Пробой жидких диэлектриков. Пробой жидких диэлектриков

• Название: Пробой жидких диэлектриков
• Дата: 10.05.2023
• Размер: 83.38 Kb.
• Имя файла: Пробой жидких диэлектриков.docx
• Тип: Документы; #1119940

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

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 температуры.



     Определим электрическую прочность жидких диэлектриков. Для этого выберем название жидкого диэлектрика из выпадающего меню программы и вид испытания. Увеличим напряжение до пробивного значения и занесем его величину в Таблицу 4. Проведем шесть пробоев жидкого диэлектрика, данные занесем в Таблицу 4. Проведем испытания на пробой не менее чем трех жидких  диэлектриков.

Таблица 4

Испытание жидких диэлектриков на пробой

Материал диэлектрика	Uпр1, кВ	Uпр2, кВ	Uпр3, кВ	Uпр4, кВ	Uпр5, кВ	Uпр6, кВ	Uпрср, кВ	Епр, кВ/мм
Трансформаторное масло	48	50	47	44	45	45	46,2	18,48
Конденсаторное масло	53	56	49	42	46	39	46,4	18,56
Совтол – 10	53	48	49	47	39	50	46,6	18,64
Кабельное масло маловязкое (МН-4)	54	47	49	49	43	41	45,8	18,32

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







Электрическая прочность диэлектрика:

Вывод:

Мной были проведены испытания трансформаторного масла на электрический пробой, после чего сделаны следующие выводы:

• 
  С увеличением содержания воды в трансформаторном масле – снижается его электрическая прочность. Это объясняется тем, что под действием электрического поля шарики эмульсионной воды поляризуются и, притягиваясь между собой разноименными концами, образуют цепочки с повышенной проводимостью, по которым и происходит электрический пробой.
  
• 
  С увеличением температуры трансформаторного масла – снижается его электрическая прочность. Увеличение пробивного напряжения в области низких температур связано с увеличением вязкости масла и меньшими значениями диэлектрической проницаемости льда по сравнению с водой. 
  
• 
  Из испытываемых материалов жидких диэлектриков на пробой, наибольшей электрической прочностью обладает Совтол-10, наименьшей электрической прочностью обладает кабельное масло маловязкое (МН-4)
  

Список использованной литературы

1.    Богородицкий Н.П. и др. Электротехнические материалы. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. – 304 с.

2.    Журавлева Л.В. Электроматериаловедение: уч. пособие. 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 352 с.

3.    Алиев И.И. Электротехнические материалы и изделия. Справочник. Изд. 2-е, испр. – М.: ИП Радио Софт, 2007. – 352 с.: ил.