Способ повышения электрической прочности жидких диэлектриков в электротехнических устройствах Советский патент 1991 года по МПК H01B3/20 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, в которых в качестве электроизоляционного материала используются жидкие диэлектрики, и может быть применено в устройствах, предназначенных для генерации сильных магнитных полей в термоядерных установках, а также в мощных лазерных установках.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей путем повышения степени использования электрической прочности жидких диэлектриков.

itia фиг.1 изображено устройство для магнитной обработки жидкого диэ Лектрика; на фиг.2 - функциональная схема установки для поддержания элек-

трической прочности диэлектрика в требуемых пределах; на фиг.3-6 - зависимости электрической прочности от линейной скорости кх прокачкч при омагничивании; на фиг.7 - зависимость электрической прочности омагниченно- го трансформаторного масла от времени релаксации.

Устройство для магнитной- обработки состоит и цилиндрического корпуса 1 и подшипниковых 1дитов 2 и 3. Внутри корпуса помещен цилиндрический магнитопровод (статор) 4 с пазами на его внутренней поверхности, в коа ю

со со

1C

о

31629920

орые уложена обмотка 5 и фиксирующие

об ра эл яв но ка пр ци ис ма из ва От ме ка да

ее пазовые клинья 6. Последние выполнены со сквозными отверстиями (каналами) в осевом направлении. Обмотка 5 статора 4 питания от трехфазного источника частотой 50 Гц, линейным напряжением 380 В создает магнитную индукцию в активной зоне величиной 0,17 0,18 Тл.

Внутри статора 4 с зазором установлен ротор 7 с короткозамкнутой обмоткой типа беличья клеогка.

Начала и концы клиньев 6 введены без эазора в отверстия фланцев 8 и 9, которые совместно с подшипниковыми щитами 2 и 3 образуют входную 10 и выходную 11 полости.

К корпусу 1 посредством подшипникового щита 3 неподвижно прикреплен J-корпус-насоса 12, рабочее колесо 13 которого - неподвижно закреплено на валу 14 и приводится им во вращение.

Рабочая полость насоса 12 через отверстие 15 в его корпусе сообщена с входной полостью 10 устройства. В свою очередь, полость 10 посредством клиньев 6 сообщена с выходной полостью 11 устройства.

Устройство работает следующим образом.

При подключении обмотки 5 статора 4 к источнику переменного трехфазного тока в расточке статора создается вращающееся магнитное поле (как в обычной асинхронной электрической машине). Магнитное поле статора 4 при вращении пересекает короткозамк- нутую обмотку iротора 7 и наводит в ней электродвижущую силу, под действием которой в обмотке течет ток. В результате взаимодействия токов обмоток и ротора создается вращающий электромагнитный момент, который приводит ротор 7 и рабочее колесо 13 насоса 12 во вращение.

Насаженное на валу 14 рабочее колесо 13 насоса прокачивает жидкость, которая из насоса через отверстие 1Ь поступает во входную полость 10 и далее в осевые каналы клиньев Ь. Протекая по каналам клиньев 6 в направлении нормали к магнитному полю, созданному обмоткой статора, жидкост подвергается магнитной обработке и поступает в выходную полость 11. Длина активной зоны устройства составляет 78 мм.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Поскольку в процессе магнитной обработки жидкости главными параметрами, определяющими эффект повышения электрической прочности жидкости, являются магнитная индукция В активной зоны устройства и скорость прокачки жидкости через активную зону V при постоянной частоте магнитной индукции, то, как установлено проведенными исследованиями, необходимо для режима, создающего требуемый эффект, произведение этих napatfetpoB поддерживать постоянным, т.е. Вх V const. Отсюда следует, что регулируемым параметром может быть как скорость прокачки жидкости, так и индукция, создаваемая в устройстве.

Установка (фиг.2) состоит из устройства 16 магнитной обработки жидкого диэлектрика, трубопровода 17, ка котором установлены пробоотборники 18 и 19 для подачи жидкости в кюветы с разрядниками 20 и 21, на которые подается пробивное напряжение от высоковольтной установки 22. Электрические сигналы от этих разрядников поступают на датчики 23 и 24 среднего напряжения пробоя, связанные с устройством 25 сравнения. От устройства 2Ь сигнал поступает на регулятор 26 скорости, управляющий потоком жидкости, поступающей из рабочего объема электротехнического устройства 27 в устройство 1Ь магнитной обработки.

Способ повышения электрической прочности жидкого диэлектрика осуществляют следующим образом.

Жидкий диэлектрик из рабочего объема электротехнического устройства 27 по труЬопроводу 17 проходит через устройство 16 магнитной обработки о Датчики 23 и 24 определяют исходный и конечный уровни пробивного напряжения.

Информация об уровне пробивного напряжения поступает на эти датчики от высоковольтной установки 22 через кюветы с разрядниками 20 и 21. Элек-f- рические сигналы от датчиков 23 и 24 сравниваются в устройстве 25 и разность сигналов поступает на регулятор 26 скорости потока, который устанавливает скорость прокачки жидкости через активную зону устройства 16, обеспечивающую максимально возможное или заданное превыпение пробивного напряжения диэлектрика относительно исходного уровня.

