Порядок выполнения работа

Основные понятия

На современных электростанциях в подстанциях имеется большое количество трансформаторного масла, опасное в пожарном отношении. Пожарная опасность масла оценивается его температурой вспышки.                                    

Температура вспышки - этоминимальная температура, при которой масло, нагреваемое в закрытом сосуде, образует с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней слабого открытого пламени.

При нагревании масла выше температуры вспышки, наступает момент, когда загорается само масло. Температура, при которой загорается масло при поднесении слабого пламени, называется температурой воспламенения. Температура вспышки масла обычно на 25-30°С ниже температуры воспламенения и для масла, находящегося в закрытом сосуде, должна превышать 136°С. По температуре вспышки, таким образом, можно судить о температуре воспламенения.

Определение температуры вспышки имеет значение только для масел, применявшихся в трансформаторах и масляных выключателях. Чем ниже температура вспышки, тем больше упругость паров, испаряемость масла и опасность образования взрывчатых газов и паров. Наличие у свежего масла температуры вспышки ниже I35°C говорит о загрязнении масла легкими фракциями (бензин, керосин и т.п.).

Такое масло не пригодно для использования в маслонаполненных электрических аппаратах.

Применение в масляных выключателях масел с повышенной температурой вспышки не уменьшает пожарной опасности из-за слишком большой температуры электрической дуги (2000-3000°С), возникавшей при размыкании контактов выключателя.  

При нормальной работе маслонаполненных аппаратов в течение длительного времени температура вспышки постепенно возрастает вследствие испарения легких фракций, однако она может иногда резко понизиться из-за растворения в масле газов, образующихся при разложения масла в результате повреждения аппаратов (витковые замыкания в трансформаторах, повреждения контактов в выключателях и т.д.). Если температура вспышки масла снизилась более чем на 5°0, следовательно, имеется дефект в аппарате. В связи с этим температура вспышки масел, находящихся в эксплуатации, периодически проверяется.                         

Нормированная температура (135°С) дается для нормальных условий. Если испытывается масло при давлении, отличающимся от нормального (760 мм. рт. ст.), то в полученное значение температуры вспышки масла вводится поправка на барометрическое давление:  

Dt = 0,0345 (760 - Р),              (1)

где Р - фактическое давление во время испытания, мм рт. ст.

Методика и техника эксперимента

В работе рассматривается метод определения температуры вспышки масла прибором с закрытым тиглем при электрическом нагреве типа ПВНЭ (рисунок).

Прибор состоит из нагревателя 4 и сосуда-тигля 3, в который заливается исследуемое масло до соответствующей отметки в виде кольцевой риски. Крышка тигля плотно пригнана, чтобы избежать утечки паров масла. В крышке имеются три отверстия, заслонка с двумя отверстиями, отверстие для термометра, пружинный рычаг, отклоняющий заслонку и наклоняющий горелку 2. Мешалка с гибкой передачей имеет две пары лопастей (нижние находятся в масле, верхние - над маслом, где находятся пары масла).

Порядок выполнения работа

1. Залить исследуемое масло в сосуд до отметки, закрыть сосуд крышкой, вставить термометр и поместить сосуд в нагреватель.

2. Включить электронагреватель и нагревать прибор со скоростью 5-10°С в минуту, периодически перемешивая масло и образующиеся пары с помощью мешалки.

3. Когда масло нагреется до температуры на 10-20°C ниже предполагаемой температуры вспышки его паров, через каждые 2⁰С производить пробу на вспышку, для чего прекратить перемешивание и поворотом головки пружинного рычага привести крышку сосуда в движение (при этом к отверстию крышки подносится пламя). За температуру вспышки принимается температура, показываемая термометром при первом появлении синего пламени над поверхностью масла. После определения температуры вспышки вынуть сосуд из нагревателя, охладить масло на 15-20°С, установить сосуд в нагреватель и повторить определение температурной вспышки. Таким же образом определить температуру вспышки ещё раз.

4. Определить среднее значение температуры вспышки и прибавить к этому значению поправку на барометрическое давление [формула (I)]

5. При составлении отчета дать заключение о пригодности масла по температуре вспышки.

Контрольные вопросы

1. Почему температура вспышки трансформаторного масла должны быть не ниже 135°С?

2. Как изменится температура вспышки трансформаторного масла при увеличении давления?      

3. Как изменится температура вспышки трансформаторного масла при его увлажнении?

4. Как изменится температура вспышки трансформаторного масла при его старении?

5. Как изменится температура вспышки трансформаторного масла при загрязнении его бензином?

6. Почему регламентируется скорость повышения температуры при определении температуры вспышки?

7. В каком случае температура вспышки масла будет выше: при испытании в закрытом сосуде или открытом?

8. Как будут влиять твердые загрязнения на температуру вспышки трансформаторного масла?

