.RU

Образование и поведение пузырьков в трансформаторном масле при вибрации

УДК 537.528


ОБРАЗОВАНИЕ И ПОВЕДЕНИЕ ПУЗЫРЬКОВ В ТРАНСФОРМАТОРНОМ МАСЛЕ ПРИ ВИБРАЦИИ

С.М. Коробейников, д.ф.-м.н., А.В. Мелехов, к.т.н., А.Ю. Рыжкина, А.Л. Бычков, А.А. Зоткин

Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

e-mail kor_ser_mir@ngs.ru
Введение. Известно, что в маслонаполненных реакторах напряжением 500 кВ наблюдается повышенное газообразование по сравнению с трансформаторами [1]. Конструкции реакторов и трансформаторов принципиально отличаются тем, что в реакторе нет вторичной обмотки, а в его магнитной системе имеется немагнитный зазор. Величина зазора изменяется при протекании тока по двум причинам.

Во-первых, за счет магнитного давления будет возникать напряжение в металле и соответственно, изменение немагнитного зазора (относительное удлинение магнитопровода (δl/l)1 = (Bm)2 /(2·μ0·E), где Bm – индукция в магнитопроводе, E – модуль Юнга). Во-вторых, за счет магнитострикции размер магнитопровода должен меняться, соответственно, изменяя и размер немагнитного зазора (относительное удлинение магнитопровода (δl/l)2 = λs, λs константа магнитострикции )

Известно, что реактор работает в режиме, близком к насыщению [2]. Тогда можно положить Bm примерно равным индукции насыщения материала магнитопровода реактора Bm = Bнас~1.5 Тл.. В этом режиме для Е= 2ּ1011 Па [3], (δl/l)1 = 6·10-6, а (δl/l)2 = λs = (0.4-1.5)·10-6 [4].

Оба этих фактора будут приводить к уменьшению магнитного зазора в момент максимума тока и магнитного поля и к увеличению в момент минимума тока. Увеличение зазора приводит к понижению давления в масле внутри зазора, что может способствовать газообразованию, связанному с кавитацией.

Целью данной работы является исследование возможности газообразования в модельных экспериментах, применительно к промышленным маслонаполненным реакторам.
Модельная установка. В модели реактора использовался ленточный броневой сердечник ШЛ 15х25 сталь Э3412(Э320)с регулируемой величиной зазора путем замены немагнитных прокладок из электрокартона разной толщины. Длина магнитопровода lср=12,5 см, число витков-1440. Регулируемое напряжение на реактор поступало от автотрансформатора «ЛАТР». При напряжении более 100 В наступало насыщение сердечника.

Наличие микрозазора в магнитопроводе, а так же ослабленная скоба позволяло обеспечить необходимый вибрационный фон и местные разрежения в объеме масла, необходимые для возникновения процесса кавитации.

Модель реактора располагалась в герметичном оргстеклянном корпусе. Оптическая регистрация динамики микропузырьков осуществлялась видеосъемкой WEB камерой. Для измерения вибраций использовался прибор «Корсар», предназначенный для оценки степени распрессовки магнитопроводов трансформаторов и реакторов. Датчик прибора укреплялся на стенке модели реактора.
Результаты экспериментов. В основных измерениях было использовано недегазированное трансформаторное масло ГК, которое полностью заполняло герметичный объем ячейки.

В экспериментах, проведенных с величиной немагнитного зазора 00 мкм (сечение 00х00 мм) было обнаружено достаточно интенсивное газообразование.

При напряжении U = 240 В (I = 0.4 А) было зарегистрировано 10-20 микропузырьков, находящихся в области немагнитного зазора (см. рис. 2). Характерный радиус пузырьков составлял 40-50 мкм, пузырьки всплывали со скоростью 0.3-0.4 мм/с.

С уменьшением напряжения интенсивность газообразования уменьшалась, а при U < 70 В (I = 0.08 А) пузырьки визуально не наблюдались.



Рис. 2. – Микрофотография пузырьков в области зазора. 1- область зазора; 2- кавитационные микропузырьки.
В спектре вибраций при напряжении 70 В к основной частоте 100 Гц добавлялись несколько более высокие частоты, не превышающие 200 Гц. При напряжении 240 В в спектре появлялось значительное количество высокочастотных компонентов вплоть до частот порядка 1 кГц. Это косвенным образом указывает на развитие кавитационных процессов.

