Завдання

1. Підготувати пробу масла відповідно до п. 2.

2. Визначити пробивну напругу масла відповідно до пп. 3.1 – 3.7.

3. Виконати розрахунки для отриманих результатів за допомогою формул з п. 3.8.

4. Зробити висновки щодо якості масла з урахуванням того, що його треба використовувати в обладнанні класу 330 кВ (нормоване значення пробивної напруги в цьому випадку становить 45 кВ).

Контрольні запитання

1. Наявність яких домішок впливає на пробивну напругу трансформаторного масла?

2. Як на пробивну напругу трансформаторного масла впливає волога?

3. На які характеристики апаратури слід звертати увагу, застосовуючи її для визначення пробивної напруги трансформаторного масла?

4. Скільки пробоїв проби масла треба виконати для визначення його пробивної напруги?

5. Як розрахувати пробивну напругу трансформаторного масла та встановити за цим показником придатність такого масла до використання?

Лабораторна робота 3 визначення тангенса кута діелектричних втрат трансформаторного масла для різних температур

Мета роботи: ознайомлення з методикою вимірювання tgδ як одного з показників якості трансформаторного масла; експериментальне визначення температурної залежності tgδ.

Теоретичні відомості

Дрейф зарядів у напрямку електричного поля визначає таку характеристику ізоляційних матеріалів, як електропровідність, а локальні переміщення зарядів та повороти диполів – поляризацію. Частина енергії поля, яка розсіюється при цьому, називається діелектричними втратами. Останні макси-мально проявляються тоді, коли виконується умова

1/ω = τ,

де ω – кутова частота, Гц; τ – час релаксації (час, за який упорядкованість зарядів або диполів зменшується до 1/е початкового значення), с. Якщо значення 1/ω набагато менше чи набагато більше за τ, то зазначені втрати мінімальні.

Діелектричні втрати в трансформаторних маслах для частоти зміни електричного поля 50 Гц (період коливань – 1/50 с) визначаються практично тільки провідністю, оскільки час релаксації для цих ізоляційних рідин становить приблизно 10^11...10^12 с, і дипольних втрат не має бути.

Наявність діелектричних втрат у трансформаторному маслі за частоти

50 Гц зазвичай пояснюють іонною електропровідністю самого масла та електрофоретичною електропровідністю його домішок. Коли говорять «саме масло», ідеться про сукупність вуглеводнів (парафінових, нафтенових, ароматичних).

Діелектричні втрати, пов’язані з електропровідністю вуглеводнів, для температур від 20 до 125 С характеризуються досить низьким значенням tgδ. Основним джерелом втрат трансформаторного масла є нейтральні та кислі асфальтово-смолисті речовини, мила, деякі продукти старіння та вода.

Смолисті речовини нейтрального чи кислого характеру можуть залишатись у маслах через не досить ретельне очищення чи утворюватись у результаті старіння масла внаслідок реакцій окислювальної конденсації та полімеризації, а також у результаті окислення наявних смол. Як ті, так і інші смолисті продукти погано розчиняються в маслі, утворюють колоїди та спричинюють виникнення електрофоретичної провідності. Наприклад, наявність 0,5 % смол підвищує tgδ масла у 20 разів.

Мила (солі, утворені в результаті реакції між металами та органічними кислотами) не дисоціюють на іони у вуглеводневому розчині. Водночас розчинення в маслі більшості нафтенатів – солей нафтенових кислот (за їх суттєвої концентрації) зумовлює катастрофічне зростання діелектричних втрат.

Здатність мил підвищувати tgδ масла залежно від природи металу можна нейтралізувати таким (за зниженням впливу) рядом: Co, Fe, Na, Pb, Ba, Zn, Cu. Із цього ряду в робочому електрообладнанні майже завжди є Fe і Cu.

Залежно від умов мило в маслі може перебувати в стані істинного розчину чи колоїду (саме в такому стані воно впливає на значення tgδ масла). Так, після нагрівання масел з милами до 100 С спостерігається як різке підвищення, так і різке зниження tgδ. Зазвичай якщо після такого зниження охолоджувати масло, то tgδ і далі зменшуватиметься, а у випадку повторного підвищення температури масла після його охолодження попередня крива залежності tgδ від температури не відтворюватиметься. Отже, колоїдний стан мил після такої температурної обробки або не відновлюється, або для цього потрібно створити певні умови.

Вода може бути в маслі як у розчиненому, так і в емульсійному стані. Діелектричні втрати, обумовлені наявністю води, визначаються не загальним її вмістом, а станом. Вода, яка є в маслі у стані істинного розчину, не впливає на втрати в маслі, а та, яка перебуває в нерозчиненому вигляді (емульсії з частинок малого розміру), зумовлює різке зростання цих втрат. Межа переходу води з першого стану в другий залежить від властивостей масла, обумовлених складом його вуглеводневих і невуглеводневих компонентів. Інакше, одна й та сама кількість води в маслах різного складу (різної марки) може бути як розчиненою (в одних маслах), так і емульсованою (в інших). Саме в другому випадку помітно зросте значення tgδ масла.

Таким чином, майже для всіх кисневмісних сполук (спиртів, кислот, фенолів, смол тощо), а також для води можна відмітити характерну особливість – їх помітний вплив на зростання tgδ масла в разі досягнення певної концентрації, а саме – границі розчинності, коли утворюється друга фаза у вигляді мікроемульсії або колоїду. При цьому частина цих утворень під час нагрівання може розпадатися, що, у свою чергу, призведе до зменшення значень tgδ масла.