OTchet_po_7_labe
.docxСтавропольский Государственный Аграрный Университет
Лабораторная работа
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СУШКИ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Проверил: доцент к.т.н. Ершов А.Б.
Ставрополь 2014 г
Цель работы: исследовать наиболее распространенные способы сушки трансформаторов и обмоток электродвигателей, овладеть приближенными методами расчета параметров сушки и способами измерения увлажнения изоляции.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В процессе эксплуатации, транспортировки, хранения изоляционные конструкции электродвигателей и трансформаторов увлажняются от длительного соприкосновения с влажным воздухом или в результате отпотевания при резком изменении температуры, в результате окислительных процессов в масле, залитом в бак трансформатора.
Появление влаги в изоляции приводит к резкому снижению ее электрической прочности и требует проведения сушки.
Необходимость сушки оценивается на основе измерения параметров изоляции, характеризующих ее диэлектрические свойства.
Способы обнаружения увлажнения изоляции
Наиболее простым и приемлемым способом оценки технического состояния изоляции является эксплуатационный контроль - анализ изменения сопротивления изоляции постоянному току.
За сопротивление изоляции RИЗ принимается показание мегаомметра через 60с после начала измерений, т.е. RИЗ = R60.
Измеренное сопротивление сравнивают с результатом предыдущих измерений или же с результатом заводских измерений (но необходим учет температуры окружающей среды).
Величина сопротивления изоляции не является всеобъемлющей характеристикой изоляции. О степени увлажнения изоляции судят по коэффициенту абсорбции:
Ка = ,
где R15 – показания мегомметра через 15с после начала измерения.
Если Ка ≥ 1,3, то делают вывод о допустимости дальнейшей эксплуатации силового трансформатора или электрической машины. Если Ка< 1,3, то делают вывод о недопустимом увлажнении изоляции и необходимости сушки увлажнившейся изоляции.
Примечание:
1. Данная методика применительна для крупных машин мощностью более 100кВт и напряжением свыше 1000В. Такие машины имеют большую массу изоляции, и время ее поляризации соответствует рекомендуемым значениям 15с и 60с. Машины меньшей мощности и особенно низковольтные машины имеют значительно меньше массы изоляции и соответственно меньшее время поляризации. Поэтому в данной работе R15 следует измерять по истечении 5с от момента приложения напряжения.
2. После изготовления главную изоляцию электродвигателя, испытывают повышенным напряжением, величина которого, В
Uисп = 2Uн + 1000
и для электродвигателей с номинальным напряжением 220/380В принимается равным
Uисп = 1750 В.
По этой причине использовать мегаомметр на напряжение 2500В при измерении изоляции электродвигателя нельзя. Измерение сопротивления изоляции осуществляют мегаомметром на напряжение 1000В.
3. В трансформаторах без масла изоляцию обмоток высшего напряжения по отношению к заземленному корпусу измеряют мегаомметром на напряжение 2500В, а обмоток низшего (потребительского) напряжения - мегаомметром на напряжение 1000В. Дополнительной оценкой состояния изоляции является оценка по методу "емкость-частота", такие измерения проводятся в ремонтной практике для оценки скорости увлажнения изоляции. Контроль осуществляется прибором типа ПКВ - 7 и позволяет найти отношение емкости изоляции при частоте 2 Гц к емкости при промышленной частоте 50 Гц, т.е. прибором ПКВ-7 можно оценить отношение С2/С50.
Для абсолютно сухой изоляции это отношение приближается к единице, т.е.
Для увлажненной изоляции С2/С50> 1, но обычно не должно превышать значения С2/С50 ≤ 1,2 при t0 = + 20 0С.
Сушка изоляции обмоток трансформаторов
Изоляцию обмоток трансформатора можно сушить различными способами: в сушильных печах, при помощи ламп инфракрасного света, током короткого замыкания, потерями в собственном баке и токами нулевой последовательности. В условиях эксплуатации наиболее широко применяются последние три способа.
Сушка потерями в собственном баке
Способ заключается в следующем. На бак трансформатора (рисунок 1) укладывают дополнительную намагничивающую обмотку из гибкого изолированного провода (при необходимости бак теплоизолируют асбестом), и подключают к источнику переменного тока.При протекании тока по намагничивающей обмотке создается магнитный поток, замыкающийся по баку трансформатора. Потери на вихревые токи, обусловленные переменным магнитным потоком, нагревают бак трансформатора, и затем теплота передается изоляции обмоток.
Рисунок 1 - Схема сушки трансформатора потерями в собственном баке
Достоинства:
Cушка производится на месте установки трансформатора, без его транспортировки, при наличии любого источника питания низкого напряжения.