Введение в часть зазора электротехнического картона толщиной 200 мкм приводило к тому, что во всем диапазоне напряжений газообразования не наблюдалось. Использование дегазированного масла так же подавляло процесс газообразования.
Обсуждение результатов. В качестве оценок рассмотрим В реальном зазоре определить, когда жидкость успевает втечь в зазор, когда не успевает втечь, можно рассматривая гидродинамические потоки. Оценим значение скорости жидкости v в зазоре. Изменение объема, рассмотренное выше, происходит за счет возникновения потока жидкости направленного в зазор, либо из зазора. Сделаем оценку для одномерного втекания и вытекания, считая, ширину зазора b много большей, чем глубина a и что зазор изменяется по синусоидальному закону



S – площадь сечения втекающего потока. Подставив, получим окончательное выражение для скорости на выходе из зазора



Оценим каким должен быть перепад давления внутри зазора (между центром и периферией), чтобы жидкость успевала втечь либо вытечь. Для оценки можно воспользоваться решением одномерной задачи о движении жидкости между двумя параллельными плоскостями при наличии градиента давления, меняющегося со временем по синусоидальному закону [5]. Не показывая математических преобразований, приведем окончательный результат для распределения давления в щели немагнитного зазора.



где x – расстояние от центра зазора. Из выражения видно, что давление меняется по синусоидальному закону, причем в глубине зазора давление меняется сильнее. При этом, в какие-то моменты времени оно превышает внешнее давление, а в другие моменты времени оно становится меньше внешнего давления. Что это может означать с точки зрения образования пузырьков? Если давление станет отрицательным, это может привести к кавитации, т.е. разрыву жидкости и образованию пузырьков. В моменты отрицательного давления пузырьки растут, при смене знака давления должны захлопываться. Интересно, что температура внутри пузырьков в зоне схлопывания увеличена, при малом газосодержании она может стать достаточной для разложения материала и свечения этой области (сонолюминесценция). Если газосодержание значительно, то на стадии схлопывания пузырек не исчезает, а остается и даже в среднем растет со временем, так что после нескольких периодов сжатия и растяжения он может всплыть.

При увеличении зазора происходит образование вакуумной полости с характерным объемом Vв ~ h·π·R2, что соответствует радиусу вакуумного пузырька rв ~ (3Vв/4π)1/3 Пузырек заполняется продиффундировавшим газом. Объем газа атмосферного давления, поступивший в пузырек составляет Vг = 4·π·rв2 Кр·(D·τ)1/2, где Кр - коэффициент растворимости, D – коэффициент диффузии, τ – время. Радиус газового пузырька rг ~ (3Vг/4π)1/3. Окончательно получаем:
rг = 1.35·(h·R2)2/9·K1/3·(D·τ)1/6 (3)
Видно, что радиус пузырька сравнительно слабо зависит от начальных условий.

Для h = 1 мкм, R = 1 см, K = 0.09, D = 10-9 м2/с и τ = 5 мс получаем rг = 50 мкм, что согласуется с результатами эксперимента. Уменьшение газосодержания в жидкости ведет к уменьшению радиуса пузырька, а дегазация – K = 0 к отсутствию стационарных пузырьков, что так же подтверждено экспериментально.

В промышленных реакторах площадь немагнитного зазора на несколько порядков больше, чем в данных измерениях, это должно приводить к более интенсивному газообразованию.

Заключение

Таким образом, в результате проведенных экспериментов и теоретических оценок показана принципиальная возможность кавитационного механизма газообразования в маслонаполненных реакторах.
1. Материалы Международной науч.-практ. конф., посвященной 70-летию Виктора Соколова «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы».- Екатеринбург: Издательский дом «Автограф», 2010. – 232 с.

2.

3. Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов — 2-е изд., перераб. и доп. — Киев: Будівельник, 1982 —280 с.

4. Ю. Строганов Снижение шума и вибрации трансформаторов и реакторов в эксплуатации // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт.– 2008. – № 10 – с. 9-20.

5. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учебное пособие. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика. – 4-е изд., стер. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988. – 736 с. – ISBN 5-02-013850-9 (т. VI)

Абстракт.

Приводятся результаты исследований кавитационного механизма газообразования в маслонаполненных реакторах. В модельных экспериментах и расчетах показано, что при определенных условиях в немагнитном зазоре возможно развитие кавитации.

