Nr ćw. 5	Imię i nazwisko Królikowski Paweł	PWSZ Elektroenergetyka	Semestr III	Grupa 1b
Temat: Badanie oleju izolacyjnego		Przygotowanie	Wykonanie	Ostateczna ocena

1. Cel ćwiczenia

Olej przeznaczony do pracy w urządzeniach wysokonapięciowych musi odznaczać się właściwościami fizykochemicznymi odpowiednimi do roli którą spełnia. Celem ćwiczenia jest sprawdzenie właściwości oleju transformatorowego pobranego z transformatora będącego w eksploatacji lub oleju przygotowanego do zalania transformatora po remoncie.

2. Część teoretyczna

Oleje izolacyjne ze względu na ich przeznaczenie można podzielić na:

- transformatorowe,

- kondensatorowe.

- kablowe,

- łącznikowe

Funkcje- olejów trzech pierwszych grup sprowadzają się głównie do zapewnienia właściwości elektroizolacyjnych oraz odpowiednich warunków chłodzenia układu izolacyjnego. Natomiast zasadniczym zadaniem olejów łącznikowych jest gaszenie łuku elektrycznego.

Ze względu na pochodzenie surowca oleje można podzielić na: mineralne, syntetyczne, roślinne.

Do transformatorów w przeważającej większości są stosowane oleje mineralne, rzadziej, w specjalnych warunkach - oleje syntetyczne. Oleje mineralne o odpowiednio dobranym składzie węglowodorów mają bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne i chłodzące. Wada ich jest jednak palność i wybuchowość. Z kolei oleje syntetyczne typu chlorowane dwuetyle maja niekorzystną, zbyt dużą lepkość oraz uważane są za toksyczne, natomiast zaliczane są do niepalnych i niewybuchowych. Z racji niepalności i niewybuchowości używane bywają do transformatorów pracujących w warunkach zagrożonych wybuchem.

Jakość oleju ocenia się badając jego własności chemiczne, fizyczne i dielektryczne.

Rozróżnia się badania pełne obejmujące wszystkie próby wyszczególnione w tabeli 11.1. W tabeli tej ujęto też wymagane wartości liczbowe poszczególnych badanych wielkości, jakie po­winien posiadać olej nowy oraz olej znajdujący się w transformatorach eksploatowanych i po remoncie zaliczanych do l, II i III grupy, wymagania dotyczące oleju nowego są określone zgodnie z normą PN-72/C-9605S.

Natomiast wymagania dla olejów w transformatorach eksploatowanych oraz transformatorach po remoncie określono zgodnie z „Instrukcją Eksploatacji Transformatorów" wydana, w 1975r. przez Instytut Energetyki-Ośrodek Normalizacji.

Podział transformatorów na grupy przedstawia się następująco:

grupa I - transformatory o górnym napięciu 220 kV i wyższym oraz transformatory o mocy 100 MVA i większej.

grupa II - transformatory o mocy większej od 1, 6 MVA nie zaliczone do grupy I

grupa III - transformatory o mocy 1,6 MVA i mniejszej.

Badania skrócone oleju obejmują

a) oględziny,

b) próbę na zawartość wody,

c) pomiar wytrzymałości elektrycznej,

d) pomiar rezystywności.

Badania skrócone wykonuje się.

a) przy badaniach poawaryjnych transformatorów grupy I i II,

b) przy badaniach transformatorów grupy III,

c) przy badaniach oleju przeznaczonego do dopełnienia transformatora.

Celem badań skróconych jest wykrycie zanieczyszczeń oraz zawilgocenia.

Olej powinien spełniać odpowiednie wymagania ujęte w tabeli 11.1. Olej zawierający wodę wydzielona oraz zanieczyszczenia mechaniczne musi być poddany czyszczeniu i osuszeniu.

