Способ контроля качества трансформаторного масла

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для определения на работающем трансформаторе пробойного напряжения трансформаторного масла с добавками воды в реальном масштабе времени. Способ включает в себя измерение размера r и концентрации эмульсионных частиц N методом динамического рассеяния лазерного излучения, вычисление содержания эмульсионной воды V по формуле и определение по калибровочной кривой величины пробойного электрического напряжения масла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к методам контроля качества трансформаторного масла.

Уровень техники.

Известно, что работоспособность трансформаторного масла существенно определяется содержанием воды в масле [ГОСТ 7822-75 и РД 34.43.107-95]. Увеличение содержания воды в масле приводит к ускорению процессов разрушения изоляции обмоток и к снижению диэлектрической прочности, т.е. пробойного напряжения масла. Предусмотренные ГОСТ 7822-75 и РД 34.43.107-95 методы контроля содержания воды основаны на ряде физико-химических методик:

1. Газохроматографическая методика анализа общего газосодержания и общего влагосодержания (растворенная и связанная вода) в трансформаторных маслах с прямым вводом масла в испаритель хроматографа (методика ВНИИЭ). Аналог.

2. Газохроматографическая методика анализа общего газосодержания и влажности (растворенной воды) в трансформаторных маслах с использованием калибровочных растворов газов в масле (методика ВТИ без вакуумирования приставки). Аналог.

3. Методика анализа общего газосодержания и влажности (растворенной воды) в трансформаторных маслах с использованием их равновесного извлечения в устройстве УИВВМ (методика ВНИИЭ). Аналог.

4. Методика анализа влажности (растворенной воды) в трансформаторных маслах кулонометрическим титрованием по методике МЭК, Публикация 814. Аналог.

5. Методика измерения пробивного напряжения трансформаторного масла по ГОСТ 6581-75. Прототип.

Недостатком этих методик является необходимость отбора проб, транспортировка проб в лабораторию, проведение анализа и получение результатов за большой промежуток времени, т.е. невозможность или затруднительность определения содержания воды в реальном масштабе времени. Кроме того, определение воды указанными выше методами не всегда позволяет определить связанное с наличием воды изменение пробойного напряжения масла. Причина этого связана с тем, что вода в трансформаторе присутствует в следующих формах:

- Свободная вода на дне масляного резервуара.

- Раствореная в масле вода.

- Эмульсионная вода в масле.

- Связанная вода.

(FIST 3-30 Facilities instructions, standards, and techniques. Transformer mainenance. October 2001, Hydroelectric research and technical service group, D-8450, United states department of th interior Bureau of Reclamation, De3nver, Colorado). Каждая из этих форм воды по разному влияет на пробойное напряжение масла. Так, согласно FIST 3-30 свободная вода мало влияет на диэлектрическую прочность масла. Наиболее существенное влияние на пробойное напряжение оказывает наличие эмульсионной воды в масле (The mechanism of the resolution of water-in-oil emulsions by electrical treatment, C.A.R. Pierce, A.M.I. Mech, British Journal of Applied Physics, v. 5, April 1954, p 136-143), (Levine, S., "A study of Electrostatic Breaking of water-in-Oil Emulsions," Final Report to Dept. of Energy, Mines and Resources, Canada (DSS Contract No. 23296-6-3208/01-SG, 1987). Физическая причина снижения пробойного напряжения при наличии эмульсионных частиц воды связана с формированием в электрическом поле внутри трансформатора цепочек их эмульсионных частиц, образующих проводящие мостики, по которым происходит инициация пробойного канала (Г.В. Попов, Вопросы диагностики силовых трансформаторов// ФГБО-УВПО «Ивановский государственный энергетический университет». - Иваново, 2012. - 176 с). В растворенном состоянии вода не оказывает значительного влияния на электрическую прочность. Таким образом, описанные в нормативных документах методики определения растворенной воды не могут служить однозначным критерием уменьшения пробойного напряжения. Известно, что растворимость воды в масле существенно растет с температурой. При охлаждении трансформаторного масла, например при снижении нагрузки трансформатора, растворенная вода может приводить к формированию эмульсионных частиц, влияя, таким образом, на величину пробойного напряжения.

