Повышение срока службы бумажно-пропитанной изоляции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение срока службы бумажно-пропитанной изоляции

Современная электроэнергетика квалифицируется, как фундаментальная отрасль развития человечества [1]. От бесперебойного электроснабжения потребителей различного уровня ответственности (которое, вполне очевидно, связано со стабильной работой силовых трансформаторов - СТ), без преувеличения, зависит жизнедеятельность человека. Поэтому проблема повышения надежности и работоспособности СТ является несомненно актуальной и имеет важнейшее значение для практики. Основной причиной отказов указанного энергетического оборудования (которые зачастую сопровождаются авариями и пожарами) признано старение электрической изоляции на основе пропитанной целлюлозной бумаги (ЦБ), в настоящее время не имеющей для данной отрасли высоковольтной техники конкурентоспособных аналогов. Ресурс СТ определяется состоянием целлюлозного компонента, так как пропитывающий жидкий диэлектрик (менее устойчивый к воздействию эксплуатационных факторов) можно и нужно своевременно заменять. Однако принятый мониторинг параметров масла требует остановки СТ и проводится редко (раз в 5 лет, если трансформатор снабжен фильтрами), а контролируемые показатели не в полной мере отражают реальную ситуацию. Действительно, коагуляция продуктов старения компонентов бумажно-пропитанной изоляции (БПИ) и механических примесей приводит к образованию и осаждению шлама (в том числе - на обмотках трансформатора [2], что чревато ростом электропроводности твердой изоляции), в то время как значение диэлектрических потерей масла оказывается заниженным. В этих условиях достоверный прогноз срок службы СТ весьма затруднен, тем более, что их ресурс, как известно [1], определяется не столько временем, сколько режимом эксплуатации, который в большей степени непредсказуем. Следовательно, для повышения срока штатного функционирования одного из основных (и дорогостоящих) элементов энергосистем - силовых трансформаторов необходим непрерывный мониторинг пропитывающей среды и совершенствование электрофизических свойств трансформаторной бумаги.

Решению первой задачи может способствовать применение непрерывного оптического контроля, в том числе - на базе предлагаемого нами метода с использованием волоконно-оптического осветителя [3]. Что касается целлюлозного компонента, то его уникальной отличительной особенностью является тот, хорошо известный, факт, что основные электрические характеристики электроизоляционной бумаги (ЭИБ) в процессе эксплуатации практически не изменяются. Однако целлюлоза имеет низкую нагревостойкость: термоокислительная деструкция ЭИБ приводит к снижению средней степени полимеризации макромолекул целлюлозы и механической прочности материала (вплоть до его физического разрушения). Следовательно, необходим поиск путей повышения устойчивости бумаги к длительному воздействию повышенных температур, одним из которых может являться модификация целлюлозной основы структурообразующими компонентами.

Достаточно давно известен способ структурирования целлюлозной основы ЭИБ биополимером хитозан (Сh) - полным структурным аналогом целлюлозы, получаемым в основном из хитина панцирей ракообразных [4]. Однако эффективность композита, как диэлектрика, существенно зависит от технологии введения Сh. Результаты исследований, представленные в настоящей публикации, посвящены новому виду модификации. Предлагается технология получения электроизоляционной бумаги [5], при которой полотно ЭИБ формируется двумя видами целлюлозы: традиционной растительной - РЦ (а именно, хвойной электроизоляционной целлюлозой сульфатной варки) и бактериальной (БЦ), синтезируемой в виде нано-гель-пленки особыми бактериями (в нашем случае - Acetobacter Xylinum) на субстратах, содержащих источники углерода, азота, витаминов и воду. Таким образом, целлюлозная основа ЭИБ состоит из волокон, характеризующихся не просто сродством, а являющихся химически идентичными компонентами различного природного происхождения. В настоящее время БЦ эффективно используется, в частности, в медицине и отличается от: высокой упорядоченностью структуры (вследствие прямолинейного движения бактерий в питательной среде); предельной малой толщиной волокна (0,01 - 0,1 мкм); тончайшей пористостью; повышенной химической чистотой, степенью кристалличности и механической прочностью. Вследствие перечисленных особенностей биополимера можно было ожидать и более высокую термостабильность модифицированной электроизоляционной бумаги по сравнению с прототипом традиционного исполнения.

При проведении сравнительных испытаний на устойчивость бумажно-пропитанной композиции к длительному воздействию повышенной температуры в качестве прототипа (образец №1) была выбрана ЭИБ промышленного изготовления из электроизоляционной целлюлозы сосны сульфатной варки (РЦ). Одновременно испытывались опытные виды бумаги, изготовленные в ЛТА:

№2 - из 100% БЦ; №3 - из 90% РЦ + 10% БЦ.

Для указанных видов бумаги оценивалась кратковременная электрическая прочность - Е_пр в системе электродов шар (диаметром 6 мм) - плоскость (диаметром 20 мм) - рисунок 1. Одновременно проводилось термостарение при температуре 140єС в воздушной среде (в ходе которого оценивался предел механической прочности на разрыв - у_р) и в среде трансформаторного масла марки ГК в условиях каталитического влияния меди (рис. 2). На рисунке 3 представлены микрофотографии фрагментов рассматриваемых видов ЭИБ после 220 часов старения.

Приведенные результаты наглядно иллюстрируют перспективность предлагаемого вида модификации, так как обеспечивают повышение как электрической, так и механической прочности ЭИБ.

Рис. 1. Функции нормального распределения E_пр

Рис. 2. Зависимости предела механической прочности на разрыв образцов ЭИБ от времени термостарения

Рис. 3. Микрофотографии (х 400) фрагментов ЭИБ состава: 1 - 100% ЭИЦ; 2 - 100% БЦ; 3 - 90% ЭИЦ + 10% БЦ

Литература

изоляция силовой трансформатор целлюлозный

1. А. Лоханин. Обзор докладов, представленных на 43 сессии международной конференции СИГРЭ по тематике исследовательского комитета А2 «Трансформаторы» // Электроэнергия. Передача и распределение. - 2010. - №3.

2. Васин, В.П. Ресурс изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов / В.П. Васин, А.П. Долин // Электро. - 2008. - №3. - С. 12 -17

3. К вопросу о диагностике состояния трансформаторного масла в процессе эксплуатации / А.Ю. Савина, Д.В. Кизеветтер, Н.М. Журавлева, А.В. Воробьев // НТВ СПбГПУ: Издво Политехн. ун-та. - 2013.-Т.3 (178). - С. 118 - 125.

4. Способ изготовления электроизоляционной бумаги и картона /М.Н. Морозова, Н.М. Журавлева, Н.П. Осипова, Г.В. Михайлова, Д.М. Фляте, В.И. Ратников // АС №1067114 от 15.01.84. Бюл. №2.

5. Способ получения электроизоляционной бумаги: пат. 2415221 Российская Федерация: МПК D 21 Н 27/12/ Н.М. Журавлева, Б.И. Сажин, Е.Г. Смирнова, А.К. Хрипунов, Т.В. Ткаченко. - заявл. 30.04.2010.; опубл. 27.03.2011.

Размещено на Allbest.ru