Масло диэлектрик: Проводит ли масло электрический ток?

Содержание

Проводит ли масло электрический ток?

Моторные и трансформаторные масла Основные отличия

Моторное масло не является проводником электрического тока. Однако в связи с наличием присадок и влаги оно имеет куда более низкое напряжение пробоя, чем трансформаторное. Именно поэтому автомобильные масла нельзя заливать в силовые и измерительные устройства.

По сопротивлению масла можно судить о степени его отработки и даже о состоянии двигателя.

Рассмотрим, чем отличаются автомобильные и трансформаторные масла, а также какие функции выполняют последние.


Отличия автомобильных и трансформаторных масел

Машинное масло отличается от трансформаторного своим составом и областью применения. Автомасла бывают синтетическими, полусинтетическими и минеральными. К их базовой основе добавляются различные присадки, которые позволяют повысить эксплуатационные свойства продукта.


В реальной жизни моторные масла могут проводить ток, если они плохо осушено и содержат немного влаги из воздуха. Однако это исключение из правил.

Трансформаторные масла характеризуется, прежде всего, отсутствием примесей и воды. Именно поэтому они применяется в трансформаторах, реакторах, масляных выключателях, прочих силовых и измерительных устройствах не для смазывания, а в качестве диэлектрика.

Визуально отличить машинное масло от трансформаторного довольно сложно, но возможно. Автомобильные жидкости имеют более вязкую структуру и образуют пленку даже на пальцах руки. Трансформаторные, наоборот, очень легкие и хорошо стекают с поверхностей, оставляя лишь незначительные следы.


Роль масла в силовых трансформаторах

Надежная работа высоковольтных трансформаторов обусловлена применением масла, выполняющего следующие функции:

  • Охлаждение: во время скачков напряжения температура трансформаторных обмоток увеличивается, что требует их надлежащего охлаждения
  • Электрическая изоляция: масло действует как изолятор между обмотками, увеличенное сопротивление помогает избежать короткого замыкания
  • Обеспечение безопасности: индикатор температуры масла описывает внутреннее состояние трансформаторного бака, при появлении бурного газообразования, которое может привести к короткому