Содержание к диссертации
Введение
Глава І Влияние эксплуатационных факторов на электрические характеристики изоляции трансформаторного оборудования (обзор литературных данных)
1.1. Влияние увлажнения трансформаторной изоляциина её электрические характеристики
1.2Влияние механических примесей на электрическую прочность трансформаторной изоляции 1.3.Влияние температуры на электрические.характеристики изоляции
1*4,Зависимость удельного сопротивления трансформаторного масла и твердой изоляции от напряженности электрического поля 40
1.5.Влияние скорости движения масла на. его. электгрические характеристики . 46"
1.6.Выводы. Постановка задачи 54
Глава 2.Влияние влагосодержания, концентрации механических примесей и температуры на электрическую прочность трансформаторного масла
2.1. Определение электрической прочности трансформаторного масла с различным влагосодержанием и концентрацией механических примесей в широком диапазоне температур 60
2.2.Исследование влияния температуры и влагосодержания на электрическую прочность эксплуатационного трансформаторного масла 61
2.3.Исследование влияния методики испытаний и однородности поля на характер зависимости прочности трансформаторного масла от температуры 74-
2.4.Исследование совместного влияния влаги и механических примесей на электрическую прочность масла в условиях разных температур 61
2.5.Исследование влияния покрытия и изолирования электродов на электрическую прочность трансформаторного масла при различных значениях темпера тур и переменном напряжении
2.6.Определение допустимых значений пробивного напряжения трансформаторного масла, определяемого в стандартном масло пробойнике
2.7. Выводы 116
Глава 3.Влияние скорости движения масла на электрическую прочность масла и маслобарьерной изоляции 121
3.1 Исследование влияния методики испытаний на электрическую прочность движущегося трансформа торного масла 122.
3.2.Исследование влияния скорости движения масла на его электрическую прочность /29
3.3.Исследование влияния скорости движения масла на электрическую прочность маслобарьерной изоляции
Глава 4.Исследования предпробивных процессов в транс формат торном масле /46
4-І- Результаты микроскопических наблюдений в не подвижном трансформаторном масле
4-2.Результаты микроскопических наблюдений в движущемся трансформаторном масле 154
4-3-Теоретические исследования поведения примесных частиц в неподвижном трансформаторном масле при постоянном напряжении
4.4. Выводы
Глава 5.Влияние температуры и влагосодержания. на электрическую прочность твердой и маслобарьерной изоляции 179
5.1. Зависимость электрической прочности маслобарьерной. изоляции от температуры и влагосодержания при воздействии переменного напряжения
5.2.Выбор допустимого влагосодержания изоляции силовых трансформаторов для ЛЭП переменного тока
5.3.Зависимость электрической прочности твердой изоляции от температуры и влагосодержания при воздействии постоянного напряжения
5.4.Зависимость электрической прочности маслобарьерной. изоляции от температуры и влагосодержания при воздействии постоянного напряжения /96
5.5. Выводы 200
Глава 6.Методика расчета электрической прочности маслобарьерной изоляции при воздействии постоянного напряжения с учетом эксплуатационных факторов, 202.
б.І.Выбор допустимого влагосодержания изоляции силовых, трансформаторов для ЛЭП постоянного тока
6.Я. Выводы 240
Заключение
Литература 2Ї5
- Влияние увлажнения трансформаторной изоляциина её электрические характеристики
- Определение электрической прочности трансформаторного масла с различным влагосодержанием и концентрацией механических примесей в широком диапазоне температур
- Исследование влияния методики испытаний на электрическую прочность движущегося трансформа торного масла
- Результаты микроскопических наблюдений в не подвижном трансформаторном масле
- Зависимость электрической прочности маслобарьерной. изоляции от температуры и влагосодержания при воздействии переменного напряжения
Влияние увлажнения трансформаторной изоляциина её электрические характеристики
Увлажнение изоляции является основной причиной ухудшения её диэлектрических свойств.
Возможными источниками влаги в работающих трансформаторах являются:
а) влага, остающаяся в конце процесса сушки, проводимого на заводе;
б) старение целлюлозы и масла;
в) проникновение влаги из окружающей среды.
Весовое содержание воды при заводских испытаниях трансформаторов на сверхвысокие напряжения составляет 0,3-0,5$ в твердой изоляции и 0,0005-0,0015$ в масле. В процессе монтажа происходит некоторое увлажнение изоляции, при этом содержание влаги в твердой изоляции может возрасти до 0,5-1,0$. Содержание воды в масле после окончания монтажа на месте установки может составлять от 0,0005 до 0,0020$.
Количество воды, выделяющейся в трансформаторе в результате старения новой изоляции, имеющей степень полимеризации 1200-1300 до состояния когда степень полимеризации становится равной 400, составляет по І II0J 0,5$ веса. Увлажнение твердой изоляции за счет окисления масла составляет 0,1-1,0$.
