Трансформаторное масло (стр. 37 )

Соответствующий прибор (рис. 7-9) состоит из двух почти идентичных по конструкции частей, из которых 1 служит для измерения давления водяных паров, а 2 — для измерения парциального давления газов (с помощью, ртутных манометров типа манометра Мак Леода А и В).

Рис. 7-9. Принципиальная схема прибора Центральной лаборатории электропромышленности (Франция) для определения содержания в масле растворенных газов и воды [Л. 7-16].I — часть прибора, служащая для измерения давления водяных паров; II — часть прибора, служащая для измерения парциальных давлений газов; R1—R7 — стеклянные вакуумные краны; А и В — ртутные манометры типа манометра Мак Леода; V2 — калиброванный сосуд для белого фосфора; V6—U-образная трубка, в которой происходит конденсация водяных паров; V8 — дополнительный калиброванный сосуд; V9 — сосуд, в котором происходит дегазация масла; V10 — сосуд, в который вводится проба масла; D — сосуд Дьюара; V12, V14 — калиброванные манометрические трубки.

Принцип действия прибора заключается в следующем. Образец испытуемого масла помещают в калиброванный объем Vl0 между кранами R5 и R6. Затем всю систему прибора сушат и дегазируют при давлении порядка 0,01 мм рт. ст (для измерения давления служит манометр Мак Леода в части 1 прибора). На отсутствие влаги в системе прибора указывает исчезновение сконденсированных в трубке V6 паров воды.

При открытии крана R5 масло перетекает в калиброванный сосуд V9, который затем соединяется открытием соответствующих кранов с остальной системой. При этом из масла начинают выделяться растворенные газы и пары воды. Последние конденсируются, проходя через трубку V6, помещенную в сосуд Дьюара D с охлаждающей средой (—78° С).

Фиксируется давление в системе. Для описанной конструкции прибора изменение давления в системе на 1 мм рт. ст. соответствует концентрации газа в масле 0,25 мл/л при нормальных условиях. Открывают кран калиброванного сосуда V2 с белым фосфором. Содержащийся в смеси кислород взаимодействует с фосфором, и давление в системе падает. По разности давлений рассчитывают содержание кислорода. Затем систему прибора вновь эвакуируют 30 мин, в течение которых из масла извлекается вся оставшаяся в нем влага и конденсируется в сосуде V6. После этого убирают дьюаровский сосуд, слегка нагревают трубку V6 и переводят влагу в парообразное состояние. Измеряя давление паров воды, производят расчет количества их.

К преимуществам прибора относится возможность присоединения (с помощью трубки 11) его к объекту с маслом, в котором необходимо определить содержание влаги и газов. Метод пригоден для определения содержания влаги в бумаге, находящейся в масле, оценки распределения влаги между твердой и жидкой изоляцией, и т. п. В отличие от метода Фишера манометрический метод пригоден для определения содержания влаги в окисленных маслах.

Для ориентировочной оценки количества влаги в масле (главным образом находящейся в диспергированном состоянии) можно использовать способ, основанный на определении величины пробивного напряжения масла путем сопоставления его с данными заранее найденной зависимости величины пробивного напряжения от количества воды [Л. 7-17].

7-2. РАСТВОРИМОСТЬ ГАЗОВ В ТРАНСФОРМАТОРНОМ МАСЛЕ

При нормальных условиях в трансформаторном масле может раствориться значительное количество газа (табл. 7-2). Для характеристики растворимости данного газа в масле служит коэффициент абсорбции (или коэффициент Бунзена), который равен объему газа (при нормальных условиях) в единице объема масла, или же коэффициент растворимости, выраженный в объемных процентах.

Таблица 7-2. Растворимость некоторых газов в трансформаторном масле при +25° С и 760 мм. рт. ст.[Л. 7-19, 7-31,7-32].

Наименование газов	Химическая формула	Коэффициент растворимости, % (объем.)	Наименование газов	Химическая формула	Коэффициент растворимости, % (объем.)
Шестифтористая сера	SF6	43	Водород	H2	7
Перфторпропан	C3F8	39	Метан	CH4	30
Воздух	-	9,4	Этан	C2H6	280
Азот	N2	8,6	Этилен	C2H4	280
Кислород	О2	16	Ацетилен	C2H2	400
Аргон	А	15	Пропилен	C3H6	1200
Углекислый газ	СО2	120	Пропан	C3H8	1900
Окись углерода	СО	9	Бутан	C4H10	200

Растворимость в трансформаторном масле водорода, азота и воздуха с повышением температуры в пределах от +20 до +80° С возрастает (рис. 7-10); растворимость кислорода слегка снижается; наконец, растворимость углекислого газа резко снижается.

