POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Wysokich Napięć i Materiałów Elektrotechnicznych
Laboratorium Techniki Wysokich Napięć Ćwiczenie nr: 4 Temat: Badanie oleju transformatorowego. Próba skrócona.
Rok akademicki: 2012/2013 Wydział elektryczny Studia: dzienne inżynierskie Nr grupy: E4-2
Uwagi:

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 stosowane są oleje mineralne, rzadziej, w specjalnych warunkach oleje syntetyczne. Oleje mineralne o odpowiednio dobranym składzie węglowodorów mają bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne i chłodzące.

Do transformatorów w przeważającej większości stosuje się oleje transformatorowe, rzadziej syntetyczne. Oleje mineralne o odpowiednim składzie chemicznym mają bardzo dobre właściwości elektryczne i izolacyjne.

Jakość oleju określa się badając jego właściwości chemiczne, fizyczne i dielektryczne.

Rozróżnia się badania skrócone i pełne. W przeprowadzonym ćwiczeniu dokonywaliśmy badania skróconego, które obejmowało:

1). Ocena wyglądu.

2). Próbę na zawartość wody.

3). Pomiar wytrzymałości elektrycznej.

4). Pomiar lepkości.

5). Pomiar rezystywności.

6). Pomiar temperatury zapłonu.

1. Ocena wyglądu:

   Badaniu podlegał olej mineralny w próbówce cylindrycznej oraz próbówkach A, B, C. Po oględzinach oleju z próbówki cylindrycznej stwierdzono słomkowożółty kolor oraz brak zanieczyszczeń. Dokonano porównań z wzorcowymi barwami z próbnika w skali ASTM ISO 2049:1996, uznano za zgodny z wzorcem nr 2.5. Podczas oględzinach próbówek A,B,C zgodnie stwierdziliśmy, że próbówka B była najbardziej zanieczyszczona względem próbnika z wzorcowymi barwami następujące próbówki uzyskała nr 3.5 natomiast próbówka A i C kolejno 0.5 oraz 1.0

2. Badanie na zawartość wody wydzielonej:

   Probówkę nachyloną pod kątem 45º i napełnioną do 1/3 wysokości olejem mineralnym umieszczono nad palnikiem i podgrzewano. W wyniku podgrzewania oleju zaobserwowano lekkie, krótkotrwałe skwierczenie oraz jednokrotne bulgotanie, olej wyprysknął poza probówkę, co wykazuje na dużą zawartość wody w oleju.

3. Pomiar napięcia przebicia oleju:

   Tabela pamiarów:

Up1[kV]	Up2[kV]	Up3[kV]	Up4[kV]	Up5[kV]	Up6[kV]	Up[kV]	S[%]	V[kV]
47	49	45	46	45	45	44, 375	4,207	4, 207

Obliczanie napięcia przebicia:

$$U_{p} = \frac{1}{6}\sum_{i = 1}^{6}{U_{\text{pi}} =}\frac{1}{6}\left( 47 + 49 + 45 + 46 + 45 + 45 \right) = \frac{277}{6} = 46,166\ \left\lbrack \text{kV} \right\rbrack$$

U_p = 46, 17 < 50 kV

Obliczanie odchylenia standardowego:

$$S = \ \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{6}\left( U_{p} - U_{\text{pi}} \right)^{2}}{5}}$$

S ≈ 1, 602 [kV]

Obliczanie względnego odchylenia standardowego:

$$V = \frac{S}{U_{p}} \bullet 100\% = \frac{1,602}{44,166} \bullet 100\% \approx 3,62\% < 20\%$$

1. Pomiar rezystywności oleju:

   Pomiar rezystywności został wykonany przy pomocy układu pomiarowego podłączonego do komputera. Pomiary wykonywano co 10 sekund przez 5 minut. Na podstawie otrzymanych wyników wykreślono krzywą prezentującą zależność rezystywności badanego oleju w czasie. Badania wykonano przy napięciu stałym
   i temperaturze 323K (50ºC), w kondensatorze czaszowym, dwuelektrodowym, spełniającym wymogi normy PN-84/E-04409. Odległość między elektrodami wynosiła 2 mm, natomiast powierzchnia elektrody kondensatora czaszowego była równa 71 cm².

