Для высоковольтных масляных трансформаторов, выключателей и изоляторов применяется масло одной марки. Нормы электрической прочности масел зависят от рабочего напряжения электроустановок. Для конденсаторов и кабелей высокого напряжения применяются масла, очищенные веществами, удаляющими примеси или адсорбентами. Такие масла имеют улучшенные электрические свойства.
При повышении температуры даже хорошо очищенные масла окисляются. При доступе воздуха заметное окисление происходит при температуре 70°-80°С. Окислению масла способствуют некоторые металлы и сплавы, например: медь, латунь, свинец. Ускоренное старение масла вызывает контакт с некоторыми твердыми диэлектриками, например, с лаковыми тканями, лаковыми пленками на обмотках. При длительном контакте с такими диэлектриками в масло проникают (диффундируют) содержащиеся в них органические кислоты. Для повышения стабильности масел используют присадки-ингибиторы, замедляющие процесс окисления диэлектриков.
Свойства трансформаторного масла должны соответствовать требованиям ГОСТ. Масло гигроскопично. Чаще всего вода в масле может быть в виде мельчайших взвешенных частиц (эмульсии) и в виде избыточной воды (осадка), которая не смешивается с маслом и осаждается на дно емкости. Примесь воды в масле даже в количестве 0,001% снижает электрическую прочность масла.
Волокнистые примеси в еще большей степени снижают электрическую прочность жидких диэлектриков. Они более гигроскопичны, чем масло, и впитывая в себя влагу, становятся полупроводящими частицами, образуя токопроводящие каналы. Взвешенный уголь служит хорошим проводником. Частицы угля оседают на изоляторах или на других погруженных в масло деталях электрооборудования, создают проводящие слои, которые могут быть причиной перекрытия и коротких замыканий в электроустановках.
Масло, качество которого снизилось вследствие старения и загрязнения, подвергают очистке. Очищенное и находящееся в эксплуатации масло подвергается лабораторным испытаниям. Существует два вида определения свойств жидких диэлектриков: полный и сокращенный анализ. Масло должно подвергаться лабораторным испытаниям в процессе эксплуатации электроустановок.
Сроки испытаний: не реже 1 раза в 5 лет для трансформаторов мощностью выше 630кВА, работающих с термосифонными фильтрами (сокращенный анализ) и не реже 1 раза в 2 года для трансформаторов, работающих без термосифонных фильтров, после капитальных ремонтов трансформаторов. Для технически чистых масел пробивное напряжение в стандартном разряднике составляет 50 – 60кВ при частоте 50Гц и примерно 120кВ при воздействии импульсного напряжения.
В маслах нормируют содержание примесей, особенно с наиболее опасными размерами частиц от 2 до 10мкм, присутствующих в наибольших количествах. Микрочастицы в маслах резко снижают срок службы электрооборудования. Снижение температуры масла в пределах + 20 до -50С приводит к уменьшению электрической прочности, тогда как дальнейшее снижение от – 5 до – 450С приводит к росту прочности.
Такие изменения электрической прочности объясняются различным агрегатным состоянием воды в масле, образованием кристаллов льда и ростом вязкости трансформаторного масла.
При эксплуатации силовых трансформаторов большое влияние на электрическую прочность масла оказывают примеси воды в эмульсионном состоянии. Вода, в трансформаторном масле в виде эмульсии, образует капли диаметром 
м. В электрическом поле трансформатора сферические водяные включения втягиваются в пространство между электродами (фазами) и деформируются. При деформации водяных включений образуются эллипсоиды вращения, которые поляризуются, притягиваются друг к другу и, сливаясь, могут образовать между фазами «мостики» с малыми сопротивлениями, с последующим разрядом (пробоем). Электрическая прочность масла уменьшается, что может привести к короткому замыканию между фазами трансформатора.
Влияние примесей в меньшей степени сказывается при пробое жидких диэлектриков импульсным напряжением. Пробой материалов при повышенных частотах обусловлен ее разогревом за счет диэлектрических потерь, что приводит к термическому разрушению жидкости. Поэтому предельно допустимые рабочие напряженности электрического поля для жидких диэлектриков на высоких частотах оказываются ниже, чем на промышленной частоте.
С увеличением энергии электрических разрядов глубина химического разложения масла возрастает, уменьшается интенсивность газопоглощения, увеличивается скорость выделения газов и образования углеродистых остатков (взвешенного углерода). При большой энергии электрических разрядов масло становится газвыделяющим (искра, пробой, электрическая дуга). Его дальнейшее разложение происходит с образованием горючих газов, низкокипящих жидких углеводородов, углеродистых частиц.