При наличии градиентов и динамики изменения температуры масла в трансформаторе на границе вода-масло происходит как процесс растворения свободной воды в масле, так и захват частиц свободной воды конвекционными потоками масла, что несомненно повышает и эмульсионную составляющую воды в масле. Таким образом, имеет место динамическое изменение содержания различных форм воды в масле, зависящее не только от температуры, но и от истории процессов нагревания и охлаждения масла. Предусмотренные указанными выше нормативными документами статические (при одной температуре и при отсутсвии учета истории изменения температуры) не в полной мере дают информацию о параметрах, определяющих качество трансформаторного масла и не могут быть применены для контроля динамики изменения пробойного напряжения масла в реальном масштабе времени.

Раскрытие изобретения.

Нами впервые установлено, что величина пробойного напряжения в первую очередь определяется размером и концентрацией эмульсионных частиц воды в масле. Таким образом, измеряя указанные параметры в реальном масштабе времени, без отбора проб масла, можно определять величину пробойного напряжения в процессе работы трансформатора, т.е. вероятность возникновения аварийной ситуации для данной температуры.

Мы использовали для определения радиуса г и концентрации эмульсионных частиц N метод и прибор динамического рассеяния света, описанный в работе (L.L. Chaikov, M.N. Kirichenko, S.V. Krivokhizha, A.R. Zaritsky, Dynamics of statistically confident particles sizes and concentrations in blood plasma obtaineed by the dynamic light scattering method, Journal of Biomedical Optics, 20 (5), 057003 (May 2015)). Метод основан на измерении корреляционной функции рассеяния лазерного света видимого диапазона с помощью программного обеспечения DYNALS (https://www.photocor.ru/theory/particle-size-analysis). Кроме размера частиц, определялась их концентрация по интенсивности рассеянного света с учетом калибровки по эталону - рассеянию в толуоле.

По измеренным размерам концентрации эмульсионных частиц вычислялась количество эмульсионной воды в единице объема масла по формуле

Эмульсия воды в масле приготавливалась добавлением с помощью дозирующего устройства «Ленпипет» капель дистиллированной воды в масло, обработкой смеси ультразвуком (Q sonica sonicator, Model Q55) мощностью до 55 Вт в течение 5 минут, отстаиванием эмульсии в течение 10 минут.Полученные концентрации воды в масле изменялись с диапазоне от 5*10-6 до 10-4 процента. Величина пробойного напряжения определялась по ГОСТ 6581-75 прибором АИМ-90А (производитель ООО «СКВ «Медрентех»). Из экспериментальных зависимостей на фиг. 1 и 2 видно, что зависимость интенсивности рассеянного лазерного излучения от температуры имеет гитерезис. Это говорит о том, что концентрация и размеры эмульсионных частиц не определяются только составом смеси масло-вода, температурой, а в значительной мере зависят от истории нагрева и охлаждения, т.е. от процессов взаимного превращения форм воды, имеющихся в смеси.

Описание чертежей.

На фиг. 1 представлена измеренная зависимость интенсивности рассеяния лазерного излучения на эмульсионных частицах воды в трансформаторном масле от времени при нагреве и охлаждении.

На фиг. 2 представлена измеренная зависимость интенсивности рассеяния лазерного излучения на эмульсионных частицах воды в трансформаторном масле от температуры.

На фиг. 3 представлена измеренная зависимость величины пробойного напряжения масла марки в Кв/см (эффективное значение) в зависимости от содержания эмульсионной воды.