   Obliczanie średniej rezystancji oleju:

   

$$R = \ \frac{1}{30}\sum_{i = 1}^{30}{R_{i} \approx 3,53\ \lbrack G\Omega\rbrack}$$

Obliczanie rezystywności oleju:

$$\rho = R\frac{S}{d} = 3,53\frac{0,0071}{0,002} = 1,25315 \bullet 10^{10}\left\lbrack \text{Ωm} \right\rbrack = > 1 \bullet 10^{10}\left\lbrack \text{Ωm} \right\rbrack < \rho < 5 \bullet 10^{10}\left\lbrack \text{Ωm} \right\rbrack$$

1. Pomiar lepkości oleju:

   Pomiaru lepkości oleju dokonano za pomocą wiskozymetru Englera, którego stała wynosi t_w = 58 s.

$$\eta_{1} = \frac{t_{d}1}{t_{w}} = \frac{255,6}{58} = 4,40E$$

$$\eta_{2} = \frac{t_{d2}}{t_{w}} = \frac{151}{58} = 2,60E$$

$$\eta_{3} = \frac{t_{d3}}{t_{w}} = \frac{147}{58} = 2,53E$$

$$\eta = \ \frac{1}{3}\sum_{i = 1}^{3}\eta_{i} = \frac{1}{3}\left( 4,40 + 2,60 + 2,53 \right) = 3,17E$$

Wyznaczanie lepkości kinematycznej badanego oleju odbywa się poprzez odczyt
z charakterystyki:

$$\eta = 3,17E = 22\ \left\lbrack \text{cSt} \right\rbrack = 22\left\lbrack \frac{\text{mm}^{2}}{s} \right\rbrack < \ 30\left\lbrack \frac{\text{mm}^{2}}{s} \right\rbrack$$

6.Wnioski

W przeprowadzonym ćwiczeniu badaniom skróconym zostały poddany oleje mineralne z różnych próbek.

Po oględzinach próbki w próbówce cylindrycznej w przyrządzie badania wzrokowego stwierdzono zgodność z wzornikiem 2,5 w skali ASTM ISO 2049:1996 i nie zawierał on zanieczyszczeń, co oznacza że mógł być zdatny do użycia w transformatorach. Kolejnym oględzinom poddane zostały próbki oleju w próbówkach A,B,C. Olej z próbówki B charakteryzował się największym zanieczyszczeniem według wzorca stwierdzono zgodność z wzornikiem 3.5. Próbówki A oraz C również były zanieczyszczone kolejno stwiedzono zgodnosć z wzornikiem dla C -1.0 oraz A 0.5. Można wnioskować, że w tym oleju znajduję się woda co eliminuje go z możliwościu dalszego użytkowania.

Przy pierwszym podejsciu do badania próbek na zawartość wody w żadnej z trzech próbówek nie zachodziła reakcja co mogło świadczyć o braku zawartości wody w oleju. Po poinformowaniu prowadzącego o następującej sytuacji do próbówki A dolana została woda, po ponownym podgrzaniu próbówki olej zaczął skwierczeń, bulgotać oraz wypryskiwać na zewnątrz. Świadczy to o dużej zawartości wody w oleju co definitywnie eliminuje go z możliwośći ponownego użycia.

W badaniu napięcia przebicia średnie napięcie przebicia oleju wyniosło 46,7 kV, co wskazuje nam, że badany olej spełnia normę napięcia przebicia dla transformatora grupy II, będącego w eksploatacji, według normy PN-77/E-04408.

Rezystywność oleju na poziomie ρ = 1, 25315 • 10¹⁰ [Ωm], według normy
PN-84/E-04409 wskazuje na zgodność z normą dla transformatorów I grupy.

Średni pomiar lepkości oleju, wykonany za pomocą wiskozymetru Englera wykazał w skali Englera η = 3,17ºE, co przełożyło się na ok. 22 [mm²/s]. Według normy PN-81/C-04011 skaluje się on poniżej grupy I.

Badane oleje wskazywały mieszane wyniki, od niezdatności, aż do zgodności z normami grupy pierwszej.