При отсутствии контакта масла с воздухом при температурах до 950С (окисления масла при этом не происходит) без воздействия электрического поля металлические части трансформатора практически не окисляются и не влияют на параметры масла.
В пропитанных маслом электроустановках рассчитанных на длительный срок службы без замены диэлектрика, все медные токоведущие части лудят, цинкуют или никелируют.
Для продления срока службы электроизоляционных масел, помимо применения присадок, замедляющих старение масла, используют различные методы, обеспечивающих защиту масла от непосредственного контакта с воздухом и его влагой (герметизация оборудования). Герметизацию используют в трансформаторах. При эксплуатации кабелей и конденсаторов замены и регенерации масла не производят.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Лабораторный стенд состоит из электрооборудования напряжением выше 1кВ и элементов схем управления, измерения и набора приспособлений. К элементам стенда относятся:
· высоковольтный аппарат для испытания изоляции типа АИИ-70 (рисунок 3);
· мерная емкость (сосуд) аппарата АИИ-70 для испытания жидких диэлектриков (рисунок 4);
· приспособление для определения наличия взвешенного угля;
· наборы емкостей с образцами трансформаторного масла.
Рисунок 2 - Принципиальная электрическая схема высоковольтный аппарат для испытания изоляции типа АИИ-70
Аппарат для испытания изоляции для определения напряжения пробоя трансформаторного масла и испытания изоляции кабелей. Наибольшее напряжение при испытаниях на переменном токе – 50кВ и 70кВ на постоянном. Мощность высоковольтного трансформатора TV1 составляет 2кВА.
Мерная емкость (сосуд) для трансформаторного масла показана на рисунке 3.
Рисунок 3 - Емкость аппарата АИИ-70 для испытания жидких диэлектриков, где 1 – латунные шлифованные полусферические электроды диаметром 25мм с креплениями; 2 – масло объемом 100 – 200см3
Работа лабораторной установки с устройством АИИ-70. Аппарат АИИ-70 находится в лаборатории отдельно за специальным защитным ограждением, снабжен пультом управления и заземляющей штангой. Напряжение от сети (контакты Х1 – Х2) через блокировочные контакты двери ограждения SF2 и предохранители F1, F2 поступает на вход регулировочного автотрансформатора TV2. Регулируемое напряжение от TV2 через автоматический выключатель SF1 подается на первичную обмотку высоковольтного трансформатора TV1 и конденсаторы C1, C2.
Переключатель S1 служит для установки защиты автоматического выключателя SF1 в положение «чувствительная» или «грубая». Высокое напряжение от трансформатора TV1 через ограничительное сопротивление R может быть использовано как для испытания переменным напряжением твердых диэлектриков, так и для определения пробивного напряжения жидких диэлектриков.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
На первом этапе лабораторных испытаний необходимо определить отсутствие в пробах трансформаторного масла:
· взвешенного углерода;
· избыточной воды;
· механических примесей;
· замутненных участков.
1. Содержание взвешенного углерода. Испытания проводятся в специальном приспособлении, представляющем собой стеклянную банку. К одной стенке банки с внешней стороны прикрепляется лист кальки с нанесенными черной тушью тремя линиями различной толщины: 1мм; 0,5мм; 0,1мм. Банка с маслом помещается в фанерный ящик, в котором имеется подсветка и смотровая щель.
Наличие взвешенного угля определяют просвечиванием слоя масла толщиной 10см электрической лампой. Лампу устанавливают в вертикальном выступе ящика. Линии на листе просматривают сквозь щель ящика. Количество взвешенного углерода в масле оценивается по следующим трем группам:
· первая группа – видны три линии (0,1; 0,5 и 1,0мм) четко (угля в масле нет);
· вторая группа - вторая линия (0,5мм) видна нечетко (масло нужно фильтровать);
· третья группа - видна только одна линия (1мм) масло нужно заменить.
2. Наличие избыточной воды. Присутствие воды определяют по мути, заметной при рассмотрении на свет масла, налитого в тонкую стеклянную пробирку. Капельки воды появляются также на дне сосуда после отстаивания масла в течение 15...20мин. Если вода содержится в масле в виде эмульсии, то ее можно обнаружить следующим образом. Залить масло в чистую пробирку и нагреть или опустить в него нагретый металлический прутик. Появление характерного потрескивания указывает на присутствие влаги.
3. Прозрачность и наличие механических примесей. Данные общефизические свойства трансформаторного масла определяют по мути и осадкам на дне, которые видны при рассмотрении на свет масла, налитого в тонкую стеклянную пробирку
На втором этапе лабораторных испытаний определяют электрическую прочность трансформаторного масла.