Осуществление изобретения

На фиг. 3 представлена измеренная зависимость величины пробойного напряжения масла марки ТМ-1500 в Кв/см (эффективное значение) в зависимости от содержания эмульсионной воды V. Кривая на фиг. 3 (треугольники) позволяет по измеренным оптическим методом концентрации N и радиуса эмульсионных частиц г вычислить величину пробойного напряжения в динамике при работе трансформатора без отбора проб.

Пример 1 реализации способа на работающем трансформаторе со свежим маслом.

Для измерений использовалась оптическая кювета диаметром 30 мм, подключенная посредством шлангов к верхнему и нижнему крану на масляном баке трансформатора. При работе трансформатора происходит медленный проток масла через оптическую кювету из бака трансформатора за счет конвективных процессов, связанных с верикальной неоднородностью температуры в теле трансформатора. Это позволяет, практически в реальном масштабе времени, осуществлять измерение концентрации и размеров эмульсионных частиц воды оптическим методом - динамического рассеяния света. По калибровочной кривой, приведенной на фиг. 3 (треугольники), определяется величина пробойного напряжения трансформаторного масла при изменениях нагрузки трансформатора и температуры масла.

Пример 2 реализации работы с состаренным трансформаторным маслом.

Сначала отбиралась проба естественно состаренного масла из работающего трансформатора. Старение связано с работой трансформатора в течение 10 лет без замены масла. При этом масло содержит продукты химического распада бумажной изоляции проводов и деструкции молекул масла под действием частичных электрических пробоев. Это приводит к изменению коэффициента поверхностного натяжения на границе вода-масло, и, соотвественно, к изменению размера эмульсионных частиц и величины пробойного напряжения масла. Изготавливались смеси с заданным содержанием воды по методике описанной выше. С помощью аппарата АИМ-90А измерялось пробойное напряжение в зависимости от концентрации добавленной воды. Также измерялись параметры эмульсии - радиус частиц r и их концентрация N. Результаты измерений зависимости пробойного напряжения от содержания эмульсионной воды V приведены на фиг. 3 (квадраты и кружки). Видно, что из-за наличия загрязнений масла продуктами деструкции молекул и изоляции обмоток начальное пробойное напряжениет даже в сухом масле ниже, чем приведенное для свежего масла. Таким образом осуществляется калибровка способа, учитывающая изменение химического состава масла. Далее калибровочная кривая может служить для мониторинга в реальном масштабе времени величины пробойного напряжения при работе трансформатора.

Так как деградация химического состава масла происходит достаточно медленно, отбор проб и калибровка может производиться раз в квартал или год, в зависимости от степени старения масла.

1. Способ контроля качества трансформаторного масла, включающий измерение методом динамического рассеяния света размера эмульсионных частиц r, их концентрации N, вычисление содержания эмульсионной воды V по формуле:

и определение величины пробойного напряжения масла по калибровочной кривой, полученной измерением пробойного напряжения масла с дозированными добавками воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что калибровочную кривую получают добавлением дозированного количества воды в масло, облучают смесь в течение 5 минут УЗ генератором мощностью до 55 Вт, отстаивают смесь в течение 10 минут, измеряют величину пробойного электрического напряжения и определяют для данных образцов содержание эмульсионной воды V методом динамического рассеяния света.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптическую кювету прибора для измерения динамического рассеяния света соединяют шлангами с верхним и нижними кранами масляного бака трансформатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контроля технологических процессов и касается ИК-спектроскопического способа контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Изобретение относится к области изучения качества распыления водных растворов и может быть использовано при оценке работы сельскохозяйственных опрыскивателей. Способ определения размеров капель включает распыление раствора водорастворимой соли на водоотталкивающую поверхность коллектора, помещенного в чашку Петри, над залитым в нее раствором соли, используемой для распыления, конденсационное восстановление капель и определение их размера микроскопированием, распыление производят насыщенным раствором водорастворимой соли с высокой гигроскопичностью, а чашку Петри заполняют ненасыщенным раствором такой же соли, после чего производят микроскопирование капель с прерывистым фотографированием их цифровой камерой с передачей изображения на монитор компьютера, с помощью считывающей программы устанавливают момент прекращения конденсационного роста капель, фиксируют их размер и рассчитывают первоначальный диаметр распыляемых капель по формуле где Di - диаметр капли в момент ее образования; Dn - диаметр капли, наблюдаемый в микроскоп; Cn - концентрация распыляемого раствора; Ci - концентрация раствора в чашке Петри.

