Описание экспериментальной установки

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

(влияние продуктов разложения, образующихся при пробое,

На электрическую прочность трансформаторного масла)

Цель работы – изучение характера пробоя жидких диэлектриков(трансформаторного масла) в зависимости от наличия примесей и величины зазора.

Основные понятия и количественные характеристики

Диэлектрик, находясь в электрическом поле, может потерять свойства электроизоляционного материала, если напряженность поля превысит некоторое критическоезначение,когдаразрушаютсямолекулярныесвязи.Это явление носит название пробоя диэлектрика или нарушения его электрической прочности; значение напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением, а значение напряженностиэлектрическогополя,соответствующеепробивномунапряжению, электрической прочностью диэлектрика. Пробой (длительный или кратковременный) диэлектрика приводит к потере диэлектрических свойств и образованию канала с высокой электрической проводимостью. Электрическаяпрочностьдиэлектрикаопределяетсяпробивнымнапряжением,отнесенным к толщине диэлектрика в месте пробоя. Как правило, пробивное напряжение измеряется в киловольтах.

Епр = Uпр / h,

где Епр - электрическая прочность диэлектрика, кВ/м;

Uпр - пробивное напряжение, кВ;

h - толщина диэлектрика в месте пробоя, м.

Пробой в газообразных и жидких диэлектриках отличается от пробоя в твердых диэлектриках тем, что в силу подвижности частиц после снятия напряжения пробитый промежуток диэлектрика полностью восстанавливает свои диэлектрические свойства, т.е. первоначальное значение пробивного напряжения U пр, при условии, что длительность и величина электрической дуги не были столь велики, чтобы вызвать необратимые изменения в диэлектрике или в токопроводящих частях аппарата.

Пробой жидких диэлектриков происходит при более высоких, чем в газе,значенияхпробивногонапряжения,припрочихравныхусловиях.Повышеннаяэлектрическаяпрочностьжидкогодиэлектрикаобусловленазначительно меньшей длиной свободного пробега электронов в жидкости, чем в газах. Пробой технических жидкостей может быть связан с газовыми включениями, что вызывает ионизацию газа и местный перегрев жидкости, приводящейкобразованиюгазовогоканалавней.Водавдиэлектрикетакже сильно снижает электрическую прочность. Электрическая прочность сухого трансформаторного масла не зависит от температуры, когда начинают испарятьсялегкиефракциимасла,образуяпузырькигазавжидкости.Требования,предъявляемыекизоляционныммаслам,нормируютвсепосторонние примеси в масле. У сухого масла Епр = 20 - 25МВ/м, а у масла, бывшего в эксплуатации, Епр = 4 - 5МВ/м. Для повторного использования масло подвергают регенерации. Кроме того, при пробое масла в нем образуются газообразные и твердые продукты разложения, которые могут привести к дальнейшему снижению электрической прочности, то есть последующие испытания будут зависеть от предшествующих.

Трансформаторное масло получают из нефти путем ее ступенчатой перегонки с выделением и последующей переработкой первой масляной фракции. Это слабовязкая, практически нейтральная жидкость желтого цвета, по химическому составу представляющая собой смесь различных углеводородов, преимущественно предельных.

Трансформаторное масло используют для заливки трансформаторов, выключателей, высоковольтных вводов, где оно обеспечивает более высокую электрическую прочность промежутков между токоведущими частями по сравнению с воздушной изоляцией, а также служит теплоносителем для охлаждениянагревающихсячастей. Поэтому наиболееважнойэлектрическойхарактеристикоймаслаявляется электрическая прочность. В технически чистых диэлектриках решающее влияние на электрическую прочность масла оказывают примеси: пузырьки газа, коллоидные частицы, капельки воды, твердые примеси. Газовые пузырьки имеют меньшую электрическую прочность, поэтому ионизация в них начинается при сравнительно небольших напряжениях, происходит рост пузырьков и пробой по ним. Жидкие и твердые примеси под действием сил электрическогополяскапливаютсявместахснаиболеевысокойнапряженностью поля,искажаютполеиснижаютпробивноенапряжение.Посколькупри этом пробой определяется в основном тепловыми процессами, на переменном напряжении пробивным напряжением считают действующее значение напряжения.