3. Skrócone badanie oleju obejmują:

3.a. Oględziny

Badanym olejem należy napełnić cienkościenną probówkę do 1/3 wysokości i oglądając olej pod światło nieuzbrojonym okiem ocenić jego wygląd. Nowy olej powinien być barwy słomkowo-żółtej, używany może być ciemniejszy. Olej nie powinien być mętny oraz nie powinien zawierać zanieczyszczeń dostrzegalnych gołym okiem.

Sposób wyznaczania zawartości stałych ciał obcych w oleju

W celu stwierdzenia obecności zawieszonych lub osadzonych na dnie cząstek obserwuje się warstwę oleju o grubości 10 cm w następujących warunkach:

- na tle białej powierzchni

- na tle czarnej matowej powierzchni

- w świetle przechodzącym słonecznym lub silnym sztucznym.

W przypadkach wątpliwych rozcieńcza się 100 ml badanego oleju w szklanej kolbie taką samą ilością benzyny wzorcowej, a następnie mieszaninę przesącza się przez sączek z bibuły i przemywa benzenem. Wizualnie stwierdzony brak osadu na sączku świadczy o nieobecności stałych ciał obcych w badanej próbce oleju.

Po oględzinach badanego oleju nie stwierdzono zawartości zanieczyszczeń, barwa oleju była ciemniejsza od barwy słomkowo-żółtej.

3.b. Badanie na zawartość wody wydzielonej

Probówkę napełniona olejem ogrzewać nad palnikiem, trzymając ją nachyloną, pod kątem 45 stopni, wylotem skierowanym od osoby wykonującej badanie. Dobrze słyszalne ostre trzaski świadczą o zawartości wody wydzielonej. Przy dużej zawartości olej może gwałtownie

Wypryskiwać z probówki, dlatego należy zwrócić uwagę na bezpieczeństwo osób wykonujących ćwiczenie.

3.c. Napięcie przebicia oleju

Według normy badania wytrzymałości elektrycznej olejów izolacyjnych przeprowadza się w układzie elektrod kulowych przy odstępie międzyelektrodowym równym 2,5 ± 0,05 mm. Elektrody są fragmentami kuł (czaszami) o średnicy 5O mm umieszczonymi w naczyniu porcelanowym. Przed badaniem iskiernik oraz naczynie powinno być umyte benzenem i wysuszone. Po napełnieniu naczynia olejem należy je odstawić na 10 min i dopiero przystąpić do pomiarów.

Pomiar napięcia przebicia oleju przeprowadza się w układzie wg rys. 5.4. Układ regulacyjny TR powinien zapewnić ciągłą regulację napięcia z prędkością 2 kV/s + 20% i mieć moc większą niż 75% mocy transformatora probierczego TP. Transformator TP pracuje w układzie symetrycznym i daje napięcie ok. 60 - 80 kV. Pomiar napięcia odbywa się za pomocą woltomierza F z dokładnością 5%. Wyłącznik samoczynny WZ wyłącza układ w czasie t < 0,01 s od chwili przebicia oleju. Prąd zwarcia na zaciskach wysokonapięciowych transformatora TP jest zawarty w granicach 20-50 mA dla napięć powyżej 15 kV. Współczynnik szczytu napięcia probierczego doprowadzonego do

badanej próbki OB powinien wynosić -J2±5%.

Schemat układu do pomiaru wytrzymałości oleju

Napięcie przebicia Up próbki oleju przyjmuje się jako średnią arytmetyczną z 6 pomiarów. Po każdym przebiciu olej należy zamieszać i odczekać 5 min. przed następnym pomiarem. Należy również obliczyć względne odchylenie standardowe v jako

w którym `s' oznacza średnie odchylenie standardowe równe

a `n' jest liczbą pomiarów.

Jeżeli względne odchylenie standardowe v przekracza 20%, należy powtórzyć pomiary. W przypadku kolejnego uzyskania wartości v > 20%, wynik badania oleju należy uznać za negatywny. Badania wytrzymałości oleju winny odbywać się przy temperaturze 15-^35°C i wilgotności względnej powietrza 45-^75%.

