Наблюдение за состоянием масла в кабельных линиях является основной задачей лаборатории, которая обеспечивает надежную работу маслонаполненных линий. Лаборатория поддерживает необходимый уровень эксплуатационных свойств кабельных масел.
Профилактические испытания линий повышенным напряжением не выявляют полностью дефекты в маслонаполненной изоляции линий, поэтому поддержание требуемого уровня характеристик масла становится важнейшей задачей лаборатории.
Рис. 12.8. Сосуд для измерения диэлектрических потерь в масле (по ГОСТ 6581—75):
1 — нижний электрод; 2 — верхний электрод; 3 — охранный электрод; 4 — прокладки из твердого изоляционного материала с высоким электрическим сопротивлением
В соответствии с [11] основными характеристиками масла являются tg δ , пробивное напряжение, кислотное число, степень дегазации (содержание растворенного газа в масле). Диэлектрические потери в масле характеризуют состояние всей изоляции и обусловливают дополнительный ее нагрев. В кабельных линиях 220 кВ и выше этот нагрев может заметно ограничивать пропускную способность линии. Определение tg δ масла производится согласно
ГОСТ 6581—75 с помощью измерительного моста типа Р-5026 при температуре 100 °С в специальном сосуде (рис. 12.8). Учитывая, что значение tg δ обычно составляет меньше 1 %, отбор масла следует выполнять в условиях высокой чистоты в банки вместимостью 1—1,5 л с притертой пробкой. Проверка кислотного числа, выполняемая по ГОСТ 5985—79, показала малое изменение этого параметра и соответствие его требованиям ГОСТ и ТУ. Определение кислотного числа практически выполняется во время эксплуатации только при возникновении каких-либо сомнений в качестве масла.
Испытание масла на пробой производится согласно ГОСТ 6581—75 и не отличается от испытаний трансформаторного масла, за исключением операции подсушивания некоторых марок масла (С-220, ВК-21), обладающих высокой вязкостью при комнатной температуре. Связано это с тем обстоятельством, что при отборе пробы масла из аппаратуры, особенно в холодное время года, дегазированное масло жадно впитывает воздух (а с ним и влагу), и это вызывает понижение пробивного напряжения, что может привести к ошибочному заключению о годности масла. Подсушивание выполняется в сушильном шкафу при остаточном давлении 133 Па (1 мм рт. ст.) при температуре 100 °С в течение 2 ч, и затем образец масла охлаждается в герметично закрытом сосуде до 60 °С, после чего его заливают в маслопробойник, где выдерживают не менее 30 мин. Пробой производят при плавном подъеме напряжения.
Среди других показателей следует отметить: определение температуры вспышки (согласно ГОСТ 6356—75), температуры застывания, содержания механических примесей (ГОСТ 6370—83), определение прозрачности, которое согласно исследованиям ВНИИКП производят следующим образом. Образец масла подсушивают при остаточном давлении 133 Па (1 мм рт. ст.) и температуре 100 °С в течение 2 ч, после чего охлаждают до (20+5) °С в герметично закрытом сосуде. Просушенное и охлажденное масло наливают на высоту 50 мм в пробирку диаметром 32—34 мм, высотой (135±2) мм со стенками толщиной 1—1,5 мм. К пробирке плотно присоединяют трубку с хлористым кальцием, тщательно закрытую с обоих концов ватой, затем пробирку погружают в сосуд с охлаждающей жидкостью, где выдерживают при (15+1) °С в течение 4 ч. Уровень охлаждающей жидкости должен быть на 5 мм выше уровня масла в пробирке. Масло считается выдержавшим испытание, если при рассмотрении его при дневном проходящем свете не наблюдается появления мути. Одним из важнейших показателей является значение тангенса угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц и напряженности электрического поля 1 кВ/мм после старения масла в присутствии меди при 100 °С в течение 300 ч с доступом воздуха. Старение масла проводится согласно методике ВНИИКП в цилиндрической, химически чистой пробирке диаметром (40+3) мм, высотой около 110 мм или диаметром (20+3) мм, высотой 200 мм.