Электрическаяпрочностьтрансформаторногомасласувеличением расстояния между электродами снижается, как и у воздуха. Также понижаетсяэлектрическаяпрочностьисувеличениемстепенинеоднородности электрического поля.

Описание экспериментальной установки

В лабораторной работе используются испытательные установки пе-ременного и постоянного напряжения АИД-70. Установка позволяет получить переменное напряжение до 50 кВ (действующее значение) и до 70 кВ выпрямленного напряжения со скоростью подъема 2% в секунду и с автоматическим отключением при пробоях испытуемого объекта.

Рис.1. Источник испытательного напряжения

Рис.2. Пульт управления

Источник испытательного напряжения включает в себя трансформатор высоковольтный, выключатель высоковольтный, резисторы высоковольтные и выпрямительные столбы, помещенные в бак, заполненный трансформаторным маслом.

Пульт управления содержит: регулятор испытательного напряжения, компенсационный трансформатор, разъемы для подсоединения сетевого кабеля и кабелей источника испытательного напряжения, элементы электрической схемы регулировки, управления и контроля.

Работа на установке:

1. Вставить спец. ключ от аппарата в переключатель пульта управленияи включить необходимый вид испытательного напряжения. При этом должен загораться зеленый сигнал.

2. При работе на выпрямленном напряжении "=" во избежание выхода из строя источника испытательного напряжения, а также для правильного измерения величины испытательного напряжения, строго следить за положением тумблера 16.

3. Вращая ручку 15 регулятора испытательного напряжения против движения часовой стрелки, установить её в исходное положение до упора.

4. Включить испытательное напряжение кнопкой 13. При этом должен загореться красный сигнал.

5. Медленно и плавно вращая ручку 15 регулятора напряжения по направлению часовой стрелки и наблюдая за показаниями киловольтметра, установить необходимую величину испытательного напряжения.

6. При работе на выпрямленном испытательном напряжении измерение тока нагрузки величиной до 1 мА следует производить микроамперметром. При этом следует нажать кнопку 17, шунтирующую этот прибор.

7. После окончания испытания необходимо ручку 15 регулятора напряжения установить в исходное положение до упора, вращая её против движения часовой стрелки.

8. Кнопкой 14 отключить испытательное напряжение и только после этого отключить аппарат спец. ключом, установив его в положение "О", а затем отключить от сети, обеспечив с помощью разъемного соединения видимый разрыв. Контроль за снятием остаточного емкостного заряда с испытуемого объекта необходимо осуществлять, наблюдая за показанием киловольтметра. Стрелка киловольтметра должна стоять на числовой отметке шкалы "О".

9. При испытании выпрямленным напряжением 50 кВ и выше, кабельной линии длиной более 10 км, после окончания испытания и установки ручки 15 регулятора напряжения в исходное положение до упора, остаточный заряд необходимо снимать при помощи разрядной штанги. Затем кнопкой 14 отключить испытательное напряжение и только после этого отключить аппарат от сети спец. ключом.

10. Прежде чем отсоединить высоковольтный кабель от испытуемого объекта необходимо визуально убедиться в том, что замыкатель 2 источника испытательного напряжения касается высоковольтного вывода 1.

Задание на измерения

1. Установить емкость для испытаний с чистым трансформаторным маслом в установку, выполнить подключение. Выставить зазор между электродами 2,5 мм. Провести серию из 5 пробоев с интервалом 1 мин. Полученные данные занести в табл.1. Повторить испытания еще 2 раза с интервалом между сериями не менее 10 минут.

2. Установить емкость для испытаний с отработанным трансформаторным маслом в установку, выполнить подключение. Выставить зазор между электродами 2,5 мм. Провести серию из 5 пробоев с интервалом 1 мин. Полученные данные занести в табл.1. Повторить испытания еще 2 раза с интервалом между сериями не менее 10 минут.

3. Установить емкость для испытаний с чистым трансформаторным маслом в установку, выполнить подключение. Выставить зазор между электродами 5 мм. Провести серию из 5 пробоев с интервалом 1 мин. Полученные данные занести в табл.1. Повторить испытания еще 2 раза с интервалом между сериями не менее 10 минут.

4. По результатам замеров рассчитать электрическую прочность масла, построить зависимости напряжения пробоя от количества разрядов. Сделать выводы и пояснения к полученным результатам.

Таблица 1