Изолирующие жидкости. РГР1. Расчетно графическая работа 1 По дисциплине Диагностика и профиспытания электрооборудования Специальность 5В071800электроэнергетика
 Скачать 38.34 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан Некоммерческое акционерное общество «АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ имени Гумарбека Даукеева» Кафедра «электроэнергетических систем» РАСЧЕТНО ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1 По дисциплине: «Диагностика и профиспытания электрооборудования» Специальность: 5В071800-электроэнергетика Выполнил: Тулесов А. А. Группа: МЭЭСн-21-2 Принял: Черемисинов Ю.Г. _____________ ____________________ “___” _____________ 2022 г. (Оценка) (Подпись преподавателя) (Дата) Алматы, 2022 Содержание Введение…………………………………………………………………………… Введение Изолирующие электрические материалы с высоким электрическим сопротивлением, применяемые для изоляции проводников электрического тока и в качестве диэлектриков в конденсаторах. Классифицируются: по агрегатному состоянию (твёрдые, жидкие, газообразные); теплостойкости (классы А, В, С, Н); химическому составу и виду органических и неорганических веществ; диэлектрическим, физико-химическим и механическим свойствам; применению (низковольтные, высоковольтные; низкочастотные, высокочастотные и др.). К жидким изолирующим материалам относятся масла минеральные, растительные, синтетические. Твёрдые - бывают органические: смолы, пластмассы, плёнки, парафины, воски и воскообразные диэлектрики, битумы, волокнистые материалы (пряжа, ткани, бумаги, картоны, дерево и др.), и неорганические: стекло, керамика, оксидная изоляция, минералы (слюда, асбест, каменные породы). Изолирующие материалы электрические характеризуются: диэлектрическими свойствами: проницаемость, тангенс угла потерь, удельное объёмное сопротивление , удельное поверхностное сопротивление, электрическая прочность прочность; механическими свойствами: твёрдость, обрабатываемость, прочность на разрыв, сжатие, статический изгиб, ударный изгиб; физико-химические свойствами: нагревостойкость, влагостойкость, химостойкость, химия, активность и др. Свойства И. м. э. зависят от их агрегатного состояния. Газы: Ряд газов (чаще всего воздух) используется в качестве изолирующих материалов в конденсаторах, трансформаторах, электрических машинах, кабелях и др. При нормальных условиях газы имеют высокое удельное сопротивление. Важное практическое значение имеет электрическая прочность воздуха. Наибольшее значение Епр наблюдается у галогеносодержащих газов — шестифтористой серы (элегаза), дихлордифторметана, тетрахлорметана и др. Жидкости: Нефтяными маслами после специальной очистки заливают трансформаторы, маслонаполненные кабели и др., пропитывают бумажную изоляцию кабелей и бумажно-масляных конденсаторов. Растительные масла (льняное, тунговое, касторовое и др.) служат главным образом плёнкообразующими электроизоляции лаков. Из синтетических жидкостей применяют кремнийорганические жидкости, совол и совтол вместо изоляционного масла в трансформаторах. Органические твёрдые диэлектрики: Ряд низкомолекулярных и особенно высокомолекулярных органических соединений, среди которых видное место занимают смолы и пластмассы. Смолы (полимерные органические стеклообразные массы) служат исходными продуктами для лаков, пластмасс и заливочных масс, замазок, клеев, плёнок и др. Они делятся на природные (канифоль, шеллак, битумы, копалы) и синтетические, получаемые в результате конденсации и полимеризации различных химия, соединений (фенольно-формальдегидные, глифталевые, поливиниловые, полиэфирные, полиамидные и др.). В электротехнике применяются полимеризационные термопластичные смолы: полиэтилен, политетрафторэтилен, полиизобутилен, полистирол, полихлорвинил, поливинилацетат, полиметилметакрилат, поливинилацетат и поливинилбутирал, поливинилформальэтилад, эфиры целлюлозы, полиэфиры, кремнийорганической смолы, каучуки и др. Пластические массы, изготовляемые на основе термопластичных и термореактивных смол, подразделяются на пресспорошковые, литые и слоистые. В качестве наполнителей применяется древесная или минеральная мука, асбест, слюда, хлопок, стекловолокно, стеклоткани, ткани, бумага, древесный шпон. Неорганические твёрдые диэлектрики более теплостойки, чем органические. Под керамикой электротехнической понимают все неорганические изоляционные материалы, получаемые в результате спекания ряда неорганических веществ. Электротехнические