Степень увлажнения изоляции из-за проникновения влаги из окружающей среды зависит от вида защиты масла. Так в трансформаторах с силикагелевым осушителем влагосодержание твердой изоляции после десяти лет работы достигает 3-5$ Г 70 ] . По данным ГіТІ значение влагосодержания твердой изоляции 2,7$ считается предельно допустимым, такого значения влагосодержания изоляция достигает за 9-12 лет работы.
Для трансформаторов с пленочной и азотной защитой твердая изоляция увлажняется за тот же период времени примерно до 1,0$. В зависимости от размеров трансформатора, условий эксплуатации и конструкции расширителя рост влагосодержания твердой изоляции в эксплуатации колеблется в пределах от ОД до 0,3$ массы изоляции в год. По данным [_I7J влагосодержание твердой изоляции трансформаторов с защитой силикагелевым осушителем ежегодно возрастает на 0,2$.
Влагосодержание масла в трансформаторах, оборудованных пленочной и азотной защитой, после нескольких лет эксплуатации находится в пределах 0,0005-0,0010$ Гб7,7і . В соответствии с [ті] при влагосодержании масла более 0,0030$ следует производить сушку.
Вследствие изменения температурных режимов в условиях эксплуатации трансформаторов происходит перераспределение влаги между компонентами МБИ (маслом и целлюлозной изоляцией). Наиболее тяжелые условия для изоляции могут наступить при понижении температуры до значения, при котором концентрация влаги, имеющейся в масле, превысит концентрацию предельной растворимости при данной температуре. При этом происходит образование эмульгированной влаги в масле, резко снижающей электрическую прочность маслобарьерной изоляции. Динамика изменения влагосодержания масла и твердой изоляции в области положительных температур по данным Pro] показана на рис.1.1. На рис.1.2 Г34 показаны аналогичные зависимости, полученные в ВИТе;для изоляционных материалов отечественного производства.
По данным [75j при исходном влагосодержании в масле 0,0020$ равновесное содержание влаги в целлюлозе при 20С составляет 8$ и 1,5$ при 80С.
Определение электрической прочности трансформаторного масла с различным влагосодержанием и концентрацией механических примесей в широком диапазоне температур
В работающем трансформаторном оборудовании влагосодержание трансформаторного масла составляет от 0,0010 до 0,0030$, концентрация механических примесей составляет 0,0005$ и более. Основным видом примесей являются целлюлозные волокна. Их присутствие в масле обусловлено наличием твердой изоляции, изготовленной из целлюлозной массы.
Температура изоляции трансформаторов, как указывалось выше, изменяется в широких пределах.
В литературе имеются данные о влиянии температуры на электрическую прочность масла с разным влагосодержанием I 25,45,36 J . Имеются также данные о влиянии влагосодержания на электрическую прочность трансформаторного масла с разной степенью загрязнения механическими примесями 1701 . Эти данные относятся к маслам зарубежного производства, кроме того в настоящее время отсутствуют данные о совместном влиянии влаги и механических примесей на электрическую прочность трансформаторного масла в условиях разных температур.
Целью настоящих исследований явилось определение электричек кой прочности трансформаторного масла отечественного производства с различным влагосодержанием и разной степенью загрязнения механическими примесями в широком диапазоне температур.
Исследование влияния методики испытаний на электрическую прочность движущегося трансформа торного масла
Испытаниям подвергалось трансформаторное масло марки ТКп ГОСТ 982-80 с влагосодержанием 0,0020 %,содержащие 0,0020 % механических примесей при 90 составлялJr5 %.
Гидравлическая схема установки показана на рис.3.1 0на .... состояла, из напорного бака (БН). емкостью 5 т. Поскольку в процессе испытаний исследовалось также- влияние нагрева на баке была -предусмотрена для осуществления нагрева масла индукционная обмотка... Бак (БН) находился на высоте 5 м над уровнем маслопровода. В маслопровод вмонтированы испытательные электроды. Конструкция маслопровода показана на рис.3.2. Маслопровод изготовлен из оргстекла и имеет прямоугольное сечение 50x2,5 мм (2,5 мм - расстояние между электродами). Длина маслопровода из органического стекла выбрана равной 600 мм из условия получения ламинарного потока у электродов. Электроды вмонтированы заподлицо в плиты из органического стекла, образующие маслопровод. Диаметр испытательных электродов 25 мм.
Из напорного бака через вентиль Вт масло самотеком стекало в маслопровод и через вентиль Во в сливной бак (ЕС). По мере наполнения сливного бака масло насосом Н возвращалось в напорный бак. Скорость движения масла регулировалась при помощи вентиля Во. Скорость определялась путем измерения расхода масла за определенное время при помощи мерной емкости.
Результаты микроскопических наблюдений в не подвижном трансформаторном масле
Для исследований процессов, происходящих в неподвижном масле, использовалась кювета, изображенная на рис.4 3. Камера кюветы имела размеры 70x60x30 мм. Испытывался масляный промежуток 3 мм между двумя неизолированными шаровыми электродами диаметром 5 мм.
