Лабораторная работа № 2 «Определение электрической прочности жидких диэлектриков»
Цель работы
5.1.1 Ознакомиться с основными физическими и электрическими характеристиками жидких диэлектриков.
5.1.2 Изучить методику измерения и экспериментальное исследование электрической прочности жидких диэлектриков в однородном и неоднородном электрических полях.
5.1.3 Определить пригодность испытываемого жидкого диэлектрика для применения в высоковольтных аппаратах при использовании в однородном и неоднородном электрическом поле.
Основные теоретические сведения
Нефтяные электроизоляционные масла.
Жидкие диэлектрики широко применяются в электрических устройствах (силовые трансформаторы, реакторы, масляные выключатели, конденсаторы, кабели и т. п.). Заливаемые в электрооборудование под вакуумом жидкие диэлектрики хорошо пропитывают пористую изоляцию, тем самым повышая ее электрическую прочность. Наряду с этим жидкие диэлектрики выполняют функцию охлаждающей среды. Например, в трансформаторах изоляционное масло нагревается у обмоток, а затем, перемещаясь, отдаёт полученное тепло холодным стенкам бака трансформатора. Причем, отвод тепла потерь в масле происходит в 20…30 раз интенсивнее, чем в воздухе. В высоковольтных масляных выключателях жидкий диэлектрик (трансформаторное масло) выполняет также функцию дугогасящей среды.
В качестве жидких диэлектриков наибольшее распространение получили нефтяные электроизоляционные масла:
|
|
|
– трансформаторные, для трансформаторов и высоковольтных выключателей;
– конденсаторные, для пропитки бумажной изоляции конденсаторов;
– кабельные, для высоковольтных кабелей.
Нефтяные масла получают фракционной перегонкой нефти. Это сложный процесс, состоящий из ряда операций, в результате которого получают соляровое масло. Затем последовательно обрабатывают соляровое масло серной кислотой и щелочью, удаляют химически нестойкие соединения. После очистки, сушки и фильтрации получают соответствующие электроизоляционные масла. Конденсаторные и кабельные масла отличаются более глубокой очисткой и поэтому обладают более высокими электрическими характеристиками. Выделенные фракции представляют собой сложную смесь углеводородов нафтенового, парафинового и ароматического рядов с небольшой примесью (до 1 %) других компонентов, содержащих атомы серы, кислорода и азота.
Химический состав нефтяных масел определяется составом нефти. В трансформаторных маслах содержание нафтеновых углеводородов достигает 75…80 %. От процентного состава этих углеводородов зависит стойкость масел к окислению, газостойкость, а также вязкостно-температурные характеристики. Необходимой составной частью электроизоляционных масел являются также ароматические углеводороды. Их количественный и структурный состав определяет физико-химические и электрические характеристики масел. Полное удаление ароматических углеводородов из масла в процессе очистки приводит к снижению стойкости масла к окислению при повышенной температуре, излишнее количество увеличивает тангенс угла диэлектрических потерь, понижает температуру вспышки паров масел и вызывает выпадение осадков. Оптимальное количество ароматических углеводородов в масле не превышает 10…12 %. Масла с преобладанием ароматических соединений более стойки к действию электрического поля, поэтому они применяются для пропитки силовых кабелей и заливки бумажных конденсаторов.
|
|
|
Применяемое в трансформаторах (конденсаторах) масло имеет золотисто-желтый цвет и характеризует глубину очистки: чем глубже очистка, тем светлее масло.
В процессе работы силовых трансформаторов или других электрических аппаратов, содержащих масло, происходит ухудшение рабочих параметров масла: увеличиваются проводимость и диэлектрические потери, изменяются химические и электрические показатели, т. е. происходит старение или окисление масла. Роль катализаторов в процессе старения масла играет повышенная температура (наивысшей рабочей температурой масла считается 95 °С), воздействие электрического поля, соприкосновение с металлическими частями электрооборудования или атмосферным воздухом, а также медь, железо, свинец. Присутствие воды в масле также ускоряет процесс его старения. В результате старения образуются твердые смолообразные примеси, которые могут растворяться или не растворяться в горячем масле. Выпадая на обмотках трансформатора, они замедляют теплоотвод от нагретых частей. Для замедления процессов старения масел вводят ингибиторы (антиокислительные присадки).
|
|
|
Удаление из масел продуктов сгорания и восстановление исходных свойств достигается обработкой их специальными адсорбентами.
Для продления срока службы электроизоляционных масел используются различные методы:
– герметизация оборудования, в результате которой устраняется непосредственный контакт масла с кислородом воздуха;
– циркуляция масла через термосифонный фильтр;
– заполнение свободного пространства между поверхностью масла и крышкой бака азотом.
|
|
|
Наиболее важной характеристикой в процессе эксплуатации трансформаторного масла является кинематическая вязкость при температурах 20…50 °С. Зависимость кинематической вязкости от температуры для трансформаторного масла показана на рисунке 10.
Увеличение вязкости сверх допустимых пределов приводит к ухудшению отвода теплоты от обмоток и магнитопровода трансформатора, и как следствие, к сокращению срока службы электрической изоляции, а повышение вязкости в выключателе создаёт опасность затяжного горения дуги и взрыва выключателя, т. к. слишком вязкое масло плохо пропитывает пористую изоляцию.
1 – для трансформаторного масла; 2 – для кремнийорганической жидкости
Рисунок 10 – Зависимость кинематической вязкости от температуры
Электропроводность жидких диэлектриков обусловлена ионами, образующимися при диссоциации молекул самой жидкости (для полярных диэлектриков) или ее примесей (в основном, для неполярных диэлектриков). Проводимость жидких диэлектриков зависит от значения диэлектрической проницаемости. Полярные диэлектрики имеют повышенную электропроводность по сравнению с неполярными диэлектриками. Кроме ионной электропроводности, которой обладают многие электроизоляционные материалы, в жидких диэлектриках наблюдается и молионная (или электрофорезная) электропроводность. В этом случае носителями заряда являются группы молекул – молионы (коллоидные частицы). Молионная электропроводность наблюдается у жидких лаков и компаундов, увлажненных масел и т. п.
Удельная проводимость любой жидкости сильно зависит от температуры. С увеличением температуры вязкость уменьшается (рисунок 10), а это приводит к росту подвижности носителей заряда и увеличению степени ионизации. Удельная проводимость определяется по формуле
g = m × q × n, (6)
где g – удельная проводимость, См/м;
m – подвижность носителей заряда, м2/(В×с);
n – число носителей заряда в объеме вещества, м-3;
q – заряд, Кл.
Следовательно, с ростом температуры удельная проводимость жидких диэлектриков увеличивается (рисунок 11).
Зависимость удельной проводимости от температуры для жидких диэлектриков описывается следующим выражением:
g = A exp(- a /T), (7)
где А и a – постоянные, характеризующие данную жидкость.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 703; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!