектриков?

9. Чем отличается пробой твердых диэлектриков от пробоя жидких и газообразных диэлектриков?

10. Как производится испытание твердых диэлектриков?

11. На каком аппарате производится испытания на электрическую прочность диэлектрических материалов?

12. Дайте краткую характеристику аппарата ААИ-70?

Литература:1-9

Лабораторная работа № 3.

Испытание трансформаторного масла.

Цель работы: изучить методику испытания эксплуатационного трансформа­торного масла, озна­комиться с аппаратурой для испытания. Определить электрическую прочность трансформаторного масла, содержание взвешенного углерода и наличие воды и механических примесей.

Программа работы.

В процессе выполнения работы необходимо: ознакомится с теоретическими предпосылками. Провести экспериментальные исследования и заполнить таблицу. Провести необходимые расчеты. Оформить работу и получить зачет по ней.

Теоретические предпосылки

Трансформаторное масло является продуктом переработки нефти при атмосферном давлении и t = 300- 400⁰ С. Нефти различных месторождений 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 углеводородов, 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.

По своему происхождению нефтяные электроизоляционные масла разного назначения принципиально не отличаются друг от друга, но удовлетворение специфических требований работы в том или ином изделии заставляет прибегать к разным режимам технологии получения масел, а ино­гда и отбирать масла определенного месторождения (например, для высоковольтных кабелей).

Основными углеводородами нефтяных масел является: парафиновые, нафте­новые, ароматические. Парафиновые углеводороды являются насыщенными, отличающи­мися значительной химической инертностью, хотя и способными окисляться кислородом воздуха при повышенной температуре.

При достаточно большом значении n (около 30) углеводороды этого типа становятся твердыми (парафин). Нафтеновые углеводороды (также насыщенные) содержат в структуре моле­кулы не менее одного кольца, почему их часто называют также циклопара­финовыми. Циклическое строение влияет положительно на химическую ста­бильность масел. Ароматические углеводороды отличаются наличием в молекуле бен­зольных ядер (колец). В электроизоляционных маслах ароматические угле­водороды обычно бывают в виде примесей к одной из двух вышеуказанных групп. Ненасыщенные углеводороды в электроизоляционных маслах обычно отсут­ствуют. К вредным примесям, снижающим стабильность масел, в частности стойкость против окисления, относятся разные ненасыщенные углеводороды, сернистые (парафин, церезин). Они вызывают нежелательное повы­шение температуры застывания масла, поэтому проводятся опера­ции депарафинизации. Для удаления вредных примесей дистиллят из мало­сернистой нефти обычно подвергают кислотно-щелочной очистке, сущность которой заключаются в следующем (последовательно): обработка серной кислотой (удаление нестойких примесей), обработка раствором едкого натра (нейтрализация остающейся в масле серной кислоты), промывка водой (уда­ление продуктов нейтрализации кислоты щелочью-натровых мыл), сушка и очистка центрифугами.

Для масляных трансформаторов (силовых и измерительных), для вы­ключателей и изоляторов применяются одинаковое масло, а для конденсато­ров и кабелей (особенно высоковольтных) применяются масла с улучшен­ными электрическими параметрами, что достигается обычно более тщатель­ной очисткой их.

Для улучшения изоляции и охлаждения активной части трансформа­тора, ее помещают в бак с минеральным трансформаторным маслом. Масло также используют и для охлаждения канал дуги в масляных выключателях.

Трансформаторное масло по основным характеристикам должно от­вечать требованиям ГОСТов. Различают два типа масел: свежее, или регенерированное сухое и эксплуатационное. Требования к этим маслам различны. В аппараты зали­вают свежее или регенерированное масло. В процессе эксплуатации качество его ухудшается. При воздействии повышенной температуры, воз­духа (особенно озона), влаги, а также при соприкосновении масла с металлами в нем возникают про­дукты распада: из соломенно-желтого оно становится более темным, в нем появляются механиче­ские примеси и взвешенный уг­лерод, кислоты, смолы, оно стареет.

Чаще всего воды в масле может быть в виде мельчайших частиц (эмульсия) и в виде избыточной воды, которая не смешивается с маслом и осаждается на дно бака (сосуда). Примесь воды даже в количестве 0,01% (особенно в виде эмульсии) снижает электрическую прочность масла на­столько, что делает его практически непригодным для работы в электриче­ских аппаратах. Появление волокнистых примесей еще в большей степени снижает электрическую прочность масла. Они более гигроскопичны, чем масло и впитывая в себя влаги становятся полупроводящими частицами. Взвешенный углерод является хорошим проводником. Частица угле­рода оседающие на изоляторах и других погруженных в масло деталях создают проводящие слои, которые могут явиться причиной перекры­тия и коротких замыканий. При соприкосновении с воздухом транс­форматорное масло быстро окисляется. Растворенные в нем кислоты действуют на твердую органическую изоляцию аппарата (бумагу, картон, пряжа и др.) и металлы (бак, обмотка). Осадки могут покрыть сплошным слоем выемную часть трансформатора, ухудшить условия его охлаждения, привести к повышению температуры обмотки и порче изоляции. При этом продукты начавшегося старения изоляции ускоряют и процесс старения масла. Масло, качество которого снизилось вследствие старения и загрязне­ния, может быть очищено и восстановлено. Очищенное и находящееся в эксплуатации масло подвергается лабораторным испытаниям. Различают два вида испытаний эксплуатационного трансформа­тор­ного масла: на пробой и сокращенный анализ. В объем испытания на про­бой входит определение электрической прочности, наличия механических примесей, содержание взвешенного углерода, влаги. В объем сокращенного анализа дополнительно входит определение температуры вспышки паров, содержания органических кислот, наличия водорастворимых кислот и ще­лочей.

Согласно Правилам технической эксплуатации электроустановок по­требителей находящееся в эксплуатации изоляционное масло должно под­вергаться лабораторным испытаниям в следующие сроки:

1. Не реже одного раза в 3 года для трансформаторов, работающих с термосифонными фильтрами (сокращенный анализ);

2. После капитального ремонта трансформаторов и аппаратов;

3. Один раз в год для трансформаторов, работающих без термо­сифон­ных фильтров (сокращенный анализ).

В измерительных трансформаторах напряжением до 20 кВ и силовых трансформаторах мощностью до 63 кВА напряжением до 10 кВ включи­тельно пробу масла не отбирают, и масло заменяют по результатам профи­лактических испытаний изоляции. Допустимые значения основных показа­телей качества свежего или регене­рированного сухого и эксплуатационного масла приведены в таблице 3.1.

Методика выполнения работы

Определение электрической прочности.Методика электрической прочности масла стандартизирована. Сосуд и электроды для испытания масла представлены на рисунке 3.1. Трансформаторное масло испытывают на пробой на специально сконструи­рованной установке, например на аппарате для испытания изоляции АИИ-70, принципиальная схема которого приведена на рисунке 2.1. Там же приведен принцип работы аппарата, технические данные аппарата приведены в приложении. В установке имеется сосуд ВД с электродами стандартного типа для испытания жидких диэлектриков.

При испытании масла выполняются следующие условия:

1. Знакомятся со схемой и работой аппарата; Используются латунные или медные шлифованные полу­сфериче­ские электроды диаметром 25 мм.

2. Разрядный промежуток устанавливается равным 2,5 мм и промы­вают сосуд чистым маслом, заполняют его маслом до уровня выше электро­дов на 15мм, закрывают крышку.