Раскрыты системы и способы (варианты) для измерения параметров твердых частиц в выпускной системе транспортного средства. В одном примере система содержит первую наружную трубку с некоторым количеством впускных отверстий на расположенной выше по потоку поверхности, вторую внутреннюю трубку с некоторым количеством впускных отверстий на расположенной ниже по потоку поверхности и датчик твердых частиц, расположенный внутри второй внутренней трубки.

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано при оценке огнетушащей способности порошковых составов, применяемых в огнетушителях. Способ определения распределения огнетушащего порошка в поперечном сечении нестационарного газового потока состоит из построения полей распределения различных фракций и совокупной массы порошка в прогнозируемой области пожара, при этом гранулометрический состав огнетушащего порошка в контрольных точках поперечного сечения нестационарного газового потока определяют путем отбора проб порошка непосредственно из газового потока с помощью вертикально ориентированного по отношению к оси газового потока координатного стола, оснащенного сборниками порошка, и последующего ситового анализа отобранных проб.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из капиллярно-пористых материалов в строительных материалах и конструкциях, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса в капиллярно-пористых материалах для определения коэффициентов диффузии растворителей в строительных материалах и конструкциях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и определении коэффициентов диффузии растворителей в ортотропных капиллярно-пористых материалах в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу и аппарату для оценивания рассеивающих свойств порошка. Способ оценивания рассеивающих свойств порошка включает следующие операции: порошок, подлежащий оцениванию, сбрасывают на поверхность жидкости, находящейся в емкости, создавая в емкости рассеяние порошка в форме пыли, и измеряют концентрацию пыли в воздухе внутри емкости посредством пылемера.

Устройство содержит корпус, защитный кожух, чувствительный элемент, устройство для обработки и передачи информации. Корпус выполнен цилиндрическим с продольным прямоугольным вырезом и с коническим наконечником на одном из его торцов, а с другой стороны содержит последовательно размещенные плоский круглый упор, выполненный с возможностью перемещения вдоль корпуса, устройство обработки и передачи информации и рукоятку для ввода в материал.

Изобретение относится к методам аналитического контроля и может быть использовано для определения количественного содержания высокодисперсного кремнезема в шликере на основе кварцевого стекла.

Изобретение относится к области контроля технологических процессов и касается ИК-спектроскопического способа контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Изобретение относится к области контроля технологических процессов и касается ИК-спектроскопического способа контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Изобретение относится к области изучения качества распыления водных растворов и может быть использовано при оценке работы сельскохозяйственных опрыскивателей. Способ определения размеров капель включает распыление раствора водорастворимой соли на водоотталкивающую поверхность коллектора, помещенного в чашку Петри, над залитым в нее раствором соли, используемой для распыления, конденсационное восстановление капель и определение их размера микроскопированием, распыление производят насыщенным раствором водорастворимой соли с высокой гигроскопичностью, а чашку Петри заполняют ненасыщенным раствором такой же соли, после чего производят микроскопирование капель с прерывистым фотографированием их цифровой камерой с передачей изображения на монитор компьютера, с помощью считывающей программы устанавливают момент прекращения конденсационного роста капель, фиксируют их размер и рассчитывают первоначальный диаметр распыляемых капель по формуле где Di - диаметр капли в момент ее образования; Dn - диаметр капли, наблюдаемый в микроскоп; Cn - концентрация распыляемого раствора; Ci - концентрация раствора в чашке Петри.