стёкла объединяют группу силикатных некристаллических веществ. В качестве изолирующих материалов употребляются также стекловолокно и стеклянные ткани. Из минералов широкое применение имеют слюда и асбест. Слюда является одним из наиболее высококачественных диэлектриков, применяемых в электрических машинах и конденсаторах. Кремнийорганические материалы: Кремнийорганические материалы (жидкости, смолы, лаки, эмали, пластмассы, резины, стекло лако-ткани, стеклослюдяные изделия, компаунды) отличаются высокой теплостойкостью. Длительная рабочая температура их 180°—200°. Дальнейшие разработки ведутся в направлении синтеза новых, более теплостойких, механическипрочных, влагостойких полимеров, стойких в отношении действия радиоактивных излучений. 1.1 Изолирующие жидкости: Наиболее широкое распространение в электротехнических устройствах получили нефтяные (минеральные) электроизоляционные масла и синтетические жидкости. Они выполняют функцию изолирующей, охлаждающей и дугогасящей среды и применяются как в чистом виде, так и в сочетании с волокнистыми и твёрдыми материалами, например, бумажно-масляная или маслобарьерная изоляция. Поэтому при выборе изолирующей жидкости необходимо соблюдать следующие требования: совместимость с применяемыми материалами; высокая электрическая прочность; высокое удельное сопротивление; малые диэлектрические потери; стабильность свойств в условиях длительной эксплуатации; пожарная и экологическая безопасность. Не все жидкие диэлектрики удовлетворяют этим требованиям, поэтому в каждом конкретном случае предпочтение отдаётся тем свойствам, которые обеспечивают необходимую стабильность параметров, надёжность и долговечность изделия. Основные параметры жидких диэлектриков: 1) Плотность 2) Электрическая прочность 3) Удельное сопротивление 4) Диэлектрическая проницаемость 5) Диэлектрические потери 6) Температура застывания 7) Кислотное число 8) Температура вспышки паров 9) Допустимая температура Минеральные (нефтяные) масла. К этой группе относятся трансформаторное, конденсаторное и кабельное масла. Трансформаторное масло находит наибольшее применение в электротехнике. Его получают из нефти посредством её ступенчатой перегонки и последующей тщательной очисткой от химически нестойких примесей. Назначение трансформаторного масла двояко: во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции; во вторых, оно улучшает отвод тепла, выделяемого за счёт потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Ещё одна важная область применения трансформаторного масла – масляные выключатели высокого напряжения. В масляных выключателях жидкий диэлектрик не только изолирует токопроводящие части, но и выполняет роль среды, гасящей электрическую дугу, которая возникает между контактами срабатывающего выключателя. Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполняемых вводов, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов. Конденсаторное маслополучают из трансформаторного путём дополнительной обработки под вакуумом с целью удаления воздуха (газов). К параметрам конденсаторного масла предъявляются повышенные требования, так как в процессе эксплуатации невозможно производить замену или регенерацию масла, и диэлектрические свойства его должны сохраняться в течение всего срока службы. Пропитка изоляции конденсаторов маслом с высоким значением электрической прочности позволяет уменьшить толщину изоляции и увеличить коэффициент диэлектрической проницаемости изоляции, что сокращает массогабаритные показатели конденсаторов при тех же значениях ёмкости. Низкое значение тангенса угла диэлектрических потерь снижает потери, а следовательно, и нагрев изоляции и позволяет увеличить срок службы. В конденсаторном масле не допускается содержание газов, так как в газовых включениях при высокой напряжённости электрического поля интенсивно развиваются ионизационные процессы, что может привести к пробою изоляции. К кабельным маслам, как и к конденсаторному маслу, предъявляются высокие требования касательно стабильности и численного значения параметров, так как изоляция должна обеспечить длительный срок службы. Однако есть и специфические требования, зависящие от конструкции изоляции и величины напряжения. Так, для кабелей с бумажно-масляной изоляцией (БМИ) напряжением до 35 кВ масло должно обладать повышенной вязкостью, что исключает его стекание при прокладке кабеля на различных уровнях и образование «обедненных» участков изоляции, где