Недостатки:
Необходимо изготовлять специальную намагничивающую обмотку; большой расход электроэнергии; источник тепла располагается снаружи (потери в баке), поэтому поток тепла и влаги имеют встречное направление (тепло - во внутрь, влага - изнутри в окружающую среду); достаточно велико время сушки.
В основе расчета основных параметров сушки используется уравнение баланса мощности теплоотдачи и теплопоступлений трансформатора при установившейся температуре изоляции.
При расчете требуется определить число витков намагничивающей обмотки W; мощность Р, потребную для сушки; силу тока I в намагничивающей обмотке и диаметр провода d.
Исходными данными являются: напряжение источника токаU; геометрические размеры трансформатора (периметр бака l , полная поверхность F и поверхность бака, на которой размещена намагничивающая обмотка F0); температура окружающей среды t0 и конечная температура бака tк; коэффициент теплоотдачи Кт.
Необходимое число витков определяют из формулы:
W = (UA)/l
где U - напряжение источника тока, В;
l - периметр бака, м.
Величину А находят из таблицы 1 в зависимости от удельных (греющих) потерь ΔР (кВт/м2), которые определяют из условия баланса мощности нагрева Р и мощности потерь теплоты с поверхности бака Р1
Мощность нагрева:
Р = ΔРF0
где F0 = h0l - поверхность бака, на которую наматывается намагничивающая обмотка, м;
h0- высота стенки бака, на которую наматывается намагничивающая обмотка, м.
Потери мощности в окружавшую среду:
Р1 = КТF(tK – t0),
где КТ - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·град (для утепленного асбестом трансформатора КТ = 5,3; для неутепленного – КТ = 12);
tK- конечная температура нагрева бака, обычно равная 1050С;
При установившемся процессе сушки:
Р = Р1, а ΔР = КТ(tK – t0).
Таблица 1 – Значения величины А, в зависимости от мощности нагрева Р
Р, кВт/м2 |
А |
Р, кВт/м2 |
А |
Р, кВт/м2 |
А |
0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 1,05 1,1 1,15 |
2,33 2,26 2,18 2,12 2,07 2,02 1,97 1,92 1,88 |
1,2 1,25 1,3 1,35 1,4 1,45 1,5 1,6 1,7 |
1,84 1,81 1,79 1,77 1,74 1,71 1,68 1,65 1,62 |
1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 3,0 |
1,59 1,56 1,54 1,51 1,49 1,46 1,44 1,42 1,34 |
Величина тока в намагничивающей обмотке:
I= ,
где cosφ = 0,5…0,55 для трансформаторов с гладкими или трубчатыми баками; для трансформаторов с ребристыми баками cosφ ≈ 0,3.
Диаметр не изолированного провода:
d = (мм),
где j = 2...6 А/мм2 - плотность тока в намагничивающей обмотке.
Исходные данные:
U=220В
а=0,6 м
в=0,4 м
L=2м
h=0,75м
h0=0,5 м
Расчет параметров намагничивающей обмотки
-
Находим площадь поверхности бака:
F=hL+2*a*в=0,75*2+2*0,6*0,4=
-
Разметка бака на которой размещена обмотка:
F0=h0*L=0,5*2=1
Начальная температура: t0=25C
Конечная температура нагрева бака: tK=105 С.
-
Потери мощности в окружавшую среду при установившемся процессе сушки:
4.Мощность нагрева:
5. Необходимое число витков:
6. Величина тока в намагничивающей обмотке:
7. Диаметр не изолированного провода:
Таблица2 - Результаты расчетов и измерений параметров сушки трансформатора
Параметр |
Время, мин |
||||||||
0 |
30 |
60 |
80 |
||||||
Фаза А |
R60 |
140 |
40 |
30 |
- |
||||
R15 |
120 |
35 |
17 |
- |
|||||
Фаза В |
R60 |
120 |
60 |
35 |
- |
||||
R15 |
110 |
50 |
30 |
- |
|||||
Фаза С |
R60 |
135 |
35 |
30 |
- |
||||
R15 |
125 |
30 |
20 |
- |
|||||
Ка = R60/ R15 |
А - |
1,16 |
1,14 |
1,76 |
- |
||||
В - |
1,09 |
1,2 |
1,16 |
- |
|||||
С - |
1,08 |
1,16 |
1,5 |
- |
Таблица 3 - Результаты измерений коэффициента абсорбции
Время, мин |
0 |
30 |
60 |
80 |
Ка = R60/ R15 |
1,16 |
1,14 |
1,76 |
- |
Вывод: при проведении лабораторной работы, я исследовал наиболее распространенные способы сушки трансформаторов и обмоток электродвигателей, на практике производил сушку трансформатора методом собственных потерь в баке.