Совершенствование конструкций бумажно-масляной изоляции испытательных трансформаторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.12, кандидат технических наук Бургманн, Манфред

• Бургманн, Манфред
• кандидат технических наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бургманн, Манфред

Введение

1. Технические требования и эксплуатационные воздействия на внутреннюю изоляцию испытательных. трансформаторов II

1.1. Технические требования к внутренней изоляции . испытательных трансформаторов II

1.2. Анализ эксплуатационных воздействий на внутрен . нюю изоляцию испытательных трансформаторов

1.2.1. Общие сведения

1.2.2. Эксплуатационные воздействия на внутреннюю изоляцию испытательных трансформаторов, вызванные рабочим напряжением и перенапряже . . ниями

1.2.3. Эксплуатационные воздействия на внутреннюю изоляцию испытательных трансформаторов, вы. . званные рабочим током

1.3. Сравнение технических требований с результатами оценки эксплуатационных воздействий

2. Экспериментальное исследование внутренней изоля ции испытательных трансформаторов

2.1. Объем экспериментального исследования

2.2. Анализ конструкции внутренней изоляции испытательного трансформатора с баком из изоляционного материала и выбор образца для эксперимен- • . тального исследования

2.3. Выбор методики экспериментального исследования на основе анализа литературных данных по пред. . ставлениям о механизме пробоя БМИ

2.3.1. Представления о механизме пробоя БМИ

2.3.2. Кратковременная электрическая прочность

2.3.3. Длительная электрическая прочность БМИ

2.3.4. Параметры ЧР и электрическая прочность

2.3.5. Уточнение методики экспериментального . исследования

2.4. Испытательная и измерительная установка. Подключение образцов

2.4.1. Испытательная установка

2.4.2. Измерительная установка

2.4.3. Подключение образцов

2.4.4. Характеристики испытательной установки

2.5. Обработка результатов испытания

2.5.1. Статистическая обработка результатов . . измерения

2.5.2. Учет масштаба моделирования 77 3. Пробивные характеристики и напряжение возникновения ЧР внутренней изоляции испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала

3.1. Оценка пробивного напряжения и напряжения возникновения ЧР настоящей конструкции внутренней изоляции испытательного трансформатора типа РЕ01 350/

3.1.1. Общие сведения

3.1.2. Пробивное напряжение при воздействии колебательного коммутационного импульс. . . ного напряжения

3.1.2.1. Метод испытания

3.1.2.2. Результаты испытания

3.1.3. Пробивное напряжение и напряжение возникновения ЧР при воздействии переменного . . напряжения

3.1.3.1. Метод испытания

3.1.3.2. Результаты испытания

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкций бумажно-масляной изоляции испытательных трансформаторов»

В решениях X, съезда Социалистической единой партии Германии для развития народного хозайства в 80-ых годах центральное место занимает значительное увеличение эффективности производства. При этом рост товарной продукции должен сопровождаться абсолютным снижением количества применяемых конструктивных материалов. Это требование предпологает, что все работы по разработке и усовершенствованию продукции должны подчиняться тщательному анализу эксплуатационных воздействий и допустимых нагрузок применяемых конструктивных материалов.

Завод Ти{? является единственным изготовителем высоко-волтного испытательного оборудования в странах-членах СЭВ. Разработка и усовершенствование высоковольтного испытательного оборудования является основой для освоения новых уровней напряжения электропередачи и усовершенствования.высоковольтного оборудования уже освоенных уровней напряжения.

Более экономнее использование материалов для изготовления высоковольтного оборудования приведет к росту экономических . показателей, например, мощности на единицу использованного материала. На этой основе конструктивные материалы для высоковольтного оборудования используются все более близко к своим предельно допустимым нагрузкам. Таким образом, усовершенствование и разработка высоковольтного оборудования, в первую очередь, исследование электрической прочности использованных изоляционных конструкции приобретает все большее значение. Этим и объясняется рост спроса на высоковольтное испытательное оборудование, особенно на испытательные установки переменного напряжения.