3.d. Pomiar rezystywności

Zgodnie z normą pomiary rezystywności oleju przeprowadza się w kondensatorach dwu, a najlepiej trój elektrodowych. Zaleca się wykonanie elektrod ze stali kwasoodpornej, a przekładek izolacyjnych - z kwarcu lub szkła borokrzemowego. Kondensator pomiarowy powinien być łatwo rozbieralny, dawać możliwości dokładnego umycia wszystkich elementów oraz zapewniać kontrolę temperatury elektrody wewnętrznej. Jest wymagany l lub 2 mm odstęp między elektrodami, a rezystancja przekładki izolacyjnej powinna być, co najmniej stokrotnie większa od rezystancji badanej cieczy.

Przed pomiarami kondensator powinien być rozłożony i dokładnie umyty. Używane rozpuszczalniki muszą usuwać resztki dielektryku z poprzednich pomiarów, nie maga zawierać rozkładających się składników i powinny należeć da grupy oznaczonej jako czyste do analizy. W celu usunięcia rozpuszczalników poszczególne części kondensatora należy umyć w wodzie destylowanej i wysuszyć. Jeżeli kondensator służy do powtarzających się pomiarów cieczy tego samego rodzaju, można go, począwszy od drugiego pomiaru, wymyć przez dwu- lub trzykrotne płukanie badaną cieczą.

Temperatura pomiaru rezystywności jest określona przez normy przedmiotowe i np. dla oleju transformatorowego wynosi 50 i 90°C. Pomiar należy wykonać w chwili, gdy temperatura elektrody wewnętrznej różni się od wymaganej nie więcej niż o 1°C.

Przed napełnieniem kondensator należy nagrzać w termostacie do temperatury o 5°C wyższej od temperatury pomiarowej. Następnie należy kondensator wypłukać nagrzanym do tej samej temperatury badanym olejem, po czym napełnić i umieścić w termostacie. Pomiar rezystancji powinien być wykonany w czasie 10-20 min po napełnieniu.

Do pomiarów mogą być stosowane dowolne metody, jeżeli zostaną spełnione wymagania dotyczące dokładności pomiaru zestawione w tablicy

Dopuszczalny uchyb graniczny pomiaru rezystancji oleju izolacyjnego

Jeżeli na wynik pomiaru rezystancji materiału mogą mieć wpływ zjawiska polaryzacji i elektryzacji (tak może być w przypadku oleju), należy stosować wyłącznie metodę techniczną pomiaru. Przepisy normalizacyjne zalecają w zależności od zakresu mierzonej rezystancji następujące metody pomiarowe:

• przy rezystancji poniżej 10¹³ Q metodę techniczną z użyciem galwanometru,

• przy rezystancji powyżej 10¹³ Q metodę techniczną z wykorzystaniem elektrometru.

Do pomiaru należy stosować źródło napięcia stałego o niestabilności nie większej niż 1% przy prądzie l mA. Prąd pojemnościowy wskutek pulsacji nie może przekraczać 5% prądu całkowitego. Natężenie pola w badanym dielektryku podczas pomiaru powinno wynosić 0,25 kV/mm, a odczyt należy wykonać po l min od chwili przyłożenia napięcia.

W każdej temperaturze należy wykonać 2 oznaczenia. Wyniki obu pomiarów nie mogą się różnić między sobą więcej niż 35% większej wartości. W przeciwnym przypadku należy wykonać dwa następne pomiary w dwóch kondensatorach pomiarowych. Za wynik pomiarów należy przyjąć średnią geometryczną otrzymanych wyników.

Wartość rezystywności p, w Qm, należy obliczyć ze wzoru:

p= 0,113 C_VR

w którym R - wartość zmierzonej rezystancji [Q], C_xp - pojemność kondensatora pomiarowego z powietrzem jako dielektrykiem [pF].

3.e. Wyznaczanie współczynnika strat dielektrycznych, tgδ przy 50°C, 50 Hz

Faza przygotowawcza

Na prawidłowo zamontowanym, w układzie pomiarowym wykonuje się nastawienie parametrów pomiarowych.

