Контроль ізоляції трансформаторів методом хроматографічного аналізу газів, що розчинені в маслі

Мета роботи - засвоїти метод хроматографічного аналізу газів, що розчинені в маслі трансформатора з пошкодженою і непошкодженою ізоляцією.

Теоретичні положення

 

У трансформаторах можуть заявлятися такі пошкодження, які спричинюють появу в маслі розчинених газів: перегрів струмоведучих частин і елементів остову і твердої ізоляції; дугові розряди незначної потужності, що не викликають раптового спрацювання газового реле. Початок газовиділення у разі локального нагрівання струмоведучих елементів збігається з температурою кипіння масла. При цьому виникають дрібні газові бульбашки, які розчиняються в маслі, не доходячи до газового реле. Якщо елементи остова і струмоведучих частин трансформатора перегріваються, в маслі розчиняються водень, метан, етилен і етан, оксид і двооксид вуглецю, кисень, азот.

Тверда ізоляція перегрівається, якщо є конструктивні недоліки або внаслідок її забруднення та зволоження. Температура пошкоджених частинок твердої ізоляції нижча за температуру, що виникає під час перегрівання металевих конструкцій. Із твердої ізоляції в масло переходять насамперед оксид і двооксид вуглецю.

Підвищений рівень часткових розрядів у маслі або твердій ізоляції супроводжується виділенням, крім метану, етилену і етану, значної кількості ацетилену й водню.

Таким чином, будь-яке із названих пошкоджень у трансформаторах супроводжується виникненням і розчиненням у маслі різних за складом і кількістю газів.

Запровадження в електроенергетику методів газової хроматографії дало можливість фіксувати гази нарівні тисячних долей відсотку, розчинених в 1мл проби масла. Нагромаджений досвід роботи з хроматографічного аналізу уточнює кількісний і якісний склад газів, розчинених у маслі трансформатора, який не має пошкоджень. Якщо кількість окремих газів у пробі масла збільшується, необхідно вимкнути трансформатор і зробити його ревізію.

Метод хроматографічного аналізу базується на газоадсорбційному розділенні вилучених із трансформаторного масла газів та подальшій фіксації складу газової суміші і кількості окремих її компонентів.

Розчинність газів у рідині відповідає закону Генрі, згідно з яким розчинена кількість газу пропорційна його тиску над розчином. Якщо температура масла підвищується, розчинність газів зменшується, тому для повнішого вилучення газів, розчинених у пробі взятого з трансформатора масла, слід зменшити тиск над маслом і підвищити його температуру.

Розділення вилучених із проби масла газів відсувається під час руху суміші, що аналізується, крізь хроматографічну колонку - металеву трубку, заповнену сорбентом. Просування суміші уздовж колонки відсувається з допомогою газу-носія, звичайно, гелію.

Окремі компоненти суміші сорбуються не однаково, швидкість їх руху вздовж колонки буде різною. Внаслідок цього із колонки до детектора надходить або газ-носій, або бінарна суміш (газ - носій - компонент).

Призначення детектора - перетворення окремих компонентів газової суміші, що надходять на його вхід, на електричні сигнали, що фіксуються на стрічці електронного потенціометра у вигляді послідовно розташованих імпульсів напруги. Ця стрічка дістала назву хроматограми.

Знання подільних властивостей сорбента дає змогу визначити належність окремих імпульсів до того чи іншого компонента суміші, що розділяється. Кількість газу окремого компонента пропорційна амплітуді або площині імпульсу напруги.

 

 

Експериментальна установка і методика виконання роботи

Установка складається з хроматографа типу ЛХМ-8МД, в якому є пристрій для дегазації масла.

На аналіз береться дві проби: перша - напевно чисте дегазоване масло, друга - із резервуара, в якому попередньо проведено серію електричних розрядів.

На рис.11.1 зображено схему пристрою для дегазації масла. Один мілілітр масла набирається у медичний шприц 1 і крізь ввід 3 надходить у посудину 2 для вилучення із масла газів. Прогрівання масла під вакуумом здійснюється протягом 1хв, після чого вакуумний кран 4 переставляється в положення “газ-носій”.

 

 

Рис.11.1 Схема пристрою для дегазації масла

 

Барботування масла дає змогу повністю виділити газ за 30с. За цей час в ємності 6 крана-дозатора нагромаджується строго визначений об’єм газової суміші, який далі крізь кран-дозатор подається в потік газу-носія і рухається у розподільну колонку хроматографа. Вакуумну ємність з'єднано з газовою магістраллю крізь буферну ємність 5.

Блок-схему хроматографа зображено на рис.11.2. Хроматограф складається із балона з гелієм 1, який є газом-носієм, блока 2 підготовки газів, що забезпечує постійний керований потік гелію крізь розподільні колонки і детектор, блока-аналізатора 3, що об’єднує розподільні колонки 10, детектор і термостат, блока 4 керування температурним режимом термостата і установки потрібного струму детектора, пристрою 5 для записування хроматографом, зібраного на базі потенціометра або мілівольтметра типу КСП-4, пристрою 6 дегазації масла. У складі блока 2 є пристрої грубого 7 та тонкого 8 регулювання витрат гелію та фільтр-висушувач 9.

 

 

 

Рис.11.2. Блок-схема хроматографа

 

Детектор хроматографа катарометричного типу 11 фіксує зміну теплопровідності газового середовища навколо нагрітого платинового проводу з визначеним омічним опором у разі зміни складу газового середовища. Робочий струм детектора підтримується незмінним. Провід розміщений всередині ємності, крізь який безперервно протікає газ.

Поява у потоці газу-носія компонента суміші газів, що аналізується, призводить до зміни теплопровідності бінарного газу, тобто умов охолодження проводу, а звідси й до зниження температури й опору. Сигнал, пропорційний опору, після ряду перетворень і підсилення фіксується вимірювальним приладом.