возможны развитие разрядных процессов и пробой изоляции. Для увеличения вязкости в масло добавляют канифоль или другие загустители. В маслонаполненных кабелях напряжением 110 кВ и выше токоведущие жилы выполняют в виде толстых труб, свитых из круглых или сегментных проводов. Внутрь этих труб подается масло под давлением. Проникая сквозь зазоры между проводами, масло пропитывает бумажную изоляцию. В кабелях, проложенных в стальных трубах, оно омывает внешнюю поверхность изоляции (здесь применяют менее вязкие масла). В настоящее время во многих странах производство кабелей с БМИ прекращено. На смену им пришли кабели с твердой изоляцией на основе полиэтилена и других материалов. Твердая изоляция обладает более высокими электрическими свойствами, что позволяет уменьшить толщину изоляции (диаметр кабеля), увеличить строительную длину, токовые нагрузки и допустимую рабочую температуру и, главным образом, упростить процесс изготовления кабелей, их прокладку, разделку и эксплуатацию. Все масла в процессе эксплуатации находятся под воздействием внешних факторов. Это вызывает старение масла. Скорость старения масла возрастает: - при доступе воздуха, так как старение масла в значительной степени связано с его окислением кислородом воздуха, особенно интенсивно идёт старение при соприкосновении масла с озоном; - при повышении температуры (обычно наивысшей рабочей температурой масла считают 95º С); - при соприкосновении масла с некоторыми металлами (медь, железо, свинец) и другими веществами – катализаторами старения; - при воздействии света; - при воздействии электрического поля. Для восстановления свойств масла используют несколько способов: - пропускают под давлением сквозь фильтрованную бумагу в специальных установках; - воздействуют на масло центробежной силой в центрифуге; - обрабатывают адсорбентами; - распыление нагретого масла в камере, заполненной азотом. Синтетические жидкие диэлектрики Синтетические жидкие диэлектрики нашли широкое применение в последние 50 лет. Главное их достоинство, по сравнению с нефтяными растительными жидкостями, − более высокая термостойкость, негорючесть и стабильность параметров. К ним относятся хлорированные углеводороды, кремнийорганические и фторорганические жидкости. Хлорированные углеводороды получают из углеводородов путем замены в их молекулах некоторых (или всех) атомов водорода атомами хлора. Их достоинства − повышенное значение диэлектрической проницаемости, по сравнению с нефтяными маслами, и негорючесть. Поэтому они широко используются для пропитки силовых конденсаторов. Недостатки хлорированных углеводородов: повышенная токсичность, зависимость диэлектрической проницаемости и вязкости от температуры и др. В настоящее время в некоторых странах их применение запрещено законом. Кремнийорганические жидкости (силиконы (силоксаны))− это продукт синтеза кремнистых и углеводородных соединений. Все кремнийорганические жидкости обладают высокими электроизоляционными свойствами, мало зависящими от напряжения, температуры, влажности окружающей среды, стойки к радиационному излучению. 1.2 Электропроводность при постоянном напряжении: Электропроводность– явление, обусловленное наличием свободных и слабо связанных носителей заряда в диэлектрике. Эти заряды под действием постоянного приложенного напряжения приобретают направленное движение, вызывая тем самым электрический ток. Идеальный диэлектрик должен иметь бесконечно большое электрическое сопротивление и не должен пропускать электрический ток. Однако реальные диэлектрики обладают некоторой электропроводностью (током утечки), и их удельное сопротивление составляет величину, лежащую в пределах от 106 (практически 109) до 1017 Ом·м и выше. Поэтому, в диэлектрике при подведении к нему электрического поля наряду с поляризационными процессами, возникает также явление электропроводности. Поляризационные процессы смещения связанных зарядов в веществе до момента установления равновесного состояния протекают во времени, создавая токи смещения, в диэлектриках. Токи смещения упругосвязанных зарядов при электронной и ионной поляризациях столь кратковременны, что их обычно не удается зафиксировать прибором. Токи смещения различных видов замедленной поляризации, наблюдаемые у большого числа технических диэлектриков, называют абсорбционными токами. При постоянном напряжении абсорбционные токи, меняя свое направление, протекают только в моменты включения и выключения