.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
  • literatura.bystrickaya.ru/s-belanovskij-parsons-t-p-18-ostrukture-socialnogo-dejstviya.html
  • spur.bystrickaya.ru/l-p-bokova-poyasnitelnaya-zapiska-kurs-puteshestvie-v-mir-muzeya.html
  • doklad.bystrickaya.ru/vdoklade-na-proshlogodnem-forume.html
  • education.bystrickaya.ru/15-tehnika-bezopasnosti-metodicheskie-rekomendacii-po-vipolneniyu-laboratornih-rabot-po-kursu-ballistika-raketnih.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/klyuchevskij-vasilij-osipovich-2.html
  • studies.bystrickaya.ru/64-socialno-bitovie-usloviya-v-ntgspa-glava.html
  • desk.bystrickaya.ru/otchet-glavi-alekseevskogo-municipalnogo-rajona-o-rabote-za-2010-god-i-zadachah-na-2011-god.html
  • uchit.bystrickaya.ru/teoriya-istinnosti-atarskogo-chast-4.html
  • student.bystrickaya.ru/3byudzhetnie-celevie-programmi-i-neprogrammnaya-deyatelnost-komitet-po-kulture-i-iskusstvu.html
  • school.bystrickaya.ru/ctil-veshaniya-chast-7.html
  • control.bystrickaya.ru/bhagavad-gita-kak-ona-est-stranica-45.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/ter-arakelyan-e-k-mezhdunarodnaya-nauchno-metodicheskaya-konferenciya-prepodavatelej-vuzov-uchenih-specialistov.html
  • knigi.bystrickaya.ru/sorbonnskaya-deklaraciya-25-maya-1998-godao-chem-v-nej-govoritsya-predlagaemaya-chitatelyu-kniga-predstavlyaet-soboj.html
  • holiday.bystrickaya.ru/ob-utverzhdenii-programmi-modernizacii-zdravoohraneniya-lipeckoj-oblasti-na-2011-2012-godi-v-red-postanovleniya-administracii-lipeckoj-oblasti-stranica-4.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-po-istorii-dlya-v-hi-klassov-galiahmetovoj-fidanii-ahlullovni.html
  • lesson.bystrickaya.ru/palestina.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/kationi-vtoroj-analiticheskoj-gruppi.html
  • holiday.bystrickaya.ru/ob-ispolnenii-byudzheta-toguchinskogo-rajona-za-2010-god.html
  • grade.bystrickaya.ru/o-provedenii-konkursa-po-predostavleniyu-nezhilih-pomeshenij.html
  • credit.bystrickaya.ru/otchet-o-rabote-soveta-direktorov-srednih-specialnih-uchebnih-zavedenij.html
  • college.bystrickaya.ru/-l-g-araandi-oblisini-2-kmeletke-tolmaandar-ster-zhnndeg-mamandandilan-audanarali-soti-ariz-berush.html
  • vospitanie.bystrickaya.ru/yuzhnaya-mesopotamiya-ris-46-xviii-safronov-v-a.html
  • nauka.bystrickaya.ru/urok-po-literaturnomu-chteniyu-na-temu-tvorchestvo-samuila-yakovlevicha-marshaka.html
  • institut.bystrickaya.ru/standartizaciya-i-sertifikaciya-tezisi-k-konferencii-v-mguie.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/konspekt-uroka-dlya-4-klassa-tema-imenem-ekaterini-narechyonnij.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/prezidentskaya-programma-podgotovki-upravlencheskih-kadrov-dlya-organizacij-narodnogo-hozyajstva-rf-programma-professionalnoj-perepodgotovki.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/konec-vtoroj-chasti-chast-tretya-yaroslav-chistov.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/avtor-etoj-knigi-oleg-valeckij-rodilsya-v-1968-godu-v-sssr-ukrainec-stranica-4.html
  • turn.bystrickaya.ru/organizacionnie-voprosi-dlya-uchastiya-v-konferencii-neobhodimo-podat-zayavku-po-predstavlennoj-forme.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/konkurs-tslmen-aztezklkfloti.html
  • studies.bystrickaya.ru/dizajn-interer-sovremennie-tendencii.html
  • urok.bystrickaya.ru/programma-disciplini-municipalnaya-vlast-v-kontekste-reformi-mestnogo-samoupravleniya.html
  • notebook.bystrickaya.ru/iii-profilakticheskaya-deyatelnost-respublikanskaya-programma-deti-tatarstana-2005-2007-gg-programmi-i-proekti.html
  • crib.bystrickaya.ru/kamenskij-rajon-v-proshlom-zemli-chastyu-efremovskogo-i-chernskogo-uezdov-nezakonchennij.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/prezentaciya-stendovij-doklad.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.