Файл: Пробой жидких диэлектриков.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Пробой жидких диэлектриков»

Цель работы:

1. Провести испытание трансформаторного масла на пробой.

2..Исследовать зависимость электрической прочности трансформаторного масла от содержания воды.

3..Исследовать зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры.

4..Определить электрическую прочность жидких диэлектриков.

Теоретическое положение:

Пробой жидких диэлектриков происходит при более высоких, чем в газе, значениях пробивного напряжения, при прочих равных условиях. Повышенная электрическая прочность жидкого диэлектрика обусловлена значительно меньшей длиной свободного пробега электронов в жидкости, чем в газах. Электрическая прочность трансформаторного масла зависит от многих факторов, однако наибольшее влияние на прочность оказывают примеси: вода, газы и твердые частицы. Пробой масла, содержащего газовые включения, объясняется местным перегревом жидкости за счет энергии ионизации пузырьков газа, который приводит к испарению легких фракций масла и образованию газового канала между электродами. Вода в диэлектрике также сильно снижает электрическую прочность. Под влиянием электрического поля сферические капельки воды – сильнополярной жидкости (ε=81) – поляризуются и, притягиваясь между собой разноименными концами, образуют цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит электрический пробой. Твердые примеси в виде взвеси в трансформаторном масле искажают электрическое поле внутри масла, что и является причиной уменьшения электрической прочности. Твердые частицы, осевшие на обмотку и магнитопровод трансформатора, значительно ухудшают теплоотвод с их поверхностей.

Наиболее распространенный в энергетике жидкий диэлектрик - это трансформаторное масло. Трансформаторное масло, - очищенная фракция нефти, получаемая при перегонке. В зависимости от происхождения, нефти обладают различными свойствами и эти отличительные свойства исходного сырья отражаются на свойствах масла. Оно имеет сложный углеводородный состав и содержит следующие основные компоненты:

---

1) Парафины	10-15%
2) Нафтены или циклопарафины		60-70%
3) Ароматические углеводороды			15-20%
4) Асфальто-смолистые вещества				1-2 %
5) Сернистые соединения				< 1%
6) Азотистые соединения				< 0.8%
7) Нафтеновые кислоты				<0.02%
8) Антиокислительная присадка (ионол)				0.2-0.5%

           Каждый из компонентов масла играет определенную роль при эксплуатации. Парафины и циклопарафины обеспечивают низкую электропроводность и высокую электрическую прочность. Ароматические углеводороды уменьшают старение масла и увеличивают стойкость к частичным разрядам в объеме масла. Асфальто-смолистые, сернистые, азотистые соединения и нафтеновые кислоты являются примесями и не играют положительной роли. Асфальто-смолистые соединения ответственны за возникновение осадка в масле и за его цвет. Сернистые, азотистые соединения и нафтеновые кислоты ответственны за процессы коррозии металлов в трансформаторном масле. Углеводороды парафинового ряда, кроме высокой химической устойчивости обладают высокой температурой вспышки и рядом других положительных качеств, но теряют текучесть (застывают) уже при комнатной температуре и поэтому не допускается большого содержания парафинов. Ароматические углеводороды разделяются на углеводороды симметричного строения (бензол, нафталин, антрацен) и ароматические с длинными боковыми цепями (толуол). Первые являются одним из наиболее трудно окисляемых веществ и ценной составной частью масла, так как защищают его от окисления. Вторые весьма легко соединяются с кислородом, причем их способность к самоокислению растет с увеличением числа и длины боковых цепей.

Ход работы:

Испытание трансформаторного масла на пробой производится между латунными дисковыми плоскими электродами диаметром 25 мм, расположенными внутри стандартного фарфорового сосуда емкостью 500 см3 на расстоянии 2,5 мм друг от друга.

---

Проведем испытание трансформаторного масла на пробой. Для этого выберем трансформаторное масло из выпадающего меню программы («диэлектрик») и вид испытания. Увеличим напряжение до пробивного значения и занесем его величину в Таблицу 1.Проведем шесть пробоев масла, данные занесем в табл. 1.

Таблица 1

Испытание трансформаторного масла на пробой

кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ/мм
52	46	51	44	42	40	44,6	17,84

Среднее значение пробивного напряжения, не учитывая значение напряжения при первом пробое, это значение и принимается в качестве пробивного:


Электрическая прочность диэлектрика:


Определим зависимость электрической прочности трансформаторного масла от содержания воды. Для этого выбираем трансформаторное масло из выпадающего меню программы («диэлектрик») и вид испытания. Задаем количеством воды в масле (в % от объема масла) и заносим данные в Таблицу 2. Увеличиваем напряжение до пробивного значения и заносим его величину в Таблицу 2. Проводим пять испытаний масла на пробой при различном содержании воды, данные заносим в Таблицу 2.

---

Таблица 2

Влияние содержания воды на электрическую прочность

%	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ/мм
0,000	49	48	47	47	40	42	44,8	17,92
0,001	28	25	28	25	23	26	25,4	10,16
0,010	15	15	13	12	12	13	13	5,2
0,025	10	11	8	9	10	10	9,6	3,84
0,050	8	7	8	7	7	6	7	2,8

Среднее значение пробивного напряжения, не учитывая значение напряжения при первом пробое, это значение и принимается в качестве пробивного:









Электрическая прочность диэлектрика:

---

Построим график зависимости электрической прочности трансформаторного масла от содержания воды.



    Определим зависимость электрической прочности трансформаторного масла от температуры. Для этого выберем трансформаторное масло из выпадающего меню программы («диэлектрик») и вид испытания. Задаем температуру нагрева масла и заносим данные в Таблицу 3. Увеличиваем напряжение до пробивного значения и заносим его величину в Таблицу 3. Проводим пять испытаний масла на пробой при различной  температуре нагрева масла, данные заносим в Таблицу 3.

Таблица 3

Влияние температуры на электрическую прочность масла

	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ	кВ/мм
0	49	52	48	46	42	43	46,2	18,48
20	53	49	49	47	47	40	46,4	18,56
50	49	43	49	48	45	41	45,2	18,08
100	45	38	39	38	36	35	37,2	14,88
120	37	33	36	36	32	33	34	13,6

---