напряжения; при переменном напряжении они протекают в течение всего времени нахождения материала в электрическом поле. Наличие в технических диэлектриках небольшого числа свободных зарядов приводит к возникновению слабых по величине сквозных токов. Ток утечки в техническом диэлектрике представляет собой сумму сквозного тока и тока абсорбции. Проводимость диэлектрика при постоянном напряжении определяется по сквозному току, сопровождающемуся выделением и нейтрализацией зарядов на электродах. При переменном напряжении активная проводимость определяется не только сквозным током, но и активными составляющими абсорбционных токов. Истинной сопротивление изоляции, определяющее сквозной ток, моет быть вычислено по следующей формуле:  .Поскольку при определении абсорбционных токов даже замедленных видов поляризации возникают некоторые трудности, сопротивление диэлектрика рассчитывают обычно как частное от деления напряжения на ток, измеренный через одну минуту после включения напряжения и принимаемый за сквозной ток. 2. Контроль частичных разрядов (установки контроля частичных разрядов): Частичный разряд (ЧР) – это искровой разряд очень маленькой мощности, который образуется внутри изоляции, или на ее поверхности, в оборудовании среднего и высокого классов напряжения. С течением времени, периодически повторяющиеся частичные разряды, разрушает изоляцию, приводя в конечном итоге к ее пробою. Обычно разрушение изоляции под действием частичных разрядов происходит в течение многих месяцев, и даже лет. Таким образом, регистрация частичных разрядов, оценка их мощности и повторяемости, а также локализация места их возникновения, позволяет своевременно выявить развивающиеся повреждения изоляции и принять необходимые меры для их устранения. Частичным разрядом (ЧР) называют кратковременный разряд сверхмалой мощности, возникающий внутри или на поверхности изоляции высоковольтных кабелей. Также частичный разряд может возникать и на корпусах энергоустановок высокого или среднего классов напряжений. Одиночный ЧР не влечёт за собой особой опасности – это краткое событие, неспособное навредить кабелю. Но, возникая на регулярной основе, такие разряды приводят к разрушению изоляции, и как следствие, к короткому замыканию. В результате ЧР наблюдаются следующие явления: Появление импульсного тока; Электромагнитное излучение в окружающую среду; Световое излучение; Распад изоляции и появление трещин в ней. Чаще всего частичные разряды наблюдаются в местах неоднородности изоляции. Вкрапления шлаков и примесей, воздушные пустоты или капельки жидкости – всё это места повышенной опасности возникновения ЧР. А с учётом того, что подобные разряды провоцируют повреждения в кабельной линии, то чем хуже состояние линии, то тем чаще на участке возникают частичные разряды. Наибольший вред ЧР приносят магистральным кабельным линиям большой мощности. Помимо большей частоты возникновения частичных разрядов, и, как следствие, большей нагрузки на подключенные энергосистемы, повреждения на подобных объектах приводят к большим экономическим потерям. Методы обнаружения частичных разрядов Выделяют следующие методы обнаружения и измерения частичных разрядов: Оптические методы. Данные методы основаны на фиксации оптических проявлений ЧР. Различают 2 основных варианта данной методики. Первая основана на фиксации вспышек, характерных для частичных разрядов. Вторая отслеживает изменения оптического потока. Акустические методы. В основе этой группы методов лежит поиск и измерение характерных ультразвуковых колебаний, вызванных ЧР. Подобный звук имеет слишком высокую частоту, чтобы быть услышанным человеком. Но специальная аппаратура может не только уловить его, но также определить место его возникновения и силу разряда. Радиоволновые методы. Данная методика основана на выявлении радиопомех, вызванных ЧР. Таким образом, место наибольшей концентрации помех окажется местом возникновения ЧР. Электрические методы обнаружения частичных разрядов основываются на измерении импульсов тока в системе. В простейшем случае детектор подключается к цепи заземления. И как только к цепи появляются токи, отличные от фоновых, их регистрирует детектор. В каждом методе обнаружения ЧР используются разнообразные датчики, использующие принцип преобразования электромагнитных и акустических колебаний в определенном диапазоне частот: низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные. Низкочастотные датчики работают в