1. Ustala się częstotliwość pomiarową generatora zasilającego

50 Hz (sieć) lub 1000 Hz (generator)

2. Ustala się identyczną częstotliwość f₀ wskaźnika zera mostka

3. Ustala się wyjściową czułość wskaźnika równą 100 mV (minimum)

4. Ustala się selektywność 25 dB i stałą czasową l_ow

5. Ustawia się wartość rezystorów mostka

R₃=R₄= 20000Ω / 10000Ω / 100000Ω dla 50 Hz

2000Ω / 200Ω / 10000Ω dla 1000 Hz

6. Włącza się do sieci przyrządy: wskaźnik zera, generator, wzmacniacz mocy, miernik częstotliwości i wygrzewa się je przez okres 10-15 min.

7. Ustala się napięcie wyjściowe generatora i wzmacniacza mocy na poziomie kilku Voltów

8. Miernikiem częstotliwości mierzy się częstotliwość napięcia zasilającego i ewentualnie koryguje się częstotliwość generatora (np. 1000 Hz)

9. Ustawia się kondensatory równoważnie układu tgδ (kondensatory C₄) w pozycji zerowej.

10. zmniejsza się do zera wartość napięcia wyjściowego wzmacniacza mocy.

Faza pierwsza pomiaru

Realizuje się ją po prawidłowym przeprowadzeniu fazy przygotowawczej.

Do mostka przyłączone jest puste naczynie pomiarowe (bez badanego oleju elektroizolacyjnego)

1. Zwiększa się, do kilku Voltów, wartość napięcia zasilającego mostek.

2. Równoważy się mostek za pomocą kondensatorów C_N i C₃ stopniowo zwiększając wartość napięcia zasilającego (do 250 V) oraz zwiększając czułość wskaźnika zera (do ok. 100-30μV)

3. Odczytuje się wartość C_r1 kondensatora wzorcowego. Jest ona równa pojemności C₀ pustego naczynia pomiarowego.

4. Zmniejsza się do zera wartość napięcia zasilającego do minimum czułości wskaźnika zera.

Faza druga pomiaru

Realizuje się ją naczynia pomiarowego próbką badanego oleju elektroizolacyjnego

1. Zwiększa się napięcie zasilania mostka i równocześnie równoważy mostek za pomocą kondensatora C_N oraz zestawu kondensatorów C₄ w miarę równoważenia zwiększa się czułość wskaźnika zera.

2. Odczytuje się wartość C_r2 kondensatora wzorcowego oraz ΔC₄ układu pomiarowego tgδ.

3. Zmniejsza się do zera wartość napięcia zasilającego mostek oraz zmniejsza do minimum czułość wskaźnika zera mostka.

Uwaga: w tej fazie pomiaru nie wolno zmieniać wartości kondensatora C₃

Współczynnik strat dielektrycznych tgδ wylicza się ze wzoru

tgδ=ωRΔC₄=2πfRΔC₄=K_iΔC₄

w którym:

f [Hz] - częstotliwość napięcia pomiarowego

R [Ω] - rezystancja znamionowa mostka

ΔC₄ - przyrost pojemności kondensatora

Współczynnik k_i poniżej zakładanych praktycznie najczęściej stosowanych warunkach pomiaru ma następującą wartość (przy podawaniu wartości w pF)

Warunki pomiaru Wartość współczynnika K_i

50 Hz R=20000Ω K₅₀=6,28*10^-6

1000 Hz R=2000Ω K₁₀₀₀=12,8*10^-6

Stosowane w tych przypadkach wzory

tgδ₅₀=6,28*ΔC₄*10^-6

tgδ₁₀₀₀=12,8*ΔC₄*10^-6

Przy pomiarach pojemności wartość mierzonej pojemności jest równa wartości kondensatora wzorcowego C_N

Przy pomiarach wartości przenikalności elektrycznej względnej ε stosuje się wzór

W którym C_N1, C_N2 wyrażają wartość pojemności naczynia pomiarowego kolejno: bez oleju oraz z olejem elektroizolacyjnym.