monitoring-soobshenij-smi-ob-obshestvennoj-palate-rf-s-1-dekabrya-po-31-dekabrya-2010-goda-stranica-18.html
monitoring-soobshenij-smi-ob-obshestvennoj-palate-rf-za-avgust-2011-goda.html
monitoring-soobshenij-smi-ob-obshestvennoj-palate-rf-za-iyun-2011-goda-stranica-16.html
monitoring-soobshenij-smi-ob-obshestvennoj-palate-rf-za-noyabr2011-goda-stranica-15.html
monitoring-sozdaniya-i-realizacii-celevih-programm-regionalnogo-razvitiya.html
monitoring-sredstv-massovoj-informacii-1-iyulya-2011-goda.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/kurs-lekcij-2-e-izd-pererab-i-dop-izdatelstvo-fgou-vpo-vgavt-nizhnij-novgorod-2010-stranica-2.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/referat-po-himii-tema-kalij-i-natrij.html
  • predmet.bystrickaya.ru/spisok-analiticheskih-resursov-po-reforme-gosudarstvennogo-upravleniya-v-rf.html
  • control.bystrickaya.ru/diaspornie-obshini-v-rostovskoj-oblasti-formirovanie-tipologiya-problemi-adaptacii-22-00-04-socialnaya-struktura-socialnie-instituti-i-processi.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-26-ya-poluchayu-pismo-agata-kristi.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/porfirij-zhizn-pifagora-kniga-iii.html
  • control.bystrickaya.ru/dzhon-g-nejhardt-govorit-chernij-los-istoriya-zhizni-svyatogo-muzha-iz-plemeni-oglala-siu-peredana-dzhonom-g-nejhardtom-pilayushej-radugoj-stranica-4.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tablica-1-upravlenie-assortimentnoj-politikoj-predpriyatij-optovoj-torgovli.html
  • spur.bystrickaya.ru/konkurs-professionalnogo-masterstva-pedagogov-moj-luchshij-urok.html
  • paragraf.bystrickaya.ru/zakonodatelstva-po-teme-socialnaya-zashita-pensii-kompensacii.html
  • student.bystrickaya.ru/-shan-e-zhang-gye-pa-shangepa-zhang-ye-shes-sde-shan-eshe-de-zhang-gye-ba-shan-eva.html
  • holiday.bystrickaya.ru/novosadyuk-tv-drozdov-vv-komissarenko-aasankt-peterburgrol-i-znachenie-dinamizacii-v-gomeopatii.html
  • textbook.bystrickaya.ru/gotovnost-k-dejstviyam-pri-ugroze-i-vozniknovenii-chrezvichajnih-situacij-vvedenie.html
  • school.bystrickaya.ru/34materialno-tehnicheskoe-obespechenie-prognozirovanie-i-kassovoe-planirovanie-sredstv-federalnogo-byudzheta.html
  • control.bystrickaya.ru/doklad-po-teme-sovremennie-problemi-avarijno-spasatelnih-sluzhb-i-formirovanij-obsluzhivayushih-opasnie-proizvodstvennie-obekti.html
  • composition.bystrickaya.ru/plenarnij-doklad-30-minut-doklad-12-minut-programma-saratov-12-15-sentyabrya-2011-g-nauchnij-sovet-ran-po.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/rasskazov-soderzhanie-absolyutnaya-pustota-predislovie-stranica-29.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/sabati-masati-salauatti-mr-saltin-nasihattau-tjnd-sz-auirip-em-zdegenshe-auirmajtin-zhol-zde.html
  • occupation.bystrickaya.ru/na-zanyatiyah-predlagaetsya-rassmotret-sleduyushie-voprosi-znachenie-pitaniya-v-zhiznedeyatelnosti-cheloveka.html
  • abstract.bystrickaya.ru/10-prirodnie-i-tehnogennie-chrezvichajnie-situacii-shema-territorialnogo-planirovaniya-tambovskoj-oblasti.html
  • education.bystrickaya.ru/116-p-s-proverka-dejstviya-mehanizma-svobodnogo-rascepleniya-rossijskoe-akcionernoe-obshestvo-energetiki-i-elektrifikacii.html
  • pisat.bystrickaya.ru/tempi-rosta-obema-transportnih-uslug-i-uslug-socialnaya-politika-i-socialnaya-rabota-v-oblast-ili-gorod-sibirskogo.html
  • turn.bystrickaya.ru/pervaya-redakciya-turistskie-uslugi-ekskursionnie-uslugi-obshie-trebovaniya.html
  • tasks.bystrickaya.ru/22rinochnaya-kapitalizaciya-emitenta-emissionnih-cennih-bumag-otkritogo-akcionernogo-obshestva.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/referat-kr-soderzhit-poyasnitelnuyu-zapisku-na-23-listah-formata-a4-vklyuchayushuyu-13-risunkov-10-tablic-5-literaturnih-istochnikov.html
  • notebook.bystrickaya.ru/grizlov-vozlozhil-cveti-v-shkole-beslana-grizlov-b-v-monitoring-smi-1-3-sentyabrya-2007-g.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/marketingovoe-issledovanie-rinka-sira.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/uchebnik-serzhanta-motostrelkovih-podrazdelenij-stranica-17.html
  • lesson.bystrickaya.ru/statisticheskaya-harakteristika-deyatelnosti-avtotransportnogo-predpriyatiya.html
  • vospitanie.bystrickaya.ru/vsego-prinyali-uchastie-metodicheskih-rekomendacij-po-razrabotke-publikacii-i-rasprostraneniyu-analiticheskih-dokladov.html
  • education.bystrickaya.ru/3-3-ekologicheskie-voprosi-proizvodstva-28-stranica-5.html
  • nauka.bystrickaya.ru/viktorina-izobrazitelnoe-iskusstvo.html
  • exam.bystrickaya.ru/ya-otkrivayu-ameriku-pavlov-operaciya-sneg.html
  • assessments.bystrickaya.ru/cpc-7uprazhneniya-tekst-kazahstan-universitet-sirdariya.html
  • lecture.bystrickaya.ru/artikl-stranica-13.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.