Лабораторная работа 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧРСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

Цель работы: изучение физических основ явления пробоя жидких диэлектриков, методики измерения электрической прочности и экспериментальное определение электрической прочности трансформаторного масла.

Основные понятия

Минеральные масла отличаются высокими изоляционными свойствами, поэтому они применяются в высоковольтных трансформаторах, масляных выключателях, конденсаторах, маслонаполненных кабелях в проходных изоляторах. Трансформаторное масло применяется в качестве основного диэлектрика в трансформаторах и масляных выключателях. Для трансформаторов масло является также охлаждающей, а для масляных выключателей - дугогасящей средой. Изоляционное масло пропитывает и защищает волокнистую изоляцию трансформаторов от проникновения извне воздуха и влаги, является заполнителем воздушных полостей и пор.

Одной из важнейших характеристик трансформаторного масла является его электрическая прочность, определяемая как напряженность электрического поля, при которой происходит пробой (то есть масло теряет свои изоляционные свойства):

          (1)

где Unp - напряжение, при котором происходит пробой, MB,

d - расстояние между электродами, м. Электрическая прочность жидких диэлектриков (в том числе и масел) зависит, в основном, от количества и вида примесей в диэлектрике.

Трансформаторное масло представляет собой смесь различных углеводородов и поэтому неоднородно, кроме того, масло имеет большую гигроскопичность, поэтому сильно поглощает влагу из воздуха при хранении и эксплуатации, что заметно снижает его электрическую прочность. При пробое увлажнённого трансформаторного масла капли воды, находящиеся во взвешенном состоянии в масле, под действием электрического поля деформируются и превращаются в эллипсоиды. При наличии достаточно большого количества таких деформированных капель в масле между электродами может образоваться водяной канал, по которому проходит пробой.

Эмульсионная влага влияет на величину электрической прочности, но при содержании влаги более 0,04 % дальнейшего снижения электрической прочности почти не наблюдается, так как влага не может находиться во взвешенном состоянии и выпадает на дно сосуда, не увеличивая влагосодержания в объёме масла. Особенно заметно влияние влаги при наличии в масле твёрдых загрязнений, в частности, волокон твердой изоляции, которые, впитывая в себя влагу, образуют под действием электрического поля проводящие мостики между электродами, тем самым уменьшают электрическую прочность. Любые твердые загрязнения, даже не абсорбирующие влагу, снижают электрическую прочность жидких диэлектриков, в том числе и трансформаторного масла, так как твердые частицы, диэлектрическая проницаемость которые выше диэлектрической проницаемости масла, втягиваются в область наиболее сильного поля, образуя мостики. Наличие мостиков сильно искажает поле между электродами, и пробой масла происходит в резко-неоднородном поле, что вызывает снижение электрической прочности. Если трансформаторное масло содержит газовые включения, то под действием электрического поля в них возникает ударная ионизация, приводящая к увеличению размеров газовых включений и, как следствие, к пробою.

При испытании масла на электрическую прочность, во избежание его пробоя из-за газовых включений, включение напряжения следует производить, выждав некоторое время.

Длительность приложения напряжения заметно сказывается на величине электрической прочности жидких диэлектриков (с увеличением времени приложения напряжения электрическая прочность уменьшается). Поэтому при определении электрической прочности жидких диэлектриков для получения сопоставимых результатов испытания подъем напряжения должен производиться с одинаковой скоростью.

Во время эксплуатации (при воздействии электрического поля, кислорода воздуха и температуры) масло "стареет", и продукты старения уменьшают электрическую прочность.

При увеличении расстояния между электродами электрическая прочность снижается. Это можно объяснить тем, что в объёме масла между электродами увеличивается количество посторонних примесей. При пробое жидких диэлектриков (в том числе и трансформаторного масла) повторные значения пробивных напряжений колеблются. Наблюдаемый при экспериментах разброс пробивного напряжения масла зависит от случайного распределения в масле загрязнений (волокон, влаги и т.п.) в области пробивного промежутка. На величину разброса пробивного напряжения оказывает влияние также скорость подъема напряжения при испытаниях. Чем медленнее происходит подъем напряжения, тем больше разброс пробивных напряжений. Каждую пробу трансформаторного масла следует пробивать несколько раз (не менее пяти).        

Следует иметь в виду, что каждый пробой несколько видоизменяет масло. С одной стороны, из него удаляются легко кипящие примеси (особенно вода), с другой стороны, происходит загрязнение масла продуктами разложения масла, появляющимися при воздействии на масло электрической дуги при пробое.

При прибое загрязненных (содержащих влагу) жидких диэлектриков первое явление будет преобладать, что приведет к увеличению пробивного напряжения от пробоя к пробою. При пробое технически чистых жидких диэлектриков будет преобладать второе явление, что приведет к уменьшению пробивного напряжения от пробоя к пробою. Таким образом, качество масла можно определить не только по среднему значению пробивных напряжений, но и по характеру изменения последовательности значений пробивных напряжений при повторных пробоях.