Высокая растворимость углекислого газа в масле используется для того, чтобы в максимальной степени удалить газовые включения из изоляции трансформаторов высокого напряжения [Л. 7-19].

Рис. 7-10. Зависимость растворимости газов в трансформаторном масле от температуры [Л. 7-18]. 1 — воздух; 2 — азот.

В полулогарифмических координатах зависимость логарифма растворимости газа в масле (в состоянии насыщения) от величины обратного значения абсолютной температуры выражается прямой линией. Скорость насыщения масла газом зависит от высоты столба масла и величины поверхности соприкосновения газа с жидкостью [Л. 7-20, 7-31].

При растворении воздуха в масле соотношение между входящими в состав воздуха газами изменяется. Так, если воздух содержит азота и кислорода соответственно 78 и 21% объемных, то, будучи растворенным в масле, он содержит азота 69,8, а кислорода 30,2% объемных (Л. 7-21]. Растворимость газа в масле при данной температуре зависит от парциального давления газа

(рис. 7-11). Изучение динамики этого процесса позволило установить [Л. 7-22], что при данном диаметре газового включения время полного растворения его в масле тем меньше, чем меньше остаточное давление газа, растворенного в масле (рис. 7-12).

Рис. 7-11. Растворимость воздуха в трансформаторном масле при различных давлениях [Л. 7-3].

Рис. 7-12. Зависимость времени полного растворения газового включения в конденсаторном масле, дегазированном при различных остаточных давлениях [Л. 7-22]. d0 — начальный диаметр включения; Рост —остаточное давление газа при дегазации масла, характеризующее степень насыщения масла газом, tp — время полного растворения газового включения, сек.

Приведенные закономерности справедливы для случая бумажно-масляной изоляции, если диаметр газового включения значительно меньше толщины масляной прослойки между слоями бумаги. Время растворения крупных газовых пузырьков, диаметр которых соизмерим с толщиной масляной прослойки, колеблется в значительных пределах.

Под влиянием электрического поля растворимость газа в трансформаторном масле может изменяться вследствие явления электрострикции. Хотя такие изменения и незначительны, однако вероятность образования в связи с этим стабильного зародыша газового включения в насыщенном газом трансформаторном масле не исключена [Л. 7-23].

Генерация газовых пузырьков возможна также при вибрации в масле твердых тел. Вибрация приводит к появлению в масле локальных зон пониженного давления, в некоторых случаях значительного размера, в которых растворенный в масле газ может выделяться в виде пузырьков. Появление разрежения обусловлено непрерывным изменением объема, вмещающего масло и ограниченного твердыми стенками, из которых одна, например, вибрирует.

Учитывая практическую несжимаемость масла, изменение объема возможно только при вытеснении его или притоке [Л. 7-24]. В связи с этим снижение до минимума различного рода вибраций в работающем трансформаторе позволит уменьшить вероятность возникновения газовых пузырьков и будет способствовать повышению электрической прочности изоляции.

Изучение закономерностей растворения газов в масле позволило вывести эмпирическую формулу для расчета времени, потребного для достижения заданной степени дегазации трансформаторного масла А (%) в замкнутой системе [Л. 7-21]:

,

где t — продолжительность обработки, ч;

, ч;

V — полный объем масла, м3; L — производительность вакуум-насоса, м3/ч.

Известен ряд методов определения количества растворенных в масле газов [Л. 7-16, 7-21, 7-22, 7-25, 7-26, 7-27, 7-28]. Например, простой и удобный метод определения содержания воздуха (или другого газа) в масле основан на глубокой дегазации масла под вакуумом при одновременном перемешивании с помощью вибратора [Л. 7-29]. На основании измерений величины давления в камере прибора до и после опыта производится расчет содержания растворенного в масле газа.

Глава восьмая

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ТРАНСФОРМАТОРАХ И ВЯЗКОСТНЫЕ СВОЙСТВА МАСЕЛ

Во время работы трансформатора в его сердечнике и обмотках имеют место потери электрической энергии, в результате которых трансформатор нагревается.

При испытаниях могут быть измерены только средние значения температур обмотки; они ниже, чем температура наиболее нагретой точки обмотки, которая фактически определяет срок службы бумажной изоляции провода и должна приниматься в расчет при оценке продолжительности жизни изоляции.

Температурный градиент между маслом и окружающим воздухом устанавливается опытным путем. Можно рассчитать среднюю разность между температурой обмотки и температурой воздуха. Средний температурный градиент между поверхностью бака трансформатора и окружающим воздухом зависит от электрических потерь в обмотке и сердечнике.