Завод Ти Я должен удовлетворить спрос на испытательное оборудование. Поэтому возникает задача увеличить выпуск высоковольтного испытательного оборудования на основе усовершенствования старых конструкций, учитывая при этом новые требования к испытательной технике из-за новых форм испытания и измерения электрической прочности. К таким новым требованиям к испытательным установкам переменного напряжения относятся требования по допустимой интенсивности частичных разрядов /ЧР/, возникающих внутри испытательной установки во время испытаний, и требования по получению коммутационных импульсных напряжений с помощью испытательных установок переменного напряжения.

При этой тенденции особенно растет спрос на испытательные установки переменного напряжения на основе испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала. Такие испытательные установки переменного напряжения выпускаются в настоящее время на основе испытательных трансформаторов номинального напряжения до 350 кВ включительно. Предусматривается разработка испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала с более высокими номинальными напряжениями.

Усовершенствование старых конструкции и разработка новых тесно связаны с определением необходимого минимального уровня изоляции самых испытательных трансформаторов. Как известно, определение габаритов изоляции требует знать комплекс эксплуатационных воздействий на изоляцию и комплекс допустимых нагрузок для изоляции при эксплуатационных воздействиях в зависимости от геометрических размеров изоляции.

Как обстоят дела на сегодняшний день ? Констркуции испытательных трансформаторов, выпускающиеся сегодня, были принципиально разработаны 20 лет тому назад и совершенствовались на основе опыта изготовления и эксплуатации. Для выбора габаритов изоляции использовались, с одной стороны, качественные технические требования общего порядка, с другой стороны, опыт по допустимой электрической прочности изоляции испытательных трансформаторов и похожих конструкций. На этой основе нет возможности оптимального определения необходимых габаритов изоляции испытательных трансформаторов.

Целью настоящей работы является

1. Первый подход к количественному определению эксплуатационных воздействий на изоляцию испытательных трансформаторов и учет их для определения габаритов изоляции.

2. Определение допустимых нагрузок изоляции испытательных трансформаторов при величинах эксплуатационных воздействий и предоставление простого метода выбора необходимых габаритов изоляции для конструктора-разработчика испытательных трансформаторов.

3. Определение функциональной связи между длительной электрической прочностью внутренней изоляции испытательных трансформаторов и параметрами ЧР при кратковременных воздействиях напряжения.

4. Совершенствование изоляции обмотки ВН испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала.

В качестве исследуемого узла испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала выбрана бумажно-масляная изоляция /БМИ/ обмоток ВН. БМИ применяется для витковой и межслоевой изоляции обмоток ВН. Выбор этого узла обусловлен тем, что БМИ в обмотках ВН является наименее исследованной конструкцией испытательных трансформаторов данного типа, кроме того, выбор габаритов изоляции производился ранее при достаточно высоком коэффициенте запаса электрической прочности.

Какие получены основные результаты ?

В научном плане был разработан метод оценки эксплуатационных воздействий на основе опроса высоковольтных лабораторий по всем интересующим характеристикам эксплуатации испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала и статистической обработки данных опроса.

При определении допустимых нагрузок при кратковременных воздействиях напряжения был разработан оптимальный экспериментальный метод на основе статистического планирования по методу полного факторного эксперимента. Метод сохраняет преимущества полного факторного эксперимента типа 2К, т.е. маленький объем образцов испытания различной конструкции, но позволяет получить нелинейные математические уравнения, которые и применимы вне области варьирования факторов при эксперименте.

Разработана и опробована экспериментально расчетная модель для расчета кривой срока жизни на основе измерения пробивного напряжения, времени до пробоя и показателя степени экспоненциальной зависимости тока и мощности ЧР от величины приложенного напряжения при кратковременных воздействиях.

В практическом плане впервые получены количественные оценки эксплуатационных воздействий на изоляцию испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала.

Получена простая расчетная формула для определения необходимых габаритов межслоевой изоляции обмоток ВН испытательных трансформаторов, которую инженер-разработчик испытательных трансформаторов может непосредственно использовать в своей работе.