1. Методика определения электрической прочности масла стандартизирована. При этом необходимо выполнять следующие условия:
· использовать латунные или медные шлифованные полусферические электроды диаметром 2,5мм;
· зазор между электродами устанавливать равным 2,5 + 0,05мм;
· испытуемое масло брать в объеме 100-200см ;
· напряжение поднимать со скоростью 1-1,5кВ в секунду;
· произвести 6 пробоев, первый из которых не учитывать;
· пробой устанавливать по возникновению непрерывной электрической дуги между электродами.
2. Подготовка к испытаниям. Перед началом опыта необходимо:
· вынуть специальный сосуд из аппарата АИИ 70 и проверить наличие зазора между электродами (2,5мм);
· промыть сосуд чистым трансформаторным маслом;
· залить в емкость масло в таком количестве, чтобы электроды были покрыты слоем масла не менее чем на 15мм;
· выдержать залитое в сосуде масло в течение 10мин для того, чтобы пузырьки воздуха всплыли на поверхность;
· поместить сосуд с маслом в аппарат АИИ-70 и закрыть крышку;
· проверить положение ручки регулировочного автотрансформатора TV1 (крайнее левое положение);
· установить переключатель SA1 защиты аппарата в положение «чувствительная».
3. Проведение испытаний. Проверка электрической прочности проводятся в следующей последовательности:
· подключить аппарат АИИ-70 к сети (загорится зеленая лампа HLR «сеть»);
· вращая ручку регулировочного трансформатора вправо, повысить напряжение со скоростью 1кВ в секунду до наступления пробоя, непрерывно наблюдая за показаниями вольтметра;
· снять показание вольтметра предшествующее пробою и записать его в таблицу 1;
· установить ручку регулировочного автотрансформатора аппарата TV1 в исходное положение (крайнее левое положение);
· отключить аппарат от сети и открыть крышку;
· удалить уголь, образовавшийся между электродами, чистой стеклянной палочкой, которая хранится в масле;
· испытания масла провести 6 раз с интервалом 5-10 минут.
Таблица 1 – Параметры и результаты испытаний шести проб трансформаторного масла
Показатели | Результаты |
|
Unp2 |
| |
Unp3 |
| |
Unp4 |
| |
Unp5 |
| |
Unp6 |
| |
Unp cp |
| |
Enp cp |
| |
Прозрачность | ||
Механические примеси | ||
Взвешенный углерод | ||
Избыточная влага | ||
Примечания
1. По методике испытаний показатель 
в таблицу не заносится.
2. Показатель «прозрачность» - оценивается по критерию «норма» или «не норма», а остальные – «присутствуют» или «отсутствуют» в пробе.
4. Провести оценку данных полученных экспериментальным путем (таблица 1) и справочных сведений.
5. Сделать выводы по лабораторной работе. Оформить и защитить отчет.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Наименование и цель работы.
2. Фамилию студента и номер учебной группы.
3. Методы определения электрической прочности диэлектрических материалов электроустановок в различных агрегатных состояниях.
4. Методы определения электрических и общих физических свойств жидких диэлектриков.
5. Описание лабораторной установки и приспособлений для определения электрической прочности и других свойств жидких диэлектрических материалов электроустановок.
6. Исследуемые электрические и другие характеристики и необходимые таблицы с результатами измерений и вычислений.
7. Расчетные формулы и экспериментальные данные, полученные при измерениях и вычислениях.
8. Обоснованные выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какие параметры характеризуют явление пробоя диэлектрического материала?
2. Почему для сравнения свойств различных диэлектрических материалов более удобной характеристикой является электрическая прочность?
3. Какой формулой и размерностью входящих в нее параметров характеризуется электрическая прочность диэлектриков?
4. Какая разница между пробоем диэлектрика находящегося в газообразном, жидком или твердом состоянии?
5. Почему чистые жидкие диэлектрики получить очень трудно?
6. Чем объясняется пробой технически чистых жидких диэлектриков?
7. Чем обусловлен пробой диэлектрических материалов при повышенных частотах?
8. Что происходит с регенерированным (свежим) трансформаторным маслом при эксплуатации электроустановки?
9. Что происходит со свежим трансформаторным маслом при эксплуатации электроустановки, если к нему есть доступ воздуха?
10. К каким явлениям приводит снижение или повышение температуры трансформаторного масла?
11. Что происходит с увеличением энергии электрических разрядов в трансформаторном масле?
