Исследование трансформаторного масла

Цель работы - изучить методы определения некоторых характеристик трансформаторного масла (электрической прочности и вязкости), исследовать влияние различных факторов на свойства трансформаторного масла.

Кремнийорганические материалы

Для силовых трансформаторов большой интерес представляет жидкость негорючая, как совтол, но неполярная или слабо полярная, поскольку такой диэлектрик менее чувствителен к загрязнениям и отличается меньшим tgδ, большим r и лучшей стабильностью электрических параметров. Разработана трансформаторная жидкость гексол, представляющая собой смесь гексахлорбутадиена в количестве 80% и совола 20%. Гексахлорбутадиен-неполярная жидкость, поэтому гексол является жидкостью слабополярной, что видно по невысокому значению диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость хлорированных дифенилов 4,1-4,5 гексахлорбутадиена – 2,3, гексола – 2,7. Кремнийорганические жидкости применяются преимущественно в изделиях спецтехники, в трансформаторах и конденсаторах радиоэлектронной аппаратуры. Кремнийорганические жидкости имеют по сравнению с хлорированными органическими более высокую стоимость, как у всех жидких диэлектриков, так и полиорганосилоксановых электрическая прочность сильно зависит от загрязнения и увлажнения. Кремнийорганические жидкости обладают большой стойкостью против окисления. Фторхлоруглеродная жидкость: отличаются большей стабильностью и не токсичны. Фторхлоруглеродная жидкость: 2,5-3,0; tgδ 0,0025 при 1000Гц; r»10¹²Ом×м.Фторированные жидкости отличаются большей стабильностью и не токсичны. Фторуглеводородные при температуре, превышающей 250^оС, разлагаются с образованием токсичных продуктов. Разложение под действием электрической дуги приводит к появлению токсичных соединений.

Трансформаторное масло является продуктом переработки нефти при атмосферном давлении и температуре 300 - 400° С. Оно широко используется в качестве жидкой изоляции и охлаждающей среды в трансформаторах, конденсаторах, изоляторах, кабелях, реакторах и дополнительно для гашения элект-рической дуги в баковых и маломасляных выключателях. В процессе эксплуатации трансформаторного масла происходят изменения его химических и элект-рофизических 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 большой степени зависящие от появления воды в трансформаторном масле.

В трансформаторах старение масла происходит при повышенной температуре вследствие совместного воздействия молекулярного кислорода, солнечной радиации и электрического поля в присутствии металлов (медь, железо, свинец), из которых изготовлены детали трансформаторов. Кроме продуктов старения масло содержит также и другие примеси (взвешенные частички углерода, органические волокна и др.). Очищенное в лабораторных условиях масло имеет электрическую прочность порядка 20 - 25 кВ/мм.

Примеси и увлажнение резко снижают прочность масла. Особенно сильно влияние примесей при промышленной частоте в равномерных и слабо неравномерных полях. Микроскопические волокна втягиваются полем между электродами и располагаются вдоль силовых линий поля, образуя проводящие мостики, по которым и происходит пробой. В неравномерных полях возникновение проводящих мостиков затруднено и поэтому пробивное напряжение в таких полях от количества примесей почти не зависит. Для определения качества масла, степени загрязнения и увлажнения используют электроды, создающие поле, близкое к равномерному.

Кроме примесей, на величину электрической прочности оказывают влияние частота напряжения, температура, давление, диаметр электродов и расстояние между ними, а также время воздействия напряжения. Влияние частоты обуславливается, с одной стороны, инерционными свойствами коллоидных частиц, а с другой - разогревом масла. Температура и давление обуславливают различную вероятность вскипания и образования газового пузыря.

Увеличение расстояния между электродами или увеличение площади электродов в равномерном поле при сильно увлажненном и загрязненном масле приводит к уменьшению электрической прочности масла, так как в промежуток между электродами втягивается большое количество механических частичек (сажи, волокон, молекул воды). Влияние времени воздействия напряжения на электрическую прочность объясняется тем, что процесс образования проводящих мостиков из частиц примесей протекает сравнительно медленно (рис.8). Поэтому скорость подъема напряжения во время испытаний должна быть вполне определенной. Рекомендуется повышать напряжение со скоростью 1 кВ/с. Согласно “Правилам технической эксплуатации” предусматриваются указанные в табл. 4
наименьшие допустимые значения электрической прочности транс-

форматорного масла. В соответствии с этими правилами определение качества масла производится между стандартными электродами при расстоянии между ними 2,5 мм.

Величину электрической прочности находят умножением полученного пробивного напряжения на 4. Ввиду разброса значений пробивных напряжений масла при испытаниях берут среднее арифметическое из пяти испытаний. Перед заливкой испытуемого масла в сосуд со стандартными электродами сосуд необходимо промыть чистым спиртом или эфиром (для удаления влаги), а затем просушить в термостате, после этого 2 - 3 раза промыть испытуемым маслом. Протирать сосуд нельзя. Уровень масла в сосуде должен быть не ниже 15 мм от верхнего края электродов. Объем масла - не менее 300 см³. После медленной (чтобы не было пены) заливки в сосуд масла необходимо его выдержать в течение 10 - 15 мин для удаления пузырьков воздуха, так как газовые включения уменьшают пробивное напряжение.

После каждого опыта делается интервал в 5 мин, во время которого осаждаются частички углерода и удаляются газы, образовавшиеся при пробое промежутка. Промежуток после каждого опыта очищается стеклянной палочкой или щупом.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться со схемой испытаний (рис.9) и установкой, предварительно убедившись, что аппарат отключен от сети.

2. Проследить, чтобы при установке межэлектродного расстояния щуп входил между электродами без качания, но не очень туго.

3. Установить сосуд с маслом в аппарат, закрыть крышку и дать отстояться маслу в течение 5 минут.

4. Включить аппарат в сеть.

5. Все испытания проводить стоя на резиновом коврике.

6. После пробоя масла установить регулятор напряжения в нулевое положение, открыть крышку и чистой стеклянной палочкой или щупом осторожно перемешать масло и дать отстояться в течение 5 мин перед следующим испытанием.

ЗАДАНИЕ К РАБОТЕ