Получено большое количество экспериментальных данных по пробивным напряжениям при разной форме воздействующего напряжения и по параметрам ЧР внутренней изоляции испытательных трансформаторов. Экспериментальное исследование производилось на более чем 300 крупногабаритных образцов испытания. Результаты исследования могут быть использованы при усовершенствовании и разработке конструкций испытательных трансформаторов.

Результаты работы докладывались на двух семинарах на кафедре ТБН Московского энергетического института с участием специалистов промышленности и научно-исследовательских институтов СССР, на двух: семинарах на кафедре ТВН Дрезденского технического университета с участием специалистов промышленности и научно-исследовательских институтов ГДР, на двух семинарах на заводе 72//? с участием специалистов по исследованию и. разработке испытательных установок переменного напряжения. Имеется одна публикация в журнале по методу исследования кратковременной электрической прочности в зависимости от размеров изоляции, сданы в редакцию журнала В!еК1:пе статьи по параметрам ЧР и расчету кривой срока жизни и по эксплуатационным воздействиям на внутреннюю изоляцию испытательных трансформаторов с баком из изоляционного материала.

Научные и практические результаты работы используются при усовершенствовании и разработке конструкции изоляции испытательных трансформаторов завода ТЫ?,

На защиту выносятся

1. Методика определения эксплуатационных воздействий на изоляцию испытательных трансформаторов, а именно, определение плотности использования параметров выходного напряжения и выходного тока, определение эквивалентного суммарного времени включения испытательного трансформатора при номинальном напряжении и определение плотности вероятности возникновения перенапряжений определенной величины.

2. Методика определения кратковременной электрической прочности изоляции в зависимости от ее габаритов, а именно модификация метода полного факторного эксперимента на основе логарифмирования величин воздействующих факторов, что является более точным учетом физических основ электрической прочности БМИ с резко неоднородным электрическим полем.

3. Методика расчета кривой срока жизни на основе результатов измерения пробивного напряжения, времени до пробоя и степени показателя зависимости тока ЧР от величины приложенного напряжения при кратковременных воздейетвиях рабочего напряжения. Основой методики расчета является предположение о постоянстве энергии ЧР, необходимой для вызывания пробоя БМИ с резко неоднородным электрическим полем.

I. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВНУТРЕННЮЮ ИЗОЛЯЦИЮ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Заключение диссертации по теме «Техника высоких напряжений», Бургманн, Манфред

Результаты исследования эксплуатационных воздействий и допустимых нагрузок изоляции подтверждают правильность выбранной методики подхода и решения задачи.

Несмотря на это, из-за наложенных ограничений следует уточнить результаты настоящей работы по следующим направлениям:

1. Величины эксплуатационных воздействий на внутреннюю изоляцию испытательных трансформаторов следует уточнить, охватывая большее количество испытательных трансформаторов данного типа. На этой основе возникает возможность уменьшить доверительные интервалы и определить более точно величину эксплуатационных воздействий. Последнее относится, в первую очередь, к величине суммарного срока включения испытательного трансформатора.

2. Следует продолжать работу в области функциональной связи между параметрами ЧР и длительной электрической прочностью БМИ. Следует более подробно проверить правильность выбора модели старения с помощью

- анализа растворенных газов при длительных испытаниях и наблюдения за изменением концентрации газов,

- увеличения чувствительности схемы измерения ЧР с целью определения порога электрического старения БМИ,

- увеличения времени до пробоя на основе более низких скоростей повышения напряжения для определения диффузии растворенных газов из-за разности концентрации и изменения состава масла из-за циркуляции.