3.f. Wyznaczanie temperatury zapłonu, °C

Pomiar metodą zamkniętego tygla Pensky'ego Mortena

Definicja:

Temperatura zapłonu: najniższa temperatura skorygowana do ciśnienia barometrycznego 161,3 kPa, w której przyłożenie płomienia testowego powoduje, że zapalają się opary badanej próbki.

Uwagi:

Próbka zapala się gdy pojawi się płomień i natomiast rozprzestrzenia się po powierzchni.

Czasami szczególnie w pobliżu rzeczywistej temperatury zapłonu, przybliżamy płomień testowy powodując niekiedy aureolę lub językowy płomień i zjawisko to należy powtarzać.

Zasada metody:

Próbkę podgrzewa się z niewielką stałą prędkością, ciągle mieszając w tyglu zamkniętym pokrywą. Niewielki płomień testowy jest przykładany do tygla przez otwór o regularnych odstępach czasu jednocześnie odbywa się mieszanie. Temperatura zapłonu jest najczęściej temperaturą przy której płomień powoduje, że zapalają się gazy nad badaną próbką.

Aparatura:

- termometr - częściowo zanurzony

- czujnik do oznaczenia temperatury zapłonu metodą zamkniętego tygla P-M

- tulejka do stosowania z kurkiem i niskim zakresem temperaturowym

3.g Oznaczenie całkowitej liczby kwasowej

Kolbę stożkową z rozproszoną próbką zdjąć z płyty grzejnej, odłączyć chłodnicę zwrotną i do kolby dodać 0,5 ml roztworu p-naftalobenzyny. Jeżeli roztwór przybierze barwę żółtopomarańczową, miareczkować go w temperaturze otoczenia dodając porcjami roztwór wodorotlenku potasowego i mieszając jednocześnie zawartość kolby. Miareczkowanie wykonać możliwie szybko aby uniknąć rozpuszczenia się w roztworze większych ilości dwutlenku węgla. Miareczkowanie zakończyć gdy roztwór zmieni barwę z pomarańczowej na zieloną lub zielonobrązową, utrzymującą się przez 15 s.

Równocześnie wykonać ślepą próbkę miareczkując 100 ml rozpuszczalnika do próbek z roztworu wodorotlenku potasowego, porcjami po 0,05 lub 0,1 ml wobec 0,5 ml roztworu p-naftalobenzyny. Miareczkowanie wykonać jak dla badanej próbki.

Obliczenia wyniku oznaczenia

Całkowitą liczbę kwasową (LKcałk) obliczyć wg KOH/g produktu wg wzoru

w którym:

V1- objętość alkoholowego roztworu wodorotlenku potasowego o c(KOH)=0,1 mol/l zużytego do zmiareczkowania próbki produktu w ml

V2- objętość alkoholowego roztworu wodorotlenku potasowego o c(KOH)=0,1 mol/l, zużytego do zmiareczkowania ślepej próby w ml

c- stężenie molowe KOH w alkoholowym roztworze wodorotlenku potasowego

56,1 - masa cząsteczkowa wodorotlenku potasowego

m- masa próbki pobranej do oznaczenia (próbniki analityczne) w g

3.h Pomiar zawartości wody metodą K. Fischera, ppm

Pomiaru dokonuje się przy pomocy miernika zawartości wody w oleju, wykorzystujących metodę kulometryczną Karola Fischera. Przyrządy takie jak:

KF875 optymalizowany do badań olejów izolacyjnych o ciężarze właściwym 0,875. Wymaga od operatora jedynie wstrzyknięcia 1ml próbki do naczynia pomiarowego i naciśnięcia
jednego przycisku. Ta prosta operacja „za jednym dotknięciem” czyni KF875 tak łatwym w użyciu, że nie wymaga żadnej wiedzy specjalistycznej lub szkolenia, aby móc efektywnie wykorzystywać przyrząd.

