ИСПЫТАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
Цель работы: изучить методы определения вязкости и температуры вспышки минерального трансформаторного масла; исследовать зависимости вязкости масла от температуры; изучить методики определения электрической прочности масла по ГОСТ 982–80.
Общие сведения
Основные области применения нефтяных электроизоляционных масел следующие:
– маслонаполненные трансформаторы;
– масляные выключатели;
– высоковольтные силовые кабели;
– бумажно-масляные конденсаторы;
– высоковольтные изоляторы (вводы).
В трансформаторах, выключателях и конденсаторах масло является средой, пропитывающей волокнистую изоляцию и заполняющей пространство между отдельными конструктивными элементами, создающими масляные промежутки, разделенные слоями твердого материала (масляно-барьерная изоляция). В кабелях масло играет в основном роль пропитывающего материала. В трансформаторах, по сравнению с другими областями применения, особенно велика охлаждающая роль масла. В масляных выключателях масло является средой, в которой при разрыве цепи погашается электрическая дуга. Вследствие теплового воздействия дуги происходит интенсивное разложение масла с образованием большого количества газообразных продуктов, в частности, водорода.
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, изготовленные из нефти определенного месторождения.
Нормативные значения показателей качества, объемы и периодичность испытаний электроизоляционных масел регламентируются положениями действующих ПТЭ [2], ПУЭ [3] и Норм испытания электрооборудования [4], а также приводятся в инструкциях заводов-изготовителей электрических аппаратов и в методических указаниях по эксплуатации трансформаторных масел: РД 34.43.105-89. Значения основных показателей качества трансформаторных масел приведены в приложении Б.
|
|
|
|
|
|
|
|
● значение пробивного напряжения является критерием надежности работы масла по обеспечению требуемой изоляции в электрических аппаратах;
● значение кислотного числа является критерием степени старения масла и служит для оценки предполагаемого срока службы, а также является основным критерием замены адсорбента в термосифонных фильтрах трансформаторов или эффективности регенерации масла с помощью специального оборудования;
● значение влагосодержания является критерием подготовленности масла к заливу в электрооборудование, а также служит для определения причин ухудшения диэлектрических свойств эксплуатационных масел и (или) характеристик твердой изоляции электрооборудования;
● значение tgδ является основным критерием оценки диэлектрических свойств и совместимости масел при смешении, а также служит для определения степени старения и наличия в жидких диэлектриках различных химических загрязнений (продуктов разложения и старения конструкционных материалов и др.);
● значение стабильности против окисления масел является критерием оценки предполагаемого срока их службы и устойчивости к старению;
● значение температуры застывания масла является основным критерием его низкотемпературных свойств;
● значение температуры вспышки является критерием фракционного состава масла, а также служит для обнаружения в оборудовании процессов разложения масла (термического или электрического);
● значение кинематической вязкости при разных температурах является критерием подвижности масла и служит для оценки эффективности его работы в качестве охлаждающей среды в электрических аппаратах;
● значение содержания водорастворимых кислот (ВРК) в масле является критерием степени его старения;
● значение содержания антиокислительной присадки в масле является критерием степени его старения, а также служит для оценки предполагаемого срока службы масла;
● наличие осадков или растворенного шлама в масле является основным критерием необходимости его замены или регенерации;
● наличие механических примесей в масле является критерием определения причин ухудшения диэлектрических свойств и необходимости его очистки.
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2.3. Стандартный разрядник для испытания масла по ГОСТ 982–80
Испытание масла производят в фарфоровом сосуде емкостью 500 см3, в стакане которого вмонтированы латунные электроды (рис. 5.3). Электроды выполнены в виде двух дисков диаметром 25 мм с закругленными краями. Расстояние между электродами (2,5 мм) следует проверять с помощью шаблона не реже одного раза в месяц. Поверхность электродов полирована, и ее состояние в процессе эксплуатации разрядника должно периодически проверяться.
Уровень масла в разряднике должен быть не менее чем на 15 мм выше краев электродов.
Рис. 5.3. Схема стандартного разрядника
Порядок выполнения работы
5.3.1.Определение вязкости масла при температуре 20 и 50 0С
Перед заливкой испытуемого масла резервуар прибора 11 (см. рис 5.1) и мерная колба должны быть промыты сухим чистым маслом.
В калиброванное отверстие вставить стержень и заполнить резервуар испытуемым маслом. Прибор установить так, чтобы уровень масла совпадал с тремя отверстиями штифтов.
После этого закрыть крышку резервуара и вставить термометр. Далее при необходимости включить электроподогрев, отрегулировать степень нагрева автотрансформатором типа ЛАТР.
Масло в резервуаре следует перемешивать термометром, осторожно вращая его вокруг стержня крышки резервуара. Термостатную жидкость 5 в емкости 10 следует перемешивать мешалкой 6 (рис. 5.2).
При температуре 17÷18 0С подогрев выключить и выждать 2–3 мин, в течение которых температура испытуемой жидкости поднимается за счет тепла, отдаваемого термостатной жидкостью.
|
|
|
|
|
|
|
|
Когда уровень масла в колбе достигнет отметки 200 мл (ободок стакана), остановить секундомер и закрыть стержнем отверстие трубки. Отсчет ведется по нижнему краю мениска, при этом пена в расчет не принимается, луч зрения должен быть перпендикулярен оси колбы.
Измерения производятся для значений температуры 20 и 50 0С. В целях получения более точных результатов масло из колбы следует перелить в резервуар и повторить измерение еще два раза, после чего вычислить среднее арифметическое времени истечения при указанных температурах. Для построения графика зависимости вязкости масла от температуры производится также однократное измерение вязкости при температуре масла 30÷35 0С.
