Cel i zakres ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wytrzymałości elektrycznej materiałów dielektrycznych stałych i ciekłych (oleju transformatorowego, papieru kablowego suchego i nasyconego olejem transformatorowym, płytki fenolowo-formaldehydowej z mączką drzewną i płytki melaminowej z celulozą) oraz pomiar wytrzymałości materiałów na prądy pełznące.
II. Stosowane metody pomiarowe
Pomiar napięcia przebicia oleju transformatorowego.
Do wykonania pomiaru stosowane są elektrody kuliste umieszczone w odległości 2,5mm (rys.3) od siebie i zanurzone w oleju transformatorowym.
Aby pomiary były dokładne elektrody powinny być oczyszczone eterem naftowym lub czterochlorkiem węgla i dokładnie wysuszone.
Pomiaru dokonuje się napięciem przemiennym rosnącym automatycznie z
prędkością 2kV/s aż do wystąpienia przebicia. Następnie wyniki należy
porównać z wymaganiami normy PN-90/C-96058.
Sposób wykonania pomiarów:
Do wykonania pomiarów służy aparat o regulowanym automatycznie napięciu od 0 do 60 kV. Po załączeniu wyłącznika napięcie rośnie z wyżej podaną prędkością aż do momentu przebicia co powoduje automatyczne wyłączenie obwodu i jednoczesne zatrzymanie wskazówki woltomierza co pozwala na dokładny odczyt wartości napięcia przebicia. Należy wykonać sześć pomiarów i po każdym z nich przeczyścić elektrody. Między kolejnymi pomiarami należy odczekać pięć minut.
Pomiar wytrzymałości elektrycznej papieru kablowego
Do badania wytrzymałości elektrycznej papieru kablowego używa się mosiężnych elektrod walcowych. Jeden z biegunów wysokiego napięcia jest uziemiony. Układ pomiarowy zbudowany jest na transformatora wysokiego napięcia typu TP-60 o przekładni 220/30000 V.
Schemat układu przedstawia rys. 2. Badanie wykonano dla dwóch próbek papieru złożonych z pięciu arkuszy.
Grubość próbek:
-0,54 mm dla papieru suchego
-0,53 mm dla papieru nasyconego w oleju.
Szerokość i długość próbek w obu przypadkach wynosiła 100x100mm.
Sposób wykonania pomiarów:
Do badania służy układ probierczy do pomiaru wytrzymałości elektrycznej oleju transformatorowego , gdzie jedna z elektrod jest uziemiona.
Pierwszą czynnością jest załączenie wyłącznika W1 i sprowadzenie napięcia autotransformatora do 0.
Następnym etapem ćwiczenia jest załączenie wyłączników W2 i W3 i zwiększenie napięcia aż do momentu nastąpienia przebicia (tu wyłącza się automatycznie wyłącznik W3). Wartość napięcia przebicia należy odczytać ze wskazań woltomierza po stronie pierwotnej i pomnożyć przez odwrotność przekładni transformatora. Kolejne pomiary należy wykonać analogicznie.
Badanie odporności na prądy pełznące metodą kroplową.
Badanie odporności na prądy pełznące metodą kroplową wykonuje się
dla próbki dielektryka z żywicy fenolowo- formaldehydowej z mączką drzewną o grubości min. 3 mm i średnicy 100mm.
Próbka została umieszczona pomiędzy dwoma elektrodami wykonanymi z platyny ustawionymi w odległości 4 mm od siebie.
Do zwilżania próbki używa się 0,1 % roztwór chlorku amonu w wodzie destylowanej. Krople roztworu opadają pomiędzy elektrody w odstępach 30 sekundowych.
Pomiar wykonuje się przy pięciu różnych wartościach napięcia począwszy od 500 V w dół , określając liczbę kropel dla każdego z napięcia do momentu zwarcia elektrod.aa
Analogicznie wykonuje się pomiary dla płytki z melaminy z dodatkiem celulozy.
• Sposób określania wytrzymałości elektrycznej poszczególnych próbek:
-wytrzymałość elektryczną oleju transformatorowego wyznacza się jako średnią arytmetyczną wyników otrzymanych przy sześciu pomiarach, wraz ze względnym odchyleniem standardowym V (w %), korzystając ze wzorów:
gdzie:
Up-napięcie przebicia określające wytrzymałość
V-względne odchylenie standardowe
Upi-wartości napięć przebicia otrzymane w kolejnych pomiarach
n-liczba pomiarów
S-średnie odchylenie standardowe
-wytrzymałość elektryczną papieru kablowego określa się wykonując pięć przebić na próbce złożonej z pięciu warstw papieru i obliczając średnią arytmetyczną poszczególnych wyników. Wytrzymałość tę wyliczamy ze wzoru:
-wytrzymałość elektryczną na prądy pełzne definiujemy jako średnią wartość napięcia, przy którym następuje zwarcie elektrod śladem pełznym po opadnięciu pomiędzy nie 50-tej kropli 0,1 % roztworu chlorku amonu w wodzie destylowanej. Wartość tę odczytuje się z wykresu.