Wyniki są prezentowane na wyświetlaczu przyrządu oraz na wbudowanej drukarce w mikrogramach wody i miligramach na kilogram (części na milion, ppm).

KF-UNI pozwala na miareczkowanie próbek o ciężarze właściwym w zakresie od 0,60 do 1,40 oraz pozwala również na użycie różnych wielkości próbek. Drukarka może być nieaktywna, jeżeli nie jest wymagana, wyniki mogą być obliczane w ppm, mg/kg, % i mikrogramach. Dla większej elastyczności, wyniki mogą być obliczane w oparciu o wagę próbki lub w oparciu o objętość i ciężar właściwy próbki.

Kompensacja błędów
Niektóre zestawy Karola Fischera są wrażliwe na niedokładności z powodu zmian w rezystancji elektrolitu w naczyniu pomiarowym, co wymaga kalibracji używanych odczynników.

	KF-UNI	KF875
Metoda miareczkowania	Kulometryczna Karola Fischera
Kontrola elektrolizy	Opatentowany system „ACE”
Objętość próbki	0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10ml	1ml
Ciężar właściwy	0,60 do 1,40 co 0,01	0,875
Zakres wilgotności	1ppm - 100%	1ppm - 100ppm
Zakres pomiarowy	1g - 10mg wody
Maksymalna czułość	0,1g
Detekcja punktu końcowego	Polaryzacja a.c.
Maksymalna szybkość miareczkowania	2mg na minutę
Maksymalny prąd	400mA
Szybkość mieszania	Kontrolowana mikroprocesorowo
Dokładność	10-100g±3g, 100g-1mg ±5g, powyżej 1mg±0,5%
Tryby obliczeniowe	Waga/waga - programowane przez użytkownika, objętość/gęstość - programowane przez użytkownika	Objętość/gęstość - ustawione wartości
Format wyświetlania	g, ppm, %	ppm (mg/kg)
Format wydruku	g + ppm lub %	g + ppm (mg/kg)
Metoda gromadzenia	Metoda pojedyncza	Metoda wstępnie ustawiona
Kalendarz/zegar	Wydruk czasu i daty analizy

Kalisz, dnia................

PROTOKÓŁ Nr ...../04

badania oleju elektroizolacyjnego

Zleceniodawca

Miejsce zainstalowania urządzenia

Dane znamionowe urządzenia

Próbkę pobrano z dołu

Data pobrania próbki Pobrał

Zakres badania analiza pełna

Data wykonania badania

WYNIKI BADAŃ

lp.	Wymagania	Wyniki analizy	Wartości dopuszczalne
1	Wygląd zewnętrzny - przezroczystość w 5° C - barwa	Klarowny Pomarańczowy	klarowny
2	Napięcie przebicia, kV		≥40,0
3	Odchylenie standardowe,%		≤20,0
4	Rezystywność, mxΩl0^10		≥0,2
5	Współczynnik strat dielektrycznych, tgδ przy 50°C, 50 Hz		≤0,15
6	Temperatura zapłonu, °C		≥130
7	Liczba kwasowa, mg KOH/g		≤0,6
8	Odczyn wyciągu wodnego	-	obojętny
9	Zawartość wody metodą K. Fischera, ppm		≤40
10	Gęstość w 20°C, g/cm^3	-	-
11	Lepkość w 20°C, mm^2/s	-	-
12	Zawartość ciał obcych, %	brak	brak
13	Zawartość wody wydzielonej	brak	brak

Orzeczenie: Olej spełnia - nie spełnia wymagania wg MP 25/87 poz.200

Analizy wykonał Sprawdził

Formularz nr PS-7.03-19 Wydanie

9

Laboratorium Inżynierii Materiałów Elektrotechnicznych

Badanie oleju izolacyjnego

PWSZ Kalisz Królikowki Paweł

---