Указанные направления продолжения работы не могут изменить результаты настоящей работы, а только являются методом их уточнения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бургманн, Манфред, 1983 год

1. Insulation-co-ordination, IEC-Publication 712. pforr Е.А., Schiritzek W.: Differential- und Integralrechnung für Funktionen mit einer Variablen, BSB.B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1980

2. V/ehinger H.: Kurzzeitige Überspannungen in Prüftransformatoren beim Prüflingsdurchschlag, ETZ-A, 99(1978)10,1. S. 599 602

3. Belastungskurve für einen einzelnen Prüftransformator PEOI 350/350 A/k bei Einspeisung mit Schubtransformator SEOM 165/330 sp, Zeichnung 175.405 Bb 12, TUR Dresden

4. Fiebig R.: Erscheinungsform und Mechanismus der Entladungen bei Wechselspannung in Isolierflüssigkeiten im inhohogenen Feld, Diss. 24/66, TU Dresden, 1966

5. McGrath B.Sc., Nelson В.: Optical studies of prebreakdownevents in liquid dielectrics, Proc. IEE, .24 (1977), p. 185т187

6. Техника высоких напряжений, под ред. Д.В. Разевига,"Энергия", Москва, 1976

7. Техника высоких напряжений, под ред. М.В. Костенко, "Высшая школа", Москва, 1973

8. Kulikov I.P., Pintal J.S., Shahgedanova S.M.: Investigation of low-intensity partial discharges in oil-paper insulation in slightly distorted electric field, 3. International Symposium on high voltage Engineering, Milan 28-31.8.79,p. 23-15 . .

9. Пинталь Ю.С., Шахтеданова C.M.: 0 развитии начальных частичных разрядов в многослойной пропитанной изоляции конденсаторного типа, Труды МЭИ, вып. 358, 1978, стр. 28-30

10. Forster Е.О.: Research in the dynamics of electrical breakdown in liquid dielectrics, IEEE Trans.Electr.Insul., 15(1980)3, p. 182-185

11. Sharbaugh A.H., Devins J.С., Rzad S.J.: Progress in the field of electric breakdown in dielectric liquids, IEEE Trans. Electr.Insul., 13(1978)4, p. 249-276

12. Кучинский Г.С.: Частичные разряды в высоковольтных кон. струкциях, "Энергия", Ленинград, 1979

13. Поплавко Ю.М.: Физика диэлектриков,"Вшца школа",Киев,1980

14. Корицкий 10.В.: Основы физики диэлектриков, "Энергия", . Москва, 1979

15. Борисова М.Э., Койков С.Н.: Физика диэлектриков, издательство ленинградского университета, Лениград, 1979

16. Hauschild V/.: Zum Durchschlag stark und schwach inhomogener

17. Felder im Transformetorenöl bei Schaltspannungen, Diss. TU Dresden, 1969

18. Y/olter K.D., Johnson J.F., Tanaka J.: Degradation products analysis for polymeric dielectrics materials exposed to partial discharges, IEEE Trans.Electr.Insul.,13(1978)5,p. 327-336

19. Constantinou Т.Е.: Effects of internal discharges on prospective life and overvoltage-withstand behaviour of e.h.v. oil-impregnated paper bushings, Proc.IEE, 116(1969)5, . p. 834- 846

20. Левит А.Г.: Рабочая напряженность БМИ силовых трансформаторов, Труды ННИПТ, вып. 18, Ленинград, 1972, стр. 168-176

21. Кучинский, Каплан, Мессерман, Грейсух: Бумажно-маслянаяизоляция в.высоковольтных конструкциях, ГЭИ, Москва, 1963

22. Морозова Т.И.: Электрическая прочность внутренней изоляции трансформаторов при длительном воздействии рабочего напряжения, Электротехника, 47/1976/4, стр. 39-43

23. Heinrichs Jj'.w.: Theoretical and statistical dependence of the transformer test regime on the stress-life characteristics of insulation systems, IEEE Trans.Pow.App.Syst., 95(1976)4, p. 1159-1163

24. Ganger В., Maier G.: On electrical aging of oil-impregnated high-voltage dielectrics, IEEE Trans.Electr.Insul.-9(1974)3, p. 308-317

25. Preahauser Th.: Ageing test for hydrocarbon-impregnated kraftpaper.insulation, 3. International Symposium on high voltege Engineering, Milan, 28-31.Ö.79, p. 23-23