2.Tabela pomiarów.
Lp. |
Napięcie przebicia Upi [kV] |
Średnie odchylenie standardowe S |
Średnie odchylenie standardowe S |
Napięcie przebicia Upi [kV]
|
1. |
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
4. |
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
6. |
|
|
|
|
|
Średnie odchylenie standardowe S |
Względne odchylenie standardowe V [ % ] |
Napięcie przebicia Up [kV ] +/- V |
62 |
10,9 |
0,2 |
56,8 +- 0,2 % |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
46 |
|
|
|
54 |
|
|
|
|
|
|
|
Kolejne pomiary dokonywane były co 5 min.
Rys.4 Elektrody do pomiaru wytrzymałości elektrycznej papieru kablowego
suchego i nasyconego olejem transformatorowym według
PN-86/E-04404.
IV. Spis użytych przyrządów:
-pulpit sterowniczy nr 019/ J-7/664-1/T/733
-elektrody do pomiaru napięcia przebicia papieru :
suchego J-7-IV a-2434
nasyconego J-7-V d-178
-układ elektrod z precyzyjnym dozownikiem kropli
-woltomierz J-7-IV a-349
-woltomierz 09450
-woltomierz 631109
-elektrody do pomiaru napięcia przebicia oleju trans. 899802
-transformator WN 238110
V. Tabele z wynikami pomiarów i wykresy.
Tabela z wynikami pomiarów wytrzymałości elektrycznej oleju transformatorowego (zgodnie z normą).
Lp. |
Napięcie przebicia Upi [kV] |
Względne odchylenie standardowe V[%] |
Średnie odchylenie standardowe S |
Napięcie przebicia Up [kV]
|
1. |
43 |
19,9 |
8,787
|
44,17±19,9 % |
2. |
35 |
|
|
|
3. |
58 |
|
|
|
4. |
49 |
|
|
|
5. |
35 |
|
|
|
6. |
45 |
|
|
|
Tabela z wynikami pomiarów wytrzymałości elektrycznej oleju transformatorowego (niezgodnie z normą)
Lp. |
Napięcie przebicia Upi [kV] |
Względne odchylenie standardowe V[%] |
Średnie odchylenie standardowe S |
Napięcie przebicia Up [kV]
|
1. |
39 |
3,6 |
1,378
|
38,5±3,6 % |
2. |
37 |
|
|
|
3. |
40 |
|
|
|
4. |
40 |
|
|
|
5. |
37 |
|
|
|
6. |
38 |
|
|
|
Tabela z wynikami pomiarów odporności próbki fenolowo-formaldehydowej na prądy pełzające.
Napięcie przyłożone [ V ] |
Ilość kropel przy których nastąpiło przebicie |
Średnia ilość kropel powodująca przebicie |
500 |
3 |
3 |
500 |
2 |
|
500 |
3 |
|
400 |
4 |
4 |
400 |
4 |
|
400 |
3 |
|
300 |
5 |
5 |
300 |
5 |
|
300 |
5 |
|
200 |
28 |
28 |
100 |
157 |
157 |
Tabela z wynikami pomiarów wytrzymałości próbki melaminowej na prądy pełzające.
Napięcie przyłożone [ V ] |
Ilość kropel przy których nastąpiło przebicie |
Średnia ilość kropel powodująca przebicie |
500 |
10 |
10 |
400 |
14 |
14 |
300 |
? |
? |
200 |
? |
? |
100 |
? |
? |
Tabela z wynikami pomiarów wytrzymałości elektrycznej papieru kablowego suchego i nasyconego olejem transformatorowym.