Испытуемое масло заливают в пробирку в таком количестве, чтобы отношение объема масла к поверхности масла, соприкасающегося с воздухом, было равно шести. Допускается производить старение в конических колбах при том же соотношении объема масла к поверхности, соприкасающейся с воздухом. При старении масла в присутствии меди применяется электролитическая медная проволока (ГОСТ 2112—79). Количество медной проволоки рассчитывается из соотношения 225 см2 площади поверхности меди на 100 см3 масла. К перечисленным выше испытаниям прибегают лишь в случаях каких-либо отклонений в свойствах, обнаруженных в образце масла (имеет очень темный цвет, необычный запах, содержат взвешенные частицы и т. п.). Проверка на старение выполняется при возникновении каких-либо сомнений и главным образом на пробах, отобранных из партий свежего масла, полученного с нефтеперерабатывающего завода.
Проверка содержания растворенного газа в масле выполняется также только для определения качества работы дегазационных установок, и при возникновении каких-либо сомнений в качестве масла в линии. Проверка содержания растворенного газа позволяет обнаружить начавшийся процесс разложения масла в электрическом поле, а своевременное обнаружение газообразования позволит уменьшить объем восстановительных работ на линии. Определение объемного содержания газа в масле производится с помощью прибора (абсорбциометра),схема которого приведена на рис. 12.2. Абсорбциометр состоит из следующих основных частей: мерного стакана, сильфонных вентилей, соединительных трубок, вакуумного шланга. В комплект прибора входят вакуумный насос типа РВН-20 или аналогичный и термопарный вакуумметр типа ВТ-2А (ВТ-3). Вакуумный насос предназначен для вакуумирования мерного стакана. Остаточное давление в нем должно быть не выше 0,65 Па (5-10—3 мм рт. ст.). Объемное содержание газа в масле определяется по давлению газа, выделяющегося из масла, при впуске его в мерный стакан, из которого откачан воздух.
При испытании масла на линии (или в дегазационной установке) прибор присоединяется непосредственно к объекту. Если испытание пробы масла выполняется в лаборатории, то проба масла отбирается в специальный сосуд (см. рис. 12.1) путем присоединения его к объекту, имеющему избыточное давление масла с проливом масла через сосуд в объеме не менее трехкратного объема сосуда. Ввиду того что при перевозке в сосуд может попасть воздух, он должен перевозиться в банке (или термосе), заполненной теплым маслом.
Порядок выполнения измерений следующий:
- откачивается воздух из прибора до остаточного давления 0,65 Па (при закрытых вентилях 3, 4, и открытых всех других, рис. 12.2);
- закрывается вентиль 1, отключается электродвигатель вакуумного насоса с напуском воздуха в насос;
- открывается вентиль 3 (при закрытых вентилях 2, 4) для пролива масла, минуя мерный стакан;
- закрывается вентиль 3, записывается остаточное давление в приборе, открытием вентиля 2 проливается в стакан 100—150 см3 испытуемого масла, после чего вентиль 2 закрывается и записывается остаточное давление по вакуумметру;
- вычисляется объемное содержание газа, приведенного к атмосферному давлению газа в масле (в процентах объема масла), по формуле
где Vп — объем прибора, см3; Vм — объем масла, введенного в стакан, см3; pi — давление до впуска масла, Па; р2 — давление в приборе после впуска масла, Па; ра — атмосферное давление, Па.
Обычно за результат испытаний по содержанию газа в масле принимается среднее из двух последовательных измерений, если результаты этих измерений отличаются друг от друга не более чем на 30 %.
