ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МІЦНОСТІ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
Мета роботи – вивчити електричні властивості трансформаторного масла, ознайомитися з вимогами до електричної міцності трансформаторного масла залежно від його призначення, вивчити правила добору проб і визначення електричної міцності трансформаторного масла.
5.1 Основні теоретичні відомості
Рідкі діелектрики відрізняються більш високою електричною міцністю, ніж газоподібні. Наявність домішок в рідких діелектриках призводить до зниження їх електричної міцності і викликає труднощі для створення точної теорії пробою цих речовин. Чисті рідкі діелектрики отримати важко; постійними домішками є вода, гази, тверді частинки. Пробій рідин, що мають газові домішки, пояснюється місцевим перегріванням рідини. Вплив води, що не змішується з трансформаторним маслом при нормальній температурі, коли вода тримається в маслі у вигляді окремих крапель, показано на рис. 5.1. Під впливом електричного поля краплі води (сильно полярної рідини) поляризуються і створюють між електродами ланцюжки з підвищеною провідністю, по яких відбувається електричний пробій.
Рисунок 5.1 – Залежність електричної міцності від наявності води в трансформаторному маслі
На рисунку 5.2 показаний вплив температури на електричну міцність трансформаторного масла з домішками води.
Рисунок 5.2 – Залежність електричної міцності трансформаторного масла від температури (1 – висушене скло; 2 – експлуатаційне масло)
Електрична міцність чистого масла мало залежить від температури до +80 °С. При +80 °С починається кипіння легких масляних фракцій і з'являється велика кількість кульок пару в рідині, що приводить до зниження електричної міцності. Наявність води знижує електричну міцність масла при низькій і нормальній температурі. Збільшення Епр експлуатаційного масла при підвищенні температури зумовлене переходом води зі стану емульсії в стан молекулярного розчину. Подальше зниження Епр пояснюється процесами кипіння рідини. Збільшення електричної міцності при низьких t °С пов’язане зі збільшенням в’язкості масла і меншим значенням діелектричної проникності льоду порівняно з водою. Тверді забруднення (сажа, обривки волокон) спотворюють електричне поле всередині рідини і також призводять до зниження електричної міцності.
Очищення рідких діелектриків, зокрема масел, від домішок помітно підвищує електричну міцність. Так, наприклад, неочищене трансформаторне масло має Епр » 4 МВ/м; після ретельного очищення електрична міцність масла підвищується до 20-25 МВ/м.
Мінеральне трансформаторне масло має високі ізолювальні властивості, завдяки чому його широко застосовують у високовольтних мережах, трансформаторах, кабелях високої напруги, прохідних ізоляторах, масляних вимикачах та ін.
Перед заливанням масла в трансформатори та інші пристрої, а також у процесі експлуатації цих пристроїв потрібно періодично перевіряти електричну міцність масла і вживати заходів для її відновлення.
Пробу масла для визначення електричної міцності беруть з бака трансформатора чи іншого апарата в чисту і суху банку або скляну пляшку, що щільно закривається пробкою та заливається парафіном. Для взяття проби масла з трансформатора необхідно відкрити спускний кран у нижній частині бака трансформатора, дати стекти невеликій кількості масла для промивання крана і потім уже підставити заздалегідь підготовлену ємність. Для того щоб у масло не потрапляла волога з повітря, проба береться, по можливості, у суху погоду. Проба масла, доставлена в лабораторію взимку, повинна постояти закупореною 8-12 год., поки масло не набуде кімнатної температури. Потрапляння, навіть у незначній кількості, домішок в масло спотворює результати випробувань, тому необхідно забезпечити відсутність забруднень і вологи в випробувальному розряднику, а також систематично перевіряти стан поверхні його електродів. Перед початком дослідів чистий сухий розрядник, у якому робиться визначення електричної міцності масла, промивається 2-3 рази випробуваним маслом. При промиванні масло направляють на електроди таким чином, щоб змити з них залишки масла і сажі від попередніх випробувань. Після промивання посудину заповнюють випробуваним маслом. Лити масло слід обережно, невеликим струменем, направляючи його на стінку розрядника, щоб в маслі утворювалося якнайменше повітряних включень. Після заливання маслу дають 10-15 хвилин відстоятися.
Випробування трансформаторного масла на електричну міцність проводиться на апараті АИМ-80 (рис. 5.3), виконаному у вигляді пульта переносного типу, що містить у собі такі основні елементи: бак з високовольтним трансформатором, регулятор напруги (варіатор) з електродвигунним приводом, розрядник для випробувань, вимірювальний прилад, сигнальні лампи, магнітний пускач, реле максимального струму.
Рисунок 5.3 – Зовнішній вигляд установки АИМ-80
На рисунку 5.3 показано:
1 – кіловольтметр; 2 – кнопка ввімкнення напруги; 3 – червона лампа, що сигналізує ввімкнення напруги; 4 – кнопка-вимикач для зупинки електричного двигуна; 5 – жовта сигнальна лампа – показник готовності схеми апарата до ввімкнення випробувальної напруги; 6 – кнопка ввімкнення електродвигуна після пробою; 7 – зелена сигнальна лампа, що показує, чи увімкнена установка; 8 – вмикач мережі; 9 – кнопка-вимикач автоматичного повернення регулятора напруги в нульове положення після пробою випробуваного діелектрика.
Принципова електрична схема апарата АИМ-80 зображена на рис. 5.4.
Рисунок 5.4 – Принципова електрична схема апарата АИМ-80
Напруга 220 В через вимикач мережі за допомогою спеціального ключа S1(~) через запобіжники F1, F2 подається на схему. Після вмикання напругу отримують трансформатор живлення Т1 сигнальних ламп і автотрансформатор-варіатор напруги Т2, що має рухливу контактну щітку. Про подачу напруги сигналізує зелена лампа НL1.
