POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI I STEROWANIA UKŁADÓW
LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 7: Badanie wybranych właściwości oleju.
Wykonano: 19.03.2014r.
Oddano: 02.04.2014r.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości fizycznych oleju transformatorowego, oraz metod ich pomiaru.

Zakres ćwiczenia:

Zakres ćwiczenia obejmuje badanie wytrzymałości elektrycznej, temperatury zapłonu i lepkości względnej oleju - metodami pomiarowymi zalecanymi przez normy przedmiotowe, oraz wpływu kształtu elektrod i odległości między elektrodami na wytrzymałość oleju.

2. Schemat układu probierczego.

Na rys. 1 przedstawiono schemat części wysokonapięciowej układu probierczego,

służącego do badania wytrzymałości dielektrycznej oleju.

Rys. 1. Schemat elektryczny układu do badania wytrzymałości dielektrycznej oleju, gdzie:

W – wyłącznik, LK_z, LK_c – lampki kontrolne, AT – autotransformator, TP – transformator probierczy, NP – naczynie probiercze z badanym olejem.

3. Warunki otoczenia.

Parametry opisujące własności fizyczne otoczenia (powietrza) podczas wykonywania

ćwiczenia podano w Tabeli 1.

Tabela 1

temperatura ϑ [C°]	ciśnienie p [hPa]	wilgotność względna w [%]	gęstość względna $$\delta = \frac{0,289p}{273 + \vartheta}$$
22	1000	60	0,979

4. Charakterystyka obiektów badań.

Do badania wytrzymałości elektrycznej oleju wykorzystano:

- aparat ABO przystosowany do instalowania elektrod o różnych kształtach i wymiarach oraz o regulowanych odstępach izolacyjnych,

- elektrody o różnym kształcie i wielkości,

- czysty olej.

Szkic naczynia i układu elektrod do badania wytrzymałości elektrycznej oleju przedstawiono poniżej na rys. 2.

Rys. 2. Szkic naczynia i układu elektrod do badania wytrzymałości elektrycznej oleju.

1.Doprowadzenie napięcia; 2. Naczynie; 3. Elektrody.

5. Wyniki pomiarów i obliczeń.

W ćwiczeniu „badanie wybranych właściwości oleju’ mierzono wytrzymałość elektryczną oleju. W tabeli 2 zestawiono wyniki pomiarów uzyskanych w ramach tego ćwiczenia. Dodatkowo w tabeli tej zestawiono wyniki obliczeń wytrzymałości elektrycznej oleju. Sposób wyznaczania ww. wielkości oraz przykładowe obliczenia podano w punkcie 6.

Wyniki pomiarów i wymaganych obliczeń:

Tabela 2.

Lp.	Szkic elektrod	a	Upi	Upiśr	Up	Ep	Rodzaj elektrod
-		mm	kV	kV/mm	Czasza-Czasza
1	-	1,0	14,0	15,0	24,1	24,1	-
2	-		16,0				-
3	-	2,0	18,0	18,5		12,05	-
4	-		19,0				-
5	-	3,0	29,0	29,0		8,03	-
6	-		29,0				-
7	-	5,0	34,0	34,0		4,82	-
8	-		34,0				-
Lp.		-	-	-	-	-	Stożek-Stożek
1	-	1,0	12,0	12,5	21,37	12,5	-
2	-		13,0				-
3	-	2,0	19,0	17,5		10,7	-
4	-		16,0				-
5	-	3,0	22,0	24,5		7,12	-
6	-		27,0				-
7	-	5,0	30,0	31,0		4,27	-
8	-		32,0				-
Lp.		-	-		-	-	Walec-Walec
1	-	1,0	5,0	6,0	21,12	21,12	-
2	-		7,0				-
3	-	2,0	22,0	21,0		10,56	-
4	-		20,0				-
5	-	3,0	25,0	24,0		7,04	-
6	-		23,0				-
7	-	5,0	33,0	33,5		4,22	-
8	-		34,0				-
Lp.		-	-		-	-	Kula-Kula
1	-	1,0	6,0	7,0	25,12	7,0	-
2	-		8,0				-
3	-	2,0	21,0	20,0		12,56	-
4	-		19,0				-
5	-	3,0	32,0	31,0		8,37	-
6	-		30,0				-
7	-	5,0	40,0	42,5		5,02	-
8	-		45,0				-