Далее, зная водное число прибора – время истечения 200 мл дистиллированной воды при 20 0С в секундах, следует определить вязкость масла BYt при данной температуре, условные градусы Энглера, по формуле
, (5.1)
где tt – время истечения испытуемого масла при заданной температуре, с;
tВ = 50,9 с – водное число прибора (берется из паспорта прибора).
Для сравнения полученных значений с нормированными значениями кинематической вязкости делается пересчет условных градусов Энглера по формуле
1 град Энглера = 5·10-6 м2/с. (5.2)
Значения кинематической вязкости приведены в приложении Б.
Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Результаты измерений и расчетов вязкости масла
| Номер опыта | t, °С | tt, с | BYt, | ||||
| среднее | град. Энглера | м2/с | |||||
По данным табл. 5.1 построить график зависимости BYt = f(t 0С).
|
|
|
|
|
|
|
|
Залить испытуемое масло в стакан прибора, вставить в крышку стакана термометр и включить электронагреватель, подавая на него напряжение не более 120 В. После этого по термометру следует наблюдать за повышением температуры масла, непрерывно перемешивая масло мешалкой.
Начиная с температуры 120 0С, нагрев ведется со скоростью 4 0С в минуту; регулирование температуры производится при помощи автотрансформатора при тщательном перемешивании масла. Пробы на вспышку производятся через каждые 2 0С; начиная с температуры на 5 0С ниже ожидаемой температуры вспышки, пробы производятся через каждые 1 0С. В момент вспышки над отверстием крышки при опускании горелки возникает слабое синеватое пламя.
Наименьшая температура, при которой происходит вспышка смесей паров масла с воздухом, называется температурой вспышки масла.
5.3.3. Определение электрической прочности
трансформаторного масла
Перед испытанием необходимо обеспечить отсутствие загрязнений и влаги в разряднике, а также систематически проверять состояние поверхности его электродов и расстояние между ними с помощью шаблона.
Чистый и сухой разрядник перед началом испытаний промывается 2–3 раза испытуемым маслом. При промывке струю масла направляют на электроды таким образом, чтобы смыть с них остатки масла и угля после предыдущего испытания. После промывки сосуд наполняют испытуемым маслом. Лить масло следует осторожно, небольшой струей, направляя ее на стенку сосуда, чтобы в масле образовалось минимальное количество пузырьков воздуха.
После заливки маслу дают отстояться 10÷15 мин для того, чтобы удалить пузырьки воздуха.
Определение пробивного напряжения и электрической прочности масла (а также других жидких диэлектриков) производится на аппарате типа АИМ-90. Порядок выполнения испытаний следующий:
а) открыть крышку аппарата, установить ячейку с жидким диэлектриком и закрыть крышку;
б) включить кнопку сети «~»; при этом должна загореться подсветка зеленого сигнала, а стрелка измерительного прибора может находиться в одном из следующих положений:
● стрелка измерительного прибора стоит на нуле, горит подсветка желтого сигнала;
● стрелка измерительного прибора находится в движении к нулю (включена кнопка «0¿»);
|
|
|
|
|
|
|
|
в) включить кнопку «0←») для возврата стрелки измерительного прибора в нулевое положение (если при включении сети она стояла не на нуле); при этом должна загореться подсветка желтого сигнала;
г) включить кнопку «0¿») для подготовки автоматического возврата стрелки измерительного прибора;
д) по истечении 10 мин после заполнения ячейки жидким диэлектриком включить кнопку высокого напряжения «~», при этом должна загореться подсветка красного сигнала и погаснуть – желтого; измерительный прибор в момент пробоя показывает величину пробивного напряжения диэлектрика;
е) дождаться возврата стрелки измерительного прибора в нулевое положение (после пробоя диэлектрика), при этом должна загореться подсветка желтого сигнала; для последующих испытаний высокое напряжение включать следует не ранее, чем через 5 минут после исчезновения случайно образовавшихся пузырьков воздуха. для одной пробы жидкого диэлектрика должно быть проведено шесть опытов.
Обработка результатов испытаний производится в соответствии с требованиями ГОСТ 6581–75. Вычисляется среднее арифметическое значение пробивного напряжения Ūпр, электрической прочности Ēпр, оценивается достоверность результатов по нормированному значению коэффициента вариации σU.
Среднее арифметическое значение пробивного напряжения, кВ, определяется по формуле
, (5.3)
где Uпрi– величина пробивного напряжения в i-ом опыте, кВ; n – число опытов.
Среднее арифметическое значение электрической прочности, кВ/мм, определяется по формуле
, (5.4)
где S = 2,5 мм – расстояние между электродами.
Значение коэффициента вариации σU определяется по формуле
|
|
|
|
|
|
|
|
. (5.5)
Если значение коэффициента превышает 20 % (при большом разбросе значений пробивного напряжения), то проводится дополнительное испытание с заполнением измерительной ячейки новой порцией масла, взятого из той же пробы. Для последующего расчета коэффициента вариации число пробоев берется равным 12.
Результаты измерения электрической прочности трансформаторного масла считаются удовлетворительными, если коэффициент вариации не превышает 20 % от величины u пр.
После подсчета среднего значения пробивного напряжения на основании предельных допустимых значений показателей качества трансформаторного масла (приложение Б), сделать вывод о пригодности масла для использования в электроустановках различных классов напряжения.
Результаты испытания масла заносятся в табл. 5.2
Таблица 5.2
Результаты испытания масла
| Номер опыта | Uпр, кВ | Ūпр, кВ | Ēпр, кВ/мм |
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
– описание цели работы;
– эскизы использованных в работе приборов и приспособлений;
– таблицы измеренных и вычисленных величин;
– график зависимости BYt=f(t0С);
– заключение о пригодности масла для использования в высоковольтных установках.