Изобретение относится к области изучения качества распыления водных растворов и может быть использовано при оценке работы сельскохозяйственных опрыскивателей. Способ определения размеров капель включает распыление раствора водорастворимой соли на водоотталкивающую поверхность коллектора, помещенного в чашку Петри, над залитым в нее раствором соли, используемой для распыления, конденсационное восстановление капель и определение их размера микроскопированием, распыление производят насыщенным раствором водорастворимой соли с высокой гигроскопичностью, а чашку Петри заполняют ненасыщенным раствором такой же соли, после чего производят микроскопирование капель с прерывистым фотографированием их цифровой камерой с передачей изображения на монитор компьютера, с помощью считывающей программы устанавливают момент прекращения конденсационного роста капель, фиксируют их размер и рассчитывают первоначальный диаметр распыляемых капель по формуле где Di - диаметр капли в момент ее образования; Dn - диаметр капли, наблюдаемый в микроскоп; Cn - концентрация распыляемого раствора; Ci - концентрация раствора в чашке Петри.

Изобретение относится к средствам масс-анализа, предназначено для гравиметрического и химического анализа аэрозолей для обнаружения, идентификации и количественного определения химических соединений в лабораторных, производственных и полевых условиях и позволяет определять распределение по размерам, счетную и массовую концентрацию аэрозольных частиц в газовой и аэрозольной фазах аэродисперсных сред.

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано при оценке огнетушащей способности порошковых составов, применяемых в огнетушителях. Способ определения распределения огнетушащего порошка в поперечном сечении нестационарного газового потока состоит из построения полей распределения различных фракций и совокупной массы порошка в прогнозируемой области пожара, при этом гранулометрический состав огнетушащего порошка в контрольных точках поперечного сечения нестационарного газового потока определяют путем отбора проб порошка непосредственно из газового потока с помощью вертикально ориентированного по отношению к оси газового потока координатного стола, оснащенного сборниками порошка, и последующего ситового анализа отобранных проб.

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано при оценке огнетушащей способности порошковых составов, применяемых в огнетушителях. Способ определения распределения огнетушащего порошка в поперечном сечении нестационарного газового потока состоит из построения полей распределения различных фракций и совокупной массы порошка в прогнозируемой области пожара, при этом гранулометрический состав огнетушащего порошка в контрольных точках поперечного сечения нестационарного газового потока определяют путем отбора проб порошка непосредственно из газового потока с помощью вертикально ориентированного по отношению к оси газового потока координатного стола, оснащенного сборниками порошка, и последующего ситового анализа отобранных проб.

Изобретение относится к области определения размера частиц методом динамического светорассеяния в пробах образцов (вещества) каталитических систем синтеза Фишера-Тропша на основе дисперсий металлсодержащих наноразмерных частиц, взвешенных в углеводородной среде, и может быть использовано для контроля стабильности наноразмерных железосодержащих дисперсий.

Изобретение относится к области приборостроения, более конкретно к методам определения функции распределения частиц по размерам в нанометровом диапазоне. Интерферометрический метод определения функции распределения частиц по размерам основан на анализе изменений как амплитудных, так и фазовых соотношений интерферограмм, полученных до и после введения в рабочий объем интерферометра аэрозоля или взвеси частиц.

Устройство содержит корпус, защитный кожух, чувствительный элемент, устройство для обработки и передачи информации. Корпус выполнен цилиндрическим с продольным прямоугольным вырезом и с коническим наконечником на одном из его торцов, а с другой стороны содержит последовательно размещенные плоский круглый упор, выполненный с возможностью перемещения вдоль корпуса, устройство обработки и передачи информации и рукоятку для ввода в материал.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для определения на работающем трансформаторе пробойного напряжения трансформаторного масла с добавками воды в реальном масштабе времени. Способ включает в себя измерение размера r и концентрации эмульсионных частиц N методом динамического рассеяния лазерного излучения, вычисление содержания эмульсионной воды V по формуле и определение по калибровочной кривой величины пробойного электрического напряжения масла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх