Цель работы – знакомство с приемами определения физических и электрических параметров трансформаторного масла, а также методиками снятия разрядных характеристик и статистической обработки экспериментальных данных.

Общие сведения. Важными физическими параметрами трансформаторного масла являются вязкость и температура вспышки паров. Вязкость определяет процесс теплоотдачи обмоток в трансформаторах и дугогасящую способность включателей. Для измерения условной вязкости (ВУ) масла применяется вискозиметр Энглера. По ее значению может быть определена кинематическая вязкость ν (сСт) (ВУ, °Э, = 0,136 ν).

Схема вискозиметра Энглера показана на рис. 9. Латунный сосуд 1 помещен внутрь металлического сосуда 4 так, что между ними имеется пространство, заполняемое водой. Оба сосуда в центре имеют отверстия, сквозь которые пропущена платиновая трубочка 2 с диаметром внутреннего отверстия 2...3 мм.

Рис. 9. Вискозиметр Энглера

Это отверстие закрывается пробкой 3. Латунный сосуд заполняется испытуемой жидкостью по указательные штифты 5. Вязкостью масла, в градусах Энглера (°Э),называется отношение времени истечения 200 см³ масла при данной температуре к водному числу прибора. Водным числом прибора Энглера называется время истечения через калиброванное отверстие 200 см³ воды при температуре 20 °С.

В пожарном отношении степень опасности использования масла определяет температура вспышки. Для определения температуры вспышки паров трансформаторного масла применяется прибор, схема которого изображена на рис. 10.

Рис. 10. Прибор для определения температуры вспышки

паров трансформаторного масла

Прибор состоит из латунного стакана 2, помещенного внутрь электрического нагревателя 1. Стакан заполняется испытуемым маслом до отметки на его внутренней поверхности. При повороте мешалки ее нижние крылья перемешивают масло, а верхние – пары масла. При сдвиге заслонки 4 горелка 3 автоматически наклоняется к отверстию и ее пламя соприкасается с парами масла. Температурой вспышки называют наименьшую температуру, при которой вспыхивают пары масла. При этих условиях само масло не загорается. Оно загорается при большей температуре, называемой температурой воспламенения.

Электрическим параметром масла является его электрическая прочность . Электрическая прочность масла определяется как значение пробивного напряжения, отнесенное к межэлектродному расстоянию. Среднее значение электрической прочности

где N – число пробоев масла.

Разброс отдельных значений электрической прочности относительно среднего значения характеризуется среднеквадратичным отклонением σ:

.

Пусть все значения  находятся в интервале  – . Разобьем этот диапазон на m одинаковых интервалов  и для каждого интервала найдем число пробоев n_k. Вероятность того, что электрическая прочность для k-го интервала будет равна , определяется соотношением  Если отложить на графике по оси ординат р _k , а по оси абсцисс – , то можно построить гистограмму (рис. 11), а проводя через средние ее точки кривую, получить дифференциальную кривую вероятности (кривая р). Согласно теории вероятностей, разброс опытных точек указанной кривой (поскольку на него влияет большое число независимых случайных факторов) следует нормальному закону распределения вероятностей Гаусса. Если определить для каждого интервала К число пробоев М _k, то зависимость М ( ) выразит интегральную кривую вероятности (кривая б). При определении электрической прочности трансформаторного масла можно оценить степень его неоднородности по коэффициенту вариации:

Считается, что изоляция однородна, если .

Рис. 11. Гистограмма

Сильное влияние на  масла оказывает присутствие влаги, причем резкое снижение электрической прочности наблюдается уже при содержании влаги порядка 0,01...0,015% от веса. В таком состоянии масло уже непригодно для использования в качестве изоляционной среды в высоковольтной аппаратуре.

Оценку «качества» масла и определение электрической прочности производят на стандартном маслоиспытателе АИМ-90. Определяемая прочность с влажностью связана выражением, кВ/см,

где ω – влажность масла, % (т. е. количество воды в масле в процентах от веса масла).

Ниже приведены нормы ПТЭ электроустановок, которым должно удовлетворять трансформаторное масло для соответствующего номинального рабочего напряжения:

Важными электрическими параметрами, характеризующими потери энергии в жидкой изоляции, являются диэлектрическая проницаемость ε и тангенс угла диэлектрических потерь tg δ. Углом диэлектрических потерь называют угол, дополняющий угол φ (угол между током, протекающим через конденсатор в эквивалентной схеме замещения диэлектрика, и напряжением на нем) до 90°. Величина  называется коэффициентом потерь (здесь  – электрическая постоянная, равная Ф/м).

При определении диэлектрических потерь необходимо учитывать температурные зависимости ε и tg δ. Минеральное трансформаторное масло является нейтральным диэлектриком, поэтому зависимость ε (t°) выражена слабо, в то время как tg δ существенно растет с повышением температуры, что связано с увеличением тока проводимости вследствие интенсивного теплового движения заряженных частиц в масле. Согласно требованиям ГОСТ 982–68, значение tg δ нормируется в диапазоне температур 20...80°С. Значительно повысить электрическую прочность масляной изоляции можно, поместив в нее барьер из твердого диэлектрика. Особенно явно это сказывается в резконеоднородном поле (электроды «игла – плоскость»). На барьер, расположенный вблизи иглы, оседают заряженные частицы, движущиеся от этого электрода. Они распределяются на значительной площади поверхности барьера, выравнивая тем самым поле в остальной части промежутка и увеличивая . При оптимальном расположении барьера – ближе к игле, на расстоянии в 15...20% от длины всего межэлектронного промежутка – напряжение сквозного пробоя повышается в 2...2,5 раза.

В слабонеоднородном поле барьер повышает  масла (на 25...50%), препятствуя образованию «мостиков» из примесей.

Программа работы

1. Определить вязкость трансформаторного масла в градусах Энглера и кинематическую вязкость в сантистоксах (сСт).

2. Определить температуру вспышки паров масла.

3. Определить электрическую прочность и качество масла путем испытания на АИМ-90.

4. Снять температурные зависимости ε (t °С) и tg δ (t °С).

5. Снять разрядные характеристики:

а) для электродов «игла – плоскость»;

б) для электродов, с применением барьера из твердого диэлектрика.

6. На основе результатов испытаний по нормам ПТЭ дать заключение в каких электроустановках можно использовать испытанное трансформаторное масло.