12. Какие методы защиты используют для продления срока службы электроизоляционных масел?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЗАЩИТНЫХ СРЕДСТВ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
Цель работы – изучение методов испытаний электрозащитных средств и схем установки для проведения испытаний.
1. Основные понятия и количественные характеристики
Электрозащитными средствами называют средства, служащие для защиты людей, работающих в электроустановках, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля. Защитные средства условно делят на:
· основные - изоляция которых длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановок и которые позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением;
· дополнительные - которые сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить защиту от поражения током, а применяются совместно с основными электрозащитными средствами.
К электрозащитным средствам относятся:
· изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели высокого и низкого напряжения;
· изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ под напряжением выше 1кВ;
· слесарно-монтажный инструмент с изолирующими ручками для работы в электроустановках напряжением до 1кВ;
· диэлектрические перчатки, боты, галоши, коврики, изолирующие накладки и подставки;
· индивидуальные экранирующие комплекты;
· переносные заземления;
· оградительные устройства и диэлектрические колпаки;
· плакаты и знаки безопасности.
К основным электрозащитным средствам в электроустановках напряжением выше 1кВ относят:
· изолирующие штанги;
· изолирующие и измерительные клещи;
· указатели напряжения;
· изолирующие устройства и приспособления для работ на воздушных линиях с непосредственным прикосновением работника к токоведущим частям.
К дополнительным электрозащитным средствам в установках напряжением выше 1кВ относят:
· диэлектрические перчатки, боты и коврики;
· индивидуальные экранирующие комплекты;
· изолирующие подставки и накладки;
· диэлектрические колпаки;
· переносные заземления;
· оградительные устройства;
· плакаты и знаки безопасности.
При приемке в эксплуатацию и в процессе эксплуатации электрозащитные средства подвергают типовым эксплуатационным испытаниям, одним из которых являются электрические испытания. Все испытания проводят переменным током 50Гц при 15-200С. Скорость подъема напряжения до 1/3 от испытательного может быть произвольной, дальнейшее повышение напряжения должно быть плавным и быстрым, позволяющим при напряжении более 3/4 испытательного вести отсчет показаний прибора.
После достижения требуемого значения без выдержки или после выдержки 60сек (в зависимости от конкретного защитного средства) напряжение должно быть плавно снижено до нуля или при значении, равном или менее 1/3 испытательного, отключено. На выдержавшие испытания средства защиты, кроме инструмента с изолирующими рукоятками и указателей напряжения до 1кВ, ставится специальный штамп.
Проведенные испытания оформляются протоколом по следующей форме.
(наименование лаборатории)
ПРОТОКОЛ № _
от____________ 201__ г.
(наименование средств защиты)
в количестве___________ шт. принадлежащие________________
испытаны напряжением переменного тока частотой 50Гц, постоянного тока (нужное подчеркнуть):
изолирующие части___ кВ в течение___ мин;
рабочие части__ кВ в течение___ мин;
ток, протекающий через изделие,__ мА.
Отдельные требования, выводы:________________________
Дата следующего испытания:________
Испытания провел:__________________
Руководитель работ_________________
Основные изолирующие средства защиты, предназначенные для установок выше 1кВ до 110кВ, испытывают напряжением, равным трехкратному линейному, но не ниже 40кВ, а предназначенные для установок напряжением 110кВ и выше - трехкратному фазному. Дополнительные средства защиты испытывают напряжением, не зависящим от напряжения установки, в которой они должны применяться. Токи, протекающие через изделие, нормируются для указателей напряжения, изделий из резины и изолирующих средств защиты для работы под напряжением. Периодичность испытаний устанавливается нормами испытаний защитных средств; данные по некоторым защитным средствам приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Нормы испытания электрозащитных средств из диэлектрических материалов
Средства защиты | Напряжение электроустановок, кВ | Испытательное напряжение, кВ | Продол-житель-ность, мин | Ток через изделие, не более, мА | Периодичность испытаний |
Резиновые диэлектрические перчатки | Все напряжения | 6 | 1 | 6.0 | 1 раз в 6 месяцев |
Резиновые диэлектрические боты | То же | 15 | 1 | 7.5 | 1 раз в 36 месяцев |
Резиновые диэлектрические ковры | - | Осмотр | - | - | 1 раз в 6 месяцев |
2. Описание экспериментальной установки
В лабораторной работе проводятся испытания защитных средств, изготовленных из диэлектрической резины. Резина относится к группе материалов, называемых эластомерами, и представляет собой эластичный материал, получаемый путем вулканизации каучука, являющегося органическим полимером. В зависимости от количества серы, добавляемой к каучуку, при вулканизации получают резину различной эластичности – от мягкой, очень эластичной, до твердой резины – эбонита. В зависимости от состава и технологии изготовления резины сильно меняются и ее характеристики. Удельное объемное сопротивление резины меняется от 1⋅1012 Омм до 1⋅1013 Омм, tgδ – от 0.02 до 0.1 (при 50Гц), диэлектрическая проницаемость – от 3 до 7. Электрическая прочность лежит в пределах от 20кВ/мм до 45кВ/мм.