26. Liebscher F.: Über die dielektrischen Verluste und die Kurvenform der Ströme in geschichteten Isolierstoffen bei hohen Wechselfeldstärken von 5o Hz, Wiss. Veröff. SiemensWerke, 1942, S. 74 108

27. Марущенко П.И., Морозова Т.И.: Вольт-секундная характеристика поверхностного разряда в трансформаторном масле при длительном воздействии напряжения промышленной частоты, Электротехника, 49/1978/4, стр. 25-28

28. Lampe W., Spicar Е.: Influence of different stress factors on the dielectrics and mechnical strength of oil celluloseinsulation, CIGRE, 1978, p. 15-05

29. SI. Чорноготский B.M., Джунь Л.П., Максимов А.Ф.: Электрическая прочность межкатушечной изоляции силовых трансформаторов,

30. Электричество, /1980/8, стр. 38-43

31. Белицкий В.М., Воеводин И.Д. идр.: Электрическая прочность изоляции силовых трансформаторов высокого напряжения при кратковременных воздействиях, Электричество, /1978/9, стр. 64-68

32. Asenjo Е., Eidelstein G.: Paper-oil-insulation. New definition of damage, IEEE Trans.Electr.Insul., 13(1978)3, p. 179-183

33. Bossi A., Cesari S., Coppadoro F., Yakov S.: Volt-time relationsship for PD inception in oil-paper insulation for UHV-transformers, World Electr. Congress, Moscow, 21-25.6.77p. 2-42 . .

34. Лысаковский Г.Г.: Электрофизические проблемы долговечности и надежности высоковольтного изоляции и изоляционных конструкций, Электричество, /1978/9, стр. 28-33

35. Tanasescu F., Stoica r.î•, Giurgiu G.: Degradarea izolatiei hirtie-ulei sub actinea descarcarilor partile la trans-formatoarele aflate in explatare, Electrtehnica, Bucarest, 23(1975)4, S. 156-161

36. I.Ioser H.P.: Transformerboard, Sonderdruck Scientia Electrica, 1979

37. Ikeda m., Inone T.: Statistical approach to breakdown stress of transformer insulation, 3* International Symposium on high voltage Engineering, Milan, 23-31.3.79, p. 23-13

38. Phung N.D., Fallou B.: Etude des characteristiques spécifiques du viellissement des matériaux dans le transformateurs de distribution, Rev.Gen.Electr., 35(1976)9, p.711-716

39. Hastings N.A.J., peacocock J.B.: Statistical distributions, Butterworth and Co Ltd, London, 1975

40. Bandemer H.,Bellmann A.: Statistische Versuchsplanung, BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1979

41. LTüller p., Neumann P., Storm R. : Tafeln der mathematischen Statistik, Fachbuchverlag, Leipzig, 197943» Y/idmann \'J,: Das Vergrößerungsgesetz in der Hochspannungstechnik, ETZ-A, 35(1964)4, S. 97-102

42. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В.: Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий, "Наука", Москва, 1971

43. Мойсюк Б.Н.: Элементы теории оптимального эксперимента, ч.П, изд. МЭИ, Москва, 1976

44. Иванов А.З., Круг Г.К. Филаретов Т.Ф.: Статистические методы в инженерных исследованиях. Планирование первого порядка для регрессионных экспериментов. Учебное пособие, изд. МЭИ, Москва, 1978

45. Bandemer Н., Bellmann А., Jung W., Richter К.: Optimale Versuchsplanung, Akadimieverlag, Berlin, 1976

46. Pilling J.: Ein Beitrag zur Interpretation der Lebensdauerkennlinien und zur dielektrischen Bemessung und Prüfung von hocrioolymeren Feststoff Isolierungen, Diss. B, TU Dresden,1 976

47. Корн Г., Корн Т.: Справочник по математике для научных работников и инженеров, "Наука", Москва, 1974

48. Beyer О., Hachel Н., Pieper V., Tiedge J.: Wahrscheinlichkeitsberechnung und mathematische Statistik, BSB B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, Leipzig, }9Ö0