Сушка изоляции обмоток трансформаторов

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

«ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СУШКИ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ»

Цель работы: исследовать наиболее распространенные способы сушки трансформаторов, овладеть приближенными методами расчета параметров сушки и способами измерения увлажнения изоляции.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В процессе эксплуатации, транспортировки, хранения изоляционные конструкции электродвигателей и трансформаторов увлажняются от длительного соприкосновения с влажным воздухом или в результате отпотевания при резком изменении температуры, в результате окислительных процессов в масле, залитом в бак трансформатора.

Появление влаги в изоляции приводит к резкому снижению ее электрической прочности и требует проведения сушки.

Необходимость сушки оценивается на основе измерения параметров изоляции, характеризующих ее диэлектрические свойства.

Способы обнаружения увлажнения изоляции

Наиболее простым и приемлемым способом оценки технического состояния изоляции является эксплуатационный контроль - анализ изменения сопротивления изоляции постоянному току.

За сопротивление изоляции R_ИЗ принимается показание мегаомметра через 60с после начала измерений, т.е. R_ИЗ = R₆₀.

Измеренное сопротивление сравнивают с результатом предыдущих измерений или же с результатом заводских измерений (но необходим учет температуры окружающей среды).

Величина сопротивления изоляции не является всеобъемлющей характеристикой изоляции. О степени увлажнения изоляции судят по коэффициенту абсорбции

К_а = ,

где R₁₅ – показания мегомметра через 15с после начала измерения.

Если К_а ≥ 1,3, то делают вывод о допустимости дальнейшей эксплуатации силового трансформатора или электрической машины. Если К_а < 1,3, то делают вывод о недопустимом увлажнении изоляции и необходимости сушки увлажнившейся изоляции.

1. В трансформаторах без масла изоляцию обмоток высшего напряжения по отношению к заземленному корпусу измеряют мегаомметром на напряжение 2500В, а обмоток низшего (потребительского) напряжения - мегаомметром на напряжение 1000В.

Дополнительной оценкой состояния изоляции является оценка по методу "емкость-частота", такие измерения проводятся в ремонтной практике для оценки скорости увлажнения изоляции.

Контроль осуществляется прибором типа ПКВ - 7 и позволяет найти отношение емкости изоляции при частоте 2 Гц к емкости при промышленной частоте 50 Гц, т.е. прибором ПКВ-7 можно оценить отношение С₂/С₅₀.

Для абсолютно сухой изоляции это отношение приближается к единице, т.е.

Для увлажненной изоляции С₂/С₅₀ > 1, но обычно не должно превышать значения С₂/С₅₀ ≤ 1,2 при t⁰ = + 20 ⁰С.

Сушка изоляции обмоток трансформаторов

Изоляцию обмоток трансформатора можно сушить различными способами: в сушильных печах, при помощи ламп инфракрасного света, током короткого замыкания, потерями в собственном баке и токами нулевой последовательности. В условиях эксплуатации наиболее широко применяются последние три способа.

Сушка потерями в собственном баке

Способ заключается в следующем. На бак трансформатора (рисунок 1) укладывают дополнительную намагничивающую обмотку из гибкого изолированного провода (при необходимости бак теплоизолируют асбестом), и подключают к источнику переменного тока.

При протекании тока по намагничивающей обмотке создается магнитный поток, замыкающийся по баку трансформатора. Потери на вихревые токи, обусловленные переменным магнитным потоком, нагревают бак трансформатора, и затем теплота передается изоляции обмоток.

Рисунок 1 - Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке

Достоинства способа: сушка производится на месте установки трансформатора, без его транспортировки, при наличии любого источника питания низкого напряжения.

Недостатки способа: необходимо изготовлять специальную намагничивающую обмотку; большой расход электроэнергии; источник тепла располагается снаружи (потери в баке), поэтому поток тепла и влаги имеют встречное направление (тепло - во внутрь, влага - изнутри в окружающую среду); достаточно велико время сушки.

В основе расчета основных параметров сушки используется уравнение баланса мощности теплоотдачи и теплопоступлений трансформатора при установившейся температуре изоляции.

При расчете требуется определить число витков намагничивающей обмотки W; мощность Р, потребную для сушки; силу тока I в намагничивающей обмотке и диаметр провода d.

Исходными данными являются: напряжение источника тока U; геометрические размеры трансформатора (периметр бака l, полная поверхность F и поверхность бака, на которой размещена намагничивающая обмотка F₀); температура окружающей среды t₀ и конечная температура бака t_к; коэффициент теплоотдачи К_т.

Необходимое число витков определяют из формулы

W = (UA)/ l

где U - напряжение источника тока, В;

l - периметр бака, м.

Величину А находят из таблицы 1 в зависимости от удельных (греющих) потерь ΔР (кВт/м²), которые определяют из условия баланса мощности нагрева Р и мощности потерь теплоты с поверхности бака Р₁

Мощность нагрева

Р = ΔРF₀

где F₀ = h₀ l - поверхность бака, на которую наматывается намагничивающая обмотка, м;

h₀ - высота стенки бака, на которую наматывается намагничивающая обмотка, м.

Потери мощности в окружавшую среду

Р₁ = К_ТF(t_K – t₀),

где К_Т - коэффициент теплоотдачи, Вт/м²·град (для утепленного асбестом трансформатора К_Т = 5,3; для неутепленного – К_Т = 12);

t_K - конечная температура нагрева бака, обычно равная 105⁰С;

При установившемся процессе сушки

Р = Р₁, а ΔР = К_Т (t_K – t₀).

Таблица 1 – Значения величины А, в зависимости от мощности нагрева Р

Величина тока в намагничивающей обмотке

I = ,

где cosφ = 0,5…0,55 для трансформаторов с гладкими или трубчатыми баками; для трансформаторов с ребристыми баками cosφ ≈ 0,3.

Диаметр не изолированного провода

d = (мм),

где j = 2...6 А/мм² - плотность тока в намагничивающей обмотке.