При возникновении ионизационных процессов в кабеле, появлении искровых разрядов внутри муфт в масле появляются газы — продукты разложения масла, которые обнаруживаются анализом пробы масла на хроматографе. Анализ проб кабельного масла на хроматографе позволил в одном случае выявить нарушение контактов в соединениях экрана по изоляции с оболочкой кабеля внутри концевых муфт. Анализ пробы масла с помощью абсорбциометра из этих концевых муфт никаких отклонений не выявил. Хроматографический анализ пробы масла позволяет выявить незначительные объемы газов, растворенных в масле, и поэтому является весьма полезным при восстановлении линии, на которой обнаружен процесс газообразования. При определении ремонтопригодности участков секции, из которой удален кабель, содержащий газ, положительный результат анализа пробы масла на хроматографе подтверждает допустимость монтажа вставки кабеля.
Рис. 12.9. Схема измерений удельных термических сопротивлений грунта:
1 — термопары; 2 — латунный цилиндр; 3 — нагреватель; 4 — образец грунта; 5 — стальной цилиндр: 6 — теплоизолирующие диски; П — потенциометр; ЦН — цепь нагревателя
В процессе эксплуатации линий, проложенных в земле с засыпкой кабелей грунтом, вынутым из траншеи, в отдельных точках трассы могут образовываться места, где грунт имеет повышенное термическое сопротивление. Регулярный отбор проб грунта и их анализ позволяют выявлять эти места и принимать соответствующие профилактические меры. Обычно пробы грунта отбираются с трасс линий, которые загружены на 80—90 %. Кроме того, образцы грунта отбираются в местах пересечения кабельных линий с теплотрассами. Лабораторные исследования удельного теплового сопротивления грунтов выполняются на специальном приборе (рис. 12.9) с использованием нагревателя, создающего тепловой поток через образец с фиксированием перепада температур между двумя изотермическими поверхностями в нем.
Прибор состоит из двух концентрических цилиндров, внутреннего> латунного диаметром 34 и внешнего стального диаметром 142 мм, между которыми располагается образец грунта. В латунном цилиндре помещается нагреватель из нихромовой проволоки, являющийся источником постоянной регулируемой мощности, Вт/см:
где 1 — ток в цепи нагревателя; A; Rн — электрическое сопротивление нагревателя, Ом; I — рабочая длина нагревателя, см.
Нагреватель создает в образце грунта температурное поле. Температура фиксируется термопарами на различных радиусах по обе стороны от нагревателя на глубине 5-6 см (середина образца). Измерения ведутся в стационарном режиме, т. е. по достижении во всех точках образца постоянной температуры. С торцов образец грунта ограничен- теплоизолирующими дисками толщиной 50 мм; в верхнем диске проделаны отверстия для ввода термопар (эти отверстия одновременно являются направляющими для термопар). Высота образца равна 130 мм.. Удельное термическое сопротивление грунта между двумя цилиндрическими изотермическими поверхностями радиусами рассчитывается по формуле
где Т1, Т2 — температура, замеренная термопарами, расположенными на радиусах, °С (среднеарифметическое двух измерений, произведенных по обе стороны от нагревателя на одном расстоянии от него); q — мощность тепловыделения, Вт/см.
Перед расчетом термического сопротивления определяется естественная влажность образца высушиванием пробы до постоянной массы. Пробы грунта высушиваются в сушильном шкафу при 105—110°С до тех пор, пока разница в массе между двумя последующими взвешиваниями будет не более 0,1 %. Влажность к сухой массе, %
где Р1— масса образца до высушивания; Р2 — масса образца после высушивания.
Вариант компоновки основного оборудования лаборатории приведен на рис. 12.10.
В процессе эксплуатации линии возникает необходимость химических анализов грунта или воды, хроматографического анализа масла, металлографического — образцов металла (в основном свинца) и некоторых других анализов.
Рис. 12.10. Компоновка основного оборудования лаборатории.
1 — шкаф для нагревания образца масла; 2 — мост Р-5026; 3 — колпак вытяжной вентиляции
Обычно потребность в таких анализах возникает сравнительно редко и эти анализы выполняются в специализированных лабораториях других предприятий энергосистемы или сторонних организаций.