пр.п

Датчики 23 и 24 представляют собой аналого-цифровые вычислители среднего уровня пробивного напряжени и обеспечивают выдачу сигналов на сравнивающее устройство 25, формирующее выходной сигнал, пропорцио- ;;альный

ДЕрр.г) Епр.п Е пр.о где Е - - электрическая прочность

неомагниченной жидкости

(исходный уровень); - электрическая прочность жидкости после магнитной обработки; п 1, 2, 3.. .

Указанньй сигнал поступает на регулятор 26 скорости потока. В зависимости от поставленной задачи (получение максимального или заданного превышения напряжения пробоев относительно исходного уровня) может быть предложено два варианта структуры регулятора 26 потока.

В первом случае в структуру регулятора 26 входит запоминающее и арифметическое устройства для вычисления разности /VК Пр. n-и Дкпр.п Если

эта разность положительна, то вырабатывается сигнал на увеличение скорости потока жидкости, например, на одну ступень. Как только разность станет отрицательной, вырабатывается сигнал на уменьшение скорости на ту же ступень.

Для повышения точности работы системы сигнал на увеличение или уменьшение скорости может формироваться согласно зависимости

№ к(АЕпр.пм - АЕпрп) , где &V - приращение скорости потока

обрабатываемой жидкости; К - коэффициент пропорциональности.

Во втором случае на основании предварительно известной кривой ЕПр f (V) в схеме регулятора предусматривается формирователь опорного сигнала, который пропорционален ЕПР-о аА , и работа регулятора осуществляется по принципу сравнения текущего значения Е пл с опорным (С™ зад

Одним из простейших примеров реализации предлагаемого способа является возложение функций датчиков 23 и 24 и устройства 25 сравнения на оператора. В этом случае увеличение скорости прокачиваемой жидкости начинается с минимальной через равные

10

У92СА

промежутки, например череч м/мин, до тех пор, пока AF Пр.п Пр, пи .- Efjp n не станет отрицательной величиной, и оператор уменьшает скорость прокачки на один интервал. Тем самым достигается квазимаксимальное превышение напряжения пробоя относительно исходного уровня. То есть таким путем снимается практически необходи- мая часть кривой электрической прочности жидкого диэлектрика в зависимости от скорости его прокачки через активную зону устройства магнитной j5 обработки при условии, что индукция В const.

Эти зависимости можно снимать на заводе-изготовителе жидкого диэлектрика с отражением в паспорте, продук- 20 та.

Такой подход позволяет определить заданные границы превышения напряжения пробоя и диапазон изменения прокачки жидкости и значительно сок- 25 ратить время настройки необходимого режима работы устройства.

Экспериментальные игследования для подтверждения предлагаемого способа выполнялись с помощьп устройст- JQ ва магнитной обработки (фиг.1). Магнитная индукция в активной зоне устройства составляла 0,17 - 0,18 Тл с частотой 50 Гц.

Для получения желаемого положительного эффекта необходимо, как было установлено, наличие знакопеременного магнитного поля, так как при постоянном магнитном поле достигнуть поставленной цели (повышения электрической .Q прочности) не удалось.

Примерами реализации прелтагаемого способа могут служить результаты магнитной обработки 6 жидких диэлектриков, а именно нефтяных масел типа 45 МС-10, МС-20, МК-8, Б/ЗВ, трансформаторного масла и тройного дистиллята воды (фиг.3-6),

При изменении скорости прокачки нефтяных масел через устройство маг- 5Q нитной обработки от 0 до 6 м/мин наибольшее повышение их электрической прочности достигается в диапазоне 2-4 м/мин (фиг.З и 4).

При изменении скорости прокачки трансформаторного масла от 0 до 12м/с наибольшее повышение его электричес1- кой прочности достигается в диапазоне 7-8 м/с (фиг.5). При изменении скорости прокачки тройного дистиллята

35

55

10

.15

воды от 0 до 14 м/с наибольшее повышение его электрической прочности достигается в пределах 9-11. м/с (фиг.6).

Из полученных экспериментальных результатов следует, что электрическая прочность жидких диэлектриков может быть увеличена на 40-80%. i В связи с тем, что постоянная вре- .мени релаксации Ј , (фиг.7} состав- |Ляет для трансформаторного масла при 8 ч, то для поддержания электрической прочности жидких диэлектриков на уровне заданной, необходимо осуществлять магнитную обработку непрерывно или циклически. Например, для приведенного режима (фиг.5) поддержание электрической прочности на уровне 0,95 ЕПо. длдкс (Фиг.7) Достигается при периодичности магнитной обработки, равной 2ч.

Длительность одного цикла обработки зависит от рабочего объема электротехнического устройства, эффективность сечения трубопроводов активной зоны устройства магнитной обработки и необходимой скорости прокачки„ Например, для трансформатора с масляным охлаждением типа ТМ-630/35 с мае- 30 сой масла 1000 кг при суммарном эффективном сечении трубопроводов активной зоны (устройства магнитной обработки) 3 см и скорости прокачки 9 м/с время полной обработки указан- 35 ного объема составляет примерно 10 мин.

