полный текст (PDF, ~204 КБ)

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
49
СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПРОБОЯ
ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
А.М.Беликов
В.А.Сергеев
Рассматривается способ продления ресурса трансформаторного масла, основанный на диагностике состояния масла
при его естественной циркуляции
Как хорошо известно [1, 2, 4], в среде жидких
диэлектриков различают три вида электрического пробоя:
а) искровой разряд;
б) образование (горение) электрической дуги;
в) коронный разряд.
Искровой разряд возникает при незначительных загрязнениях межэлектродного пространства носителями зарядов: механическими
примесями, водой, растворенными газами, а
также при местном загрязнении или нарушении
изоляции электродов. Разряд характеризуется
незначительными потерями энергии (не более
0,1-10 мВт/с), малой продолжительностью, но
при многократном повторении приводит к изменению диэлектрических свойств межэлектродного пространства и электрической эрозии
поверхностей.
В силовых трансформаторах с масляным
охлаждением обмоток пробой возникает при
межвитковых повреждениях изоляции. Каждый
следующий искровой разряд "подготавливает"
устойчивый канал для более серьезных межвитковых замыканий при большей разнице потенциалов (grad φ>0).
Электрическая дуга характеризуется значительными потерями энергии, выделением до
нескольких килоджоулей тепла в зоне пробоя,
приводящих к пиролитическому разложению
диэлектрика, осмолению и обугливанию электродов. При возникновении дуги в трансформаторном масле процесс сопровождается выделение водорода, метана, сернистого ангидрида
и других газов. Чем больше tg δ, тем больше
тепловыделение в диэлектрике при прочих
равных условиях. Длительность пробоя зависит
от количества свободной (эмульсионной) воды
и концентрации растворенных в воде газов.
Дегазация масла перед его заливкой в
трансформатор увеличивает, по данным /3/,
срок службы масел в 3-6 раз, а электрическую
стойкость к пробою в 2-4 раза. Электрическая
дуга при первичном пробое в трансформаторе
возникает между обмотками ВН и НН, либо ме-
жду рядами высоковольтной обмотки по поверхности обмотки. Устойчивая электрическая
дуга может привести к выходу трансформатора
из строя, срабатыванию средств защиты линий
и повреждению коммутационных аппаратов.
Коронный разряд в диэлектриках развивается по мере возрастания tg δ, т.е. наличия поляризуемых носителей заряда. Разряд характеризуется постоянством энергии пробоя. Концентрация носителей зарядов в диэлектрике обеспечивает минимальный устойчивый разряд для
данного межэлектродного зазора. Устойчивость
разряда зависит от скорости движения диэлектрика в межэлектродном пространстве.
Разряд возникает в местах местного повышения grad φ, в том числе и искровых разрядов,
сопровождается местным разогревом диэлектрика и выделением газов. По границе раздела
растворенных в масле газов возникают наполненные газом пузырьки воздуха, рост количества которых приводит к резкому возрастания
тока утечки.
Чаще всего коронный разряд сопровождает
межрядовые пробои обмоток трансформатора,
что приводит к искрению части обмотки,
уменьшению индуктивного сопротивления катушек, повышению плотности тока в обмотке,
росту tg δ и дополнительному разогреву теплоносителя (трансформаторного масла).
Каждый из перечисленных видов пробоя в
жидких диэлектриках сопровождается значительными потерями энергии, уровень которых
зависит от напряжения установки. Возникающие в обмотке дополнительные потери сопровождаются акустическими колебаниями, которые выражаются в виде "щелчков", "шипения" и
др. Таким образом, если применить в комплекте с чувствительным микрофоном, частотные
фильтры с регулируемой полосой пропускания,
то можно достаточно точно прогнозировать "поведение" трансформатора в наиболее уязвимых, с точки зрения надежности, режимах его
работы. Подобное устройство позволяет диагностировать пробой на уровне искрового разряда, не допуская коронного разряда.
На рис. 1 представлена структурная схема
предлагаемого устройства для анализа процессов искрового или электродугового пробоя
трансформаторного масла. Данное устройство
Электротехнические комплексы и системы управления
№1/2006
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
50
представляет собой сигнализатор развития
процессов электрического пробоя. Он состоит
из первичного преобразователя (микрофона) в
комплекте с частотным преобразователем, отрегулированным в частотном диапазоне от 30
до 600 Гц по эталонному образцу. В качестве
исполнительного механизма может быть пред-
Микрофон
Частотный
анализатор
ложен струйный эжекторный насос, встраиваемый непосредственно в систему охлаждения
трансформатора.
Для трансформаторов с развитым оребрением
такой насос может быть встроен непосредственно в одну из труб на наружной поверхности
бака.
Усилитель
Исполнительный механизм
(струйный эжектор)
Усилитель
Сигнализатор
(световой, звуковой
и т.п.)
Рис. 1. Структурная схема устройства прогнозирования электрического пробоя
Применение струйных насосов не требует
значительного изменения конструкции трансформатора, но позволяет усилить циркуляцию
масла по сравнению с простой конвекцией – в
десятки раз.
Таким образом, процесс пробоя связан на
начальной стадии с появлением частицинициаторов пробоя. Затем эти частицы создают вокруг себя зоны развития повреждений
электродов, абсорбируют полярные частицы,
обладающие хорошей поверхностной проводимостью, уменьшают выделение растворенных
газов, а также разрушают пробойные мостики,
созданные стоксовскими силами
На Рис. 2 представлена функциональная
схема устройства для предотвращения электрического пробоя.
4
1
Тр-р
Литература
3
2
Рис. 2. Функциональная схема
очистки масла при предотвращении
пробоя
1 – силовой трансформатор;
2 – струйный эжектор (насос);
3 – шестеренный насос
с электроприводом;
4 – электростатический фильтр
electrotech@v-itc.ru
Расход масла через сопло эжектора составляет 15-30 % суммарного расхода через трубу.
Бóльшие значения будут относиться к трансформаторам мéньшей мощности. Расчеты показывают, что расход составляет от 12 до
50
л/мин, т.е. полный расход масла через трубу
должен составлять от 50 до 150 л/мин, что
практически недостижимо за счет естественной
конвекции масла. Поэтому предлагается установить дополнительный насос с электроприводом или приводом от гидромотора в комплекте
с электростатическим фильтром, что позволит
не только увеличить скорость движения масла
по трубам, но и обеспечить его дополнительную фильтрацию и очистку от загрязнений.
Удобнее использовать дополнительную фильтрацию напорной (всасывающей) магистрали.
Таким образом, условия охлаждения обмоток
трансформатора становятся более комфортными, позволяющими продлить срок службы и
трансформатора и трансформаторного масла.
1. Башта Т.М. Основы гидравлики. - Киев,
"Наукова думка", 1965, 596 с.
2. Никитин А.Г., Никитин Г.А., Данилов В.М.
Экономия нефтепродуктов, используемых в
технологических целях. - М: Машиностроение,
1988, 144 с.
3. Зубенко П.А., Беликов А.М. Об использовании электростатических очистителей жидких
негорючих сред/В сб. трудов КИИГА № 365,
1986, с. 23-25.
4. Никитин Г.А., Беликов А.М. О способе регенерации трансформаторных масел/В сб. трудов КИИГА № 412, 1988, с. 26-30.
www.v-itc.ru/electrotech