Исследования показали, что при переменном напряжении для масла с малой концентрацией примесей и при напряженности поля в исследуемом промежутке до 1,0 кВ/мм механические примеси (графитовые частицы и волокна) движутся в область максимальной напряженности поля. В результате на электродах образуется множество цепочек, состоящих из частиц. В дальнейшем растут только те цепочки, которые расположены близко к осевой линии электродов. Из этих цепочек выделяются две по одной у каждого электрода. Эти цепочки растут быстрее других, стыкуются, образуя мостик, перекрывающий промежуток (рис.4»4). Сразу же после образования мостика из графитовых частиц по нему происходит разряд,.. который сопровождается разлетом частиц, образующих мостик. Однако не все частицы вылетают из промежутка, некоторые из них . оседают непосредственно на электродах или присоединяются к одной из цепочек, либо возвращаются и идут на восстановление мостика, который тут же начинает формироваться вновь По вновь сформированному мостику снова происходит пробой межэлектродного промежутка. Такой периодический процесс может длиться часами.
При напряженности электрического поля выше 2,0 кВ/мм к описанным выше явлениям добавляется еще одно - электроконвекция самого масла. С ростом напряженности это перемешивание усиливается и при напряженности выше 3,0 кВ/мм мостики не образуются.
При напряженности поля, равной 4,0 кВ/мм, электроконвекция масла становится такой интенсивной, что концентрация механических примесей в испытуемом промежутке начинает убывать Пробой промежутка, происходящий при дальнейшем увеличении напряженности поля не сопровождается образованием мостиков.
Исследования, проводимые для масла с большой концентрацией волокон при переменном напряжении в диапазоне напряженностей 1,0-10 кВ/мм показали, что волокна, попадая в межэлектродный промежуток, притягиваются к электродам, выстраиваясь по силовым линиям электрического поля. Переплетаясь между собой они образуют жгутик, расположенный близко к осевой линии электродов и перекрывающий промежуток. На этот жгутик оседают и проникают внутрь него проводящие частицы графита, рис.4.5. Жгутик из волокон, являющийся основанием для мостика из проводящих частиц, сохраняет устойчивость при повышении напряженности поля до 10 кВ/мм. Таким образом, для трансформаторного масла с большой концентрацией волокон мостиковый механизм пробоя межэлектродного промежутка сохраняется до напряженности электрического поля 10 кВ/мм.
Зависимость электрической прочности маслобарьерной. изоляции от температуры и влагосодержания при воздействии переменного напряжения
Поскольку во внутренней изоляции трансформаторов недопустимо наличие разрядных процессов даже в малых объемах, конструкция изоляции выполняется таким образом, чтобы электрическое поле, в котором она находится являлось как можно более однородным. В связи с вышеуказанным, настоящие исследования проводились для слабо неоднородного поля. Изоляция имитировалась масляным промежутком между двумя неизолированными электродами, разделенным барьером из электрокар тона толщиной 0,5 мм.
Результаты исследований влияния покрытия электродов на электрическую прочность приведены в Главе 2. Исследования показали, что покрытие не оказывает влияние на характер изучаемых зависимостей. Напряженный объем, в котором находится изоляция трансформаторов, достигает высоких значений (10-10 см ). Для исследований были выбраны электроды диаметром 73 мм. При этом напряженный объем был на порядок выше, чем для случая испытаний чисто масляного промежутка в электродах диаметром 25 мм (Глава 2). Суммарная ширина масляного канала составила 3 мм (два канала по 1,5 мм). Испытания масляного промежутка в электродах диаметром 73 мм показали, что влияние температуры на прочность масла в промежутке между электродами диаметром 73 мм такое же, как для электродов диаметром 25 мм.
Размер масляного канала был выбран, исходя их технических возможностей испытательной установки (ограничения по величине вводимого в термобарокамеру напряжения). Проведенные исследования для чисто масляных промежутков размером 1,5; 3,0 и 5,0 мм показали, что размер канала практически не влияет на характер зависимости Unp f(t).
При исследованиях применялось масло марки Тип с влагосодержанием 0,00Ю,Т0,0020 и 0,0030 %. Влагосодержание электрокар тона составляло 1,0 %,
Исследования проводились с помощью устройства, показанного на рис.2Л1. Смена образцов электрокар тона осуществлялась путем перемотки картона с одного барабана на другой с помощью рукоятки, расположенной на крышке бака.
Устройство рис.2.II с испытуемой изоляцией помещалось в прозрачный бак, заполненный трансформаторным маслом. Испытательный бак помещался в термобарокамеру.
Испытания проводились в диапазоне температур от + 60 до -40 С по ступенчатой одноминутной методике. Число пробоев при каждой температуре -.25. При этом относительная погрешность определения математического ожидания ( Цср) составила 0,04-0,05, погрешность стандарта отклонения 0,20-0,25. Погрешность измерения выходного напряжения не превышала 0,015
Похожие диссертации на Влияние эксплуатационных факторов на электрическую прочность трансформаторной изоляции маслобарьерного типа