Увеличение электрической прочности жидких диэлектриков на 50% позволяет

Формула изобретени

1.Способ повышения электрическ прочности жидких диэлектриков в эл тротехнических устройствах путем дополнительной их обработки, отл чающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем повышения степени использования электрической прочност жидких диэлектриков, дополнительну обработку осуществляют прокачкой ж кого диэлектрика через устройство магнитной обработки, определяют за висимость электрической прочности диэлектрика от скорости его прокач при постоянном значении магнитной дукции или при постоянной скорости прокачки от значения магнитной инд

20 ции, а затем периодически или непр рывно осуществляют циркуляцию жидко диэлектрика через рабочий объем ус ройства и устройство магнитной обр ботки со знакопеременным магнитны полем, при этом управляют значения скорости прокачки или индукции в с ответствии с установленными зависи мостями.

2.Способ по п.1, о т ,1 и ч а ю щ и и с я тем, что при использован в качестве жидкого диэлектрика тра форматорного масла прокачку осущес вляют со скоростью 7-8 м/с при Mai- нитной индукции 0,17 - 0,18 Тл с ч тотой 50 Гц.

3„ Способ по п.1, отличаю щийся тем, что при использован в качестве жидкого диэлектрика нефт ных масел прокачку осуществляют со

25

увеличить уровень запасаемой энергии до скоростью 2-4 м/мин при магнитной

в накопителях практически в 2 раза или при том же уровне энергии существенно улучшить его массогабаритные характеристики, а также позволяет в 3-5 раз удлинить срок службы диэ- д5 лектрика и повысить надежность электротехнического устройства за счет вое- становления электрической прочности диэлектрика до заданного уровня.

индукции 0,17 - 0,18 Тл с частотой 50 Гц.

4. Способ по п.1, отличаю щ и и с я тем, что при использован в качестве жидкого диэлектрика трой ного дистиллята воды прокачку осуществляют со скоростью 9-11 м/г пр индукции 0,17 - 0,18 Тл с частотой 50 Гц.

0

5

0 35

Формула изобретения

1.Способ повышения электрической прочности жидких диэлектриков в электротехнических устройствах путем дополнительной их обработки, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем повышения степени использования электрической прочности жидких диэлектриков, дополнительную обработку осуществляют прокачкой жидкого диэлектрика через устройство магнитной обработки, определяют зависимость электрической прочности диэлектрика от скорости его прокачки при постоянном значении магнитной индукции или при постоянной скорости прокачки от значения магнитной индук0 ции, а затем периодически или непрерывно осуществляют циркуляцию жидкого диэлектрика через рабочий объем устройства и устройство магнитной обработки со знакопеременным магнитным полем, при этом управляют значениями скорости прокачки или индукции в соответствии с установленными зависимостями.

2.Способ по п.1, о т ,1 и ч а ю - щ и и с я тем, что при использовании в качестве жидкого диэлектрика трансформаторного масла прокачку осуществляют со скоростью 7-8 м/с при Mai- нитной индукции 0,17 - 0,18 Тл с частотой 50 Гц.

3„ Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании в качестве жидкого диэлектрика нефтяных масел прокачку осуществляют со

5

индукции 0,17 - 0,18 Тл с частотой 50 Гц.

4. Способ по п.1, отличаю - щ и и с я тем, что при использовании в качестве жидкого диэлектрика тройного дистиллята воды прокачку осуществляют со скоростью 9-11 м/г при индукции 0,17 - 0,18 Тл с частотой 50 Гц.

№9

L Ь S 8

Изобретение относится к электротехнике, в частности к. устройствам с жидкими диэлектриками, предназначенными для генерации сильных магнитных полей в термоядерных установках, а также в мощных лазерных устройствах. Цель изобретения - расширение технологических возможностей путем повышения степени использования электрической прочности жидких диэлектриков. Жидкий диэлектрик прокачивают через устройство магнитной обработки и определяют зависимость электрической прочности диэлектрика от скорости его прокачки при постоянном значении магнитной индукции или при постоянной скорости прокачки от значения магнитной индукции, периодически или непрерывно осуществляют циркуляцию жидкого диэлектрика через рабочий объем устройства и устройстве паг- ннтноп обработки со знакопеременным магнитным полем, при этом управляют значениями скорости прокачки или индукции в соответствии с установленными Зависимостями. Электрическая прочность возрастает на 40-80%, 3 з.п. ф-лы, 7 ил. а S С

0766391

0 1 Z 5 ft S 6 789/0 VnpyM/c

Фиг.Ъ

Јпр,кВ

П 11 Ю 9

1 2 3 4 S 6 „р,м/мин Фиг Л

i i j

2 3 Ч 5 6 7 8 3 JO Vnp,M/C Фиг. 5

Ј«р,к8 Ю

9

i

г ji

Ч 2345678 9Ю71ПГЗ Vnp,n{c

Фиг. 6

tii

2 Ч В В Ю 12 W 16 18 20 22 24 Т,Ч

Фиг.7