Резина обладает низкой нагревостойкостью, малой стойкостью к действию нефтяных масел, от которых резина набухает, и малой стойкостью к действию света, особенно ультрафиолетового, от которого резина быстро стареет. Резко ускоряет старение резины озон, образующийся при ионизации воздушных включений или в окружающем воздухе. Хотя резина практически водо - и газонепроницаема, ее электрические свойства ухудшаются под действием влаги.
Периодические электрические испытания защитных средств на основе резины решают задачу выявления механических дефектов (поры, микротрещины, проколы) и старения резиновой изоляции. В работе используется испытательная установка типа УИ-1М, предназначенная для испытаний диэлектрических перчаток, бот, галош и инструмента с изоляционными рукоятками. Установка позволяет изменять испытательное напряжение в пределах от 0 до 15кВ с измерением тока до 30мА. Упрощенная схема установки приведена на рисунке 1.
Питание на установку подается через автоматический выключатель S1 и через контактор S2 поступает на автотрансформаторы Т1 и Т2. Наличие двух автотрансформаторов дает возможность более плавной регулировки напряжения. Через резистор R1, ограничивающий ток при пробое испытуемого изделия, напряжение подается на высоковольтный трансформатор Т3. Миллиамперметр в высоковольтной части цепи позволяет при нажатии кнопки S3 или S4 контролировать ток через изделия, а разрядники F1 и F2 защищают цепь при коммутации кнопок. Катушка L1 ограничивает броски тока при пробое изделия и защищает миллиамперметр от перегрузки. В установке имеется реле времени, включающее световой сигнал через одну минуту после достижения испытательного напряжения.
При испытании диэлектрические перчатки, боты и галоши погружают в ванну с водой, имеющей температуру 15-350С, которая заливается также внутрь этих изделий. Боты и галоши при этом опускаются на специальную сетку, устанавливаемую внутри ванны, перчатки одеваются на цилиндры испытательного кронштейна, предварительно заполненные водой, которая при повороте цилиндров затекает в перчатки. Уровень воды как снаружи, так и внутри изделий должен быть на 50мм ниже верхнего края перчаток, отворотов бот и на 20мм ниже бортов галош. Выступающие края испытуемых изделий должны быть сухими.
Рисунок 1 – Упрощенная электрическая схема испытательной установки типа УИ-1М
Работа на установке УИ-1М производится в следующем порядке.
1. Проверить заземление установки и заполнение ванны водой.
2. Испытываемые защитные средства после наружного осмотра и проверки отсутствия видимых повреждений установить в ванну с испытательным электродом.
3. Все дальнейшие переключения на установке проводятся одним человеком, который должен находиться на диэлектрическом коврике и надеть диэлектрические перчатки. Работник не должен касаться заземленных частей неизолированными частями тела. Остальные члены бригады наблюдают за работой и за показаниями приборов.
4. Опустить испытательный кронштейн и закрыть крышку. После получения разрешения на включение подключить установку к сети напряжением 220В. Проверить исходное положение установки и установить в нулевое положение ручки регулировки напряжения.
5. Перевести заземляющий разъединитель в положение ОТКЛ. Включить автоматический выключатель. Громко объявив: «Включаю высокое напряжение!» – нажать кнопку ВКЛЮЧЕНИЕ УСТАНОВКИ. При этом должна загореться надпись «Высокое напряжение».
6. Плавно поднять напряжение до нужного значения, повернув сначала ручку ГРУБО, а затем ручку ТОЧНО.
7. Через минуту после достижения испытательного напряжения плавно снизить испытательное напряжение до нуля. Обе ручки ГРУБО и ТОЧНО установить в нулевое положение.
8. Выключить выключатель, рукоятку заземляющего разъединителя перевести до упора в положение ЗАЗЕМЛЕНИЕ ВКЛ.
9. Открыть крышку и снять изделие (диэлектрическую перчатку).
Если в процессе испытаний возникает пробой, перекрытие и разряды по поверхности, испытание прекращается и испытываемое изделие бракуется. Тот же вывод делается и при превышении током нормы или при резких колебаниях стрелки миллиамперметра.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