Napięcie przebicia dla papieru suchego Po stronie pierwotnej Upi [ V ] |
Napięcie przebicia dla papieru suchego Po stronie wtórnej Upi [ V ] |
Wytrzymałość elektryczna papieru suchego Eps [ kV/mm ] |
Krotność wzrostu Wytrzymałości elektrycznej Epn/ Eps |
32 |
4363 |
7,51 |
3,93 |
37 |
5045 |
|
|
34 |
4636 |
|
|
33 |
4500 |
|
|
33 |
4500 |
|
|
32 |
4363 |
|
|
31,5 |
4295 |
|
|
30 |
4090 |
|
|
34 |
4636 |
|
|
34 |
4636 |
|
|
Napięcie przebicia dla papieru nasączonego Po stronie pierwotnej Upi [ V ] |
Napięcie przebicia dla papieru nasączonego Po stronie wtórnej Upi [ V ]
|
Wytrzymałość elektryczna papieru nasączonego Epn[ kV/mm ] |
|
118 |
16090 |
29,55
|
|
120 |
16363 |
|
|
126 |
17181 |
|
|
130 |
17727 |
|
|
113 |
15409 |
|
|
126 |
17181 |
|
|
110 |
15000 |
|
|
113 |
15409 |
|
|
120 |
16363 |
|
|
116 |
15818 |
|
|
Napięcie po stronie wtórnej jest to napięcie po stronie pierwotnej pomnożone przez przekładnię transformatora czyli 30000/220.
Gdzie „wynik” to wartość Upi po stronie pierwotnej transformatora.
Charakterystyka n=f(U) dla próbki fenolowo-formaldehydowej
Wnioski.
Pomiar napięcia przebicia oleju transformatorowego:
Badany olej transformatorowy posiada wytrzymałość elektryczną spełniającą wymagania Polskiej Normy (PN-77/E-04408). Średnie napięcie przebicia wynosiło 44,17 kV przy względnym odchyleniu standardowym 19,9%, przy pomiarach zgodnych z normą co jest wynikiem mieszczącym się w zadanej tolerancji, gdyż według normy odchylenie to nie może przekraczać 20% ponieważ przy zbyt dużym rozrzucie nie można być pewnym wytrzymałości badanego oleju.Przy pomiarach niezgodnych z normą średnie napięcie przebicia wynosiło 38,5 kV, przy względnym odchyleniu standardowym równym 3,6 %.
Pomiar wytrzymałości elektrycznej papieru kablowego:
Wytrzymałość elektryczna papieru zależy od jego grubości oraz od stanu nasycenia w oleju. Pomiarów dokonano zarówno dla papieru suchego jak i nasyconego olejem. Wytrzymałość elektryczna papieru nasyconego jest prawie czterokrotnie większa niż papieru suchego. Dlatego wykonując izolację papierową kabli nasyca się ją olejem.
Odporność na prądy pełznące:
Prądy pełzające występują wskutek zanieczyszczenia powierzchni materiału występującego w środowisku o zwiększonej wilgotności i zawierającym substancje przewodzące prąd elektryczny.
W zależności od przyłożonego napięcia zmienia się ilość kropel, przy których następuje przebicie. Im większe napięcie tym przebicie następuje szybciej.
Z charakterystyki n=f(U) odczytujemy porównawczy wskaźnik odporności na prąd pełzający (CTI), który w tym przypadku wynosi ok. 180 V.
Jest to napięcie, przy którym pięćdziesiąta kropla powoduje zwarcie elektrod.
Przy kilkukrotnym wykonywaniu pomiaru przy tym samym napięciu w różnych punktach próbki zauważyć można rozbieżność w liczbach kropel powodujących zwarcie. Jest to dowodem niejednorodności badanego materiału i powoduje obniżenie wytrzymałości danego materiału. Niestety ze względu na kłopoty techniczne związane ze złym stykiem pomiędzy elektrodami a badanymi próbkami nie udało się dokończyć pomiarów wytrzymałości elektrycznej melaminy. Jednak już na podstawie pierwszych wyników można zauważyć, że płytka melaminowa posiada większą wytrzymałość na prąd pełznący niż płytka fenolowo- formaldehydowa. Obserwacja ta wynika także z układu linii śladów prądu pełznego.
10
9
- -
Rys.3 Elektrody do pomiaru napięcia przebicia oleju transformatorowego według
PN-77/E-04408
Rys.2 Schemat ideowy układu probierczego do pomiaru wytrzymałości elektrycznej
papieru kablowego suchego i nasyconego olejem transformatorowym.
Rys.1 Schemat ideowy układu probierczego aparatu do pomiaru wytrzymałości
elektrycznej oleju transformatorowego.
W- wyłącznik B- blokada
Lk- lampka kontrolna ATr- autotransformator
Ws- wyłącznik samoczynny TWN- transformator wysokiego napięcia
Rz- opornik ograniczający E- elektrody pomiarowe
III. Schematy ideowe układów pomiarowych i rysunki elektrod.
4 - -