6. Obliczenia.

Na podstawie zmierzonych po stronie dolnego napięcia transformatora

probierczego napięć Upi, gdzie i jest wskaźnikiem kolejnego pomiaru, wyznaczono dla poszczególnych elektrod średnią wartość napięcia przebicia, przy którym na obiekcie badanym występował przeskok. Wyznaczono również dla wymienionych w Tabeli 2 szerokości elektrod średnie wartości napięć przebicia. Wartości te zostały wyznaczone następująco:

$$\mathbf{U}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\sum_{\mathbf{i = 1}}^{\mathbf{n}}\mathbf{U}_{\mathbf{\text{pi}}}}{\mathbf{n}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{14 + 16 + 18 + 19 + 29 + 29 + 34 + 34\ \ }}{\mathbf{8}}\mathbf{= 24,1\ kV}$$

$$\mathbf{U}_{\mathbf{pisr}}\mathbf{=}\frac{\sum_{\mathbf{i = 1}}^{\mathbf{2}}\mathbf{U}_{\mathbf{\text{pi}}}}{\mathbf{2}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{14 + 16}}{\mathbf{2}}\mathbf{= 15\ kV}$$

Na podstawie wyliczonej średniej wartości napięcia przebicia U_p dla odpowiednich szerokości i kształtów elektrod wyznaczono wytrzymałość elektryczną badanego oleju:

$$\mathbf{E}_{\mathbf{p}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{U}_{\mathbf{p}}}{\mathbf{a}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{24,1}}{\mathbf{1}}\mathbf{= 24,1\ }\frac{\mathbf{\text{kV}}}{\mathbf{\text{mm}}}$$

Dla reszty wyników pomiarów obliczenia są analogiczne i zostały zawarte w tabeli 1.

7. Wykresy.

Wyniki obliczeń zamieszczone w tabeli 2 przedstawiono w formie graficznej w postaci wykresów:

Wyk. 1. Wykres zależności napięcia przebicia U_pi od odstępu między elektrodami a. U = f(a)

Wyk. 2. Wykres zależności wytrzymałości elektrycznej E_p od odstępu między elektrodami. E = f(a)

8. Wnioski

Według polskiej normy PN-EN IEC 60296:2007 dla świeżych mineralnych olejów izolacyjnych do transformatorów i aparatury łączeniowej określa się, ze napięcie przebicia Up wyznaczane metodą określoną w normie PN-EN 60156 powinno mieć poniżej przedstawione wartości graniczne:

min. 30 kV dla oleju transformatorowego,

min. 70 kV dla niskotemperaturowego oleju dla aparatury łączeniowej, oraz

wytrzymałość elektryczną świeżego mineralnego oleju przy napięciu przemiennym nieprzekraczającą wartość do 30 kV/mm (natężenie przebicia Ep).

Należy również napomnieć, iż cała procedura miała się daleko, co do

wytyczonych norm (np. brak klimatyzacji materiałów, zanieczyszczony olej

transformatorowy, zużyte elektrody itp.)

Zgodnie z przewidywaniami zwiększanie odstępu pomiędzy elektrodami wpływa korzystnie na wytrzymałość dielektryczną oleju (im większe odległości elektrod tym napięcie przebicia oleju osiąga wyższe wartości).

Metoda wykorzystana w czasie pomiarów niewątpliwie daje wyniki mniej precyzyjne niż metoda wymagana przez normę. Szczególne znaczenie odgrywa tu przede wszystkim zachowanie odstępów pięciominutowych pomiędzy kolejnymi pomiarami. Stosowana przez nas przerwa półminutowa nie gwarantowała powrotu oleju do wymaganego stanu początkowego (utworzenie poprzedniej struktury cząsteczkowej, powrót do początkowej temperatury) i w związku z tym w niektórych seriach pomiarowych napięcie przebicia przyjmowało wartości znacznie odbiegające od pozostałych wartości w tej serii.

Na podstawie obliczeń natężeń Ep (Tabela 2.) widzimy, iż czysty technicznie olej (za taki można uznać badany olej) wytrzymuje większe natężenie pola elektrycznego przy mniejszych odstępach elektrod. (Zjawisko objętościowe – większa objętość oleju – mniejsze natężenie przebicia).