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