Випробувальний (головний) трансформатор Т3 одержує живлення від варіатора T2 через силові контакти KM1.1, КМ1.2 головного контактора KМ1, котушка якого отримує живлення разом з котушкою проміжного реле КМ2 при замиканні кнопки SВ2 за таких умов: рухлива щітка варіатора знаходиться в нульовому положенні (замкнуте блокування SQ1), закриті дверцята банки з електродами Е (замкнуті блокування SQ2, SQ3). Через блок-контакти KM2.1 при включеній кнопці SВ3 одержує живлення електродвигун М, що переміщає варіатор. При цьому рівномірно підвищується напруга на вторинній обмотці трансформатора Т3 і електродах Е. Про наявність напруги на досліджуваному трансформаторі сигналізує червона лампа HL2.
У момент електричного пробою діелектрика спрацьовує контактор КМ3, блокуванням контактами КМ3.1 переривається ланцюг живлення котушок контактора KM1 і реле КМ2, розмикаються силові контакти KM1.1; KM1.2, відключається випробувальний трансформатор Т3, втрачає живлення двигун М. Напруга пробою визначається за приладом, що на якийсь час фіксує показання.
Для повернення варіатора і стрілки вимірювального приладу в нульове положення (у випадку розімкнутих контактів кнопки SВ4) необхідно натиснути кнопку SВ5, після чого здійсниться реверс електродвигуна.
При поверненні варіатора в нульове положення замикається блокування SQ4 варіатора в колі котушок KM1; KM2, чим підготовляється схема до повторної роботи. Розмикається блокування SQ5 у колі котушки КМ4, контактами KM4.1 відключається електродвигун, замикається блокування SQ6 у колі жовтої сигнальної лампи HL3, що вказує на готовність схеми апарата до наступного випробування.
Якщо кнопку SВ4 поставити в положення замкнутих його контактів, після пробою діелектрика повернення варіатора і стрілки вимірювального приладу в нульове положення буде відбуватися автоматично. Блокуванням варіатора SQ1 відключають трансформатор при підйомі напруги вище номінального значення напруги мережі, яке рівне 220 В.
За допомогою кнопки SВ3 можна в будь-який момент припинити підвищення напруги і потримати якийсь час випробувальне масло під незмінною напругою.
Перед включенням установки варто перевірити справність захисного заземлення корпуса установки, справність блокувальних контактів, розташованих на кришці.
Для запобігання появи високої напруги на низьковольтних колах в схемі передбачені конденсатори захисту C1, С2.
У процесі досліду ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ:
– переривати підвищення випробної напруги в інтервалі 60...80 кВ вимиканням електродвигуна на час, більший ніж 20 с, тому що первинна обмотка трансформатора не розрахована на тривале протікання по ній струму холостого ходу трансформатора при зазначених значеннях напруги;
– включати високу напругу при невстановленій ємності в досліджуваному апараті;
– працювати на апараті при напрузі вище 80 кВ. При досягненні зазначеного значення необхідно відключити апарат мережним вимикачем;
– відкривати кришку установки при ввімкненій напрузі.
5.2 Послідовність виконання роботи
5.2.1 Переконатися, що напруга з установки знята. Виконати правила техніки безпеки.
5.2.2 Відкрити верхні дверцята апарата, встановити досліджуваний розрядник з трансформаторним маслом в апарат, закрити дверцята.
5.2.3 Кнопка SВ4 ( IMG ) може перебувати в одному з двох положень (див. опис схеми).
5.2.4 Подати напругу на схему, ввімкнути вимикач S1 (~). При цьому повинна загорітися зелена лампа.
Після ввімкнення необхідно, щоб стрілочка вимірювального приладу встановилася на нулі, і горів жовтий сигнал. При цьому можливо, що стрілочка вимірювального приладу:
а) стоїть на нулі і горить жовтий сигнал;
б) рухається до нуля, якщо кнопка SВ4 ( IMG ) включена;
в) стоїть не на нулі, якщо SВ4 ( IMG ) відключена. У цьому випадку необхідно натиснути кнопку SВ5 (-> 0).
5.2.5 Натиснути кнопку включення випробної напруги SВ2 ( IMG ). При цьому повинен з’явитися червоний сигнал, згаснути жовтий; напруга на електродах автоматично підвищується до пробою. Покази кіловольтметра показують значення пробивної напруги діелектрика.
Після повернення варіатора в нульове положення і загоряння жовтої лампи необхідно відключити мережний вимикач; відкрити дверцята випробування кожної проби масла зробити шість разів з п'ятихвилинними інтервалами між пробоями. Інтервали необхідні для того, щоб тверді і газоподібні продукти розкладу масла видалилися з простору між електродами. Перший із шести пробоїв у розрахунок не приймається, тому що на електродах можуть бути порошини, що впливають на значення напруги пробою.
За напругу пробою проби масла приймається середнє арифметичне з п'яти наступних значень. Результати випробувань заносяться в табл. 5.1.
Таблиця 5.1 – Результати випробувань
5.2.7 Визначити середнє значення напруги пробою: Uсерпр...кВ.
5.2.8 На підставі результатів дослідів і даних табл. 5.2 зробити висновок про можливість використання масла.
Таблиця 5.2 – Визначення показників якості трансформаторного масла
Продовження табл. 5.2
5.3 Контрольні питання
Фізична сутність електричного пробою чистих рідких діелектриків.
Поясніть залежність електричної міцності трансформаторного масла від вмісту вологи.
Правила добору проб масла і проведення його дослідження.
Способи регенерації трансформаторного масла.
Вкажіть заходи для уповільнення процесу старіння трансформаторного масла.
Поясніть технологію виготовлення трансформаторного масла.