диапазоне 20-700kHz. Наибольшее распространение получили модели, работающие на частотах до 500kHz. Такие датчики чаще используют акустические методы обнаружения разрядов и монтируются на стартерах энергомашин. Диапазон от 500kHz до 75-80MHz считается «высокочастотным». Здесь применяют датчики на основе трансформаторов высокой частоты (HFCT). Чаще всего они устанавливаются непосредственно на цепи заземления. Кроме того, в высокочастотном диапазоне работают и конденсаторные датчики. Такие устройства могут встраиваться непосредственно в токоведущую цепь. Последний диапазон, частоты которого лежат в пределах от 100-3000 MHz представлен различными радиоволновыми и оптическими детекторами. Такие устройства достаточно точны, но обладают относительно небольшим радиусом действия. Выбор типа и метода измерения чаще всего обусловлен параметрами электроустановки и решаемой задачей. Например, датчики ультравысоких частот хороши для обнаружения ЧР на небольших расстояниях. К тому же они очень компактны и могут размещаться внутри энергоустановок, таких как статор электродвигателя. УВЧ-датчики почти не подвержены влиянию помех. НЧ- и ВЧ-датчики отличаются большим радиусом действия, что делает их идеальными для наблюдения и проверки линий электропередач. А простота конструкции снижает цену, что делает их применение экономически обоснованным. Приборы для регистрации частичных разрядов Рассмотрим типы датчиков частичных разрядов на примере оборудования компании HVPD. Эта британская компания специализируется на производстве инструментов для обнаружения ЧР. Портфель её решений в основном состоит из устройств на базе электрических и акустических методов регистрации ЧР. Большинство решений компании представляют собой системы онлайн-мониторинга. Они просты в обращении и позволяют проводить замеры на различных видах энергоустановок, включая кабельные линии, трансформаторы, генераторы и другие элементы энергосетей. Ключевой особенностью онлайн-мониторинга является возможность проводить измерения без остановки работы электрооборудования или кабельных линий. Таким образом снижаются расходы и возможные потери от простоя объектов. Кроме того, онлайн-тестирование может происходить в постоянном режиме, что позволит предупредить возникновение внештатных ситуаций из-за повреждений от частичных разрядов. В оборудовании компании HVPD используются датчики различного типа, в том числе на основе высокочастотных трансформаторов и высоковольтных конденсаторов связи. Все эти устройства совместимы с приборами для локализации и измерения ЧР. Системы диагностики частичных разрядов Линейка продуктов компании HVPD хорошо сбалансирована. Каждое предложенное устройство имеет свою нишу для применения, а все вместе они могут удовлетворить потребности как ремонтных подразделений, так и эксплуатирующих компаний регионального и федерального уровня. Наиболее известным продуктом компании HVPD является переносная система мониторинга частичных разрядов Longshot. Это универсальный прибор, одинаково хорошо справляющийся с контролем частичных разрядов как в обесточенных, так и в активных установках. Система самодостаточна и включает встроенный компьютер для обработки и хранения результатов. Впечатляет и список проверяемых устройств. Longshot может работать с трансформаторами, электродвигателями, кабельными линиями и генераторами переменного тока. При этом система отличается солидным частотным диапазоном (до 200МГц), что даёт возможность взаимодействовать с различными типами датчиков. Заключение В данной расчетно-графической работе рассмотрел такие вопросы, как: 1.Изолирующие жидкости. Электропроводность при постоянном напряжении. Изучил какие бывают жидкостные изоляторы и изучили их технические свойства. 2.Контроль частичных разрядов (установки контроля частичных разрядов). Изучили что такое частичный разряд, а также какие есть методы обнаружения частичных разрядов, системы диагностики частичных разрядов. Закрепил теоретические знания и рассмотрел изоляцию силовых кабелей разных напряжений. Рассмотрел дефекты изоляции, а также выяснил, откуда они возникают. Список литературы С.М. Брагин «Электрический кабель, конструкции и основы технологии», Москва, 1955 Канискин В.А., Таджибаев А.И. «Эксплуатация силовых электрических кабелей», Санкт-Петербург,2001 https://transform.ru/sst/usege/ss/mp/razdel01/index.htm http://electricalschool.info/main/naladka/1180-svojjstva-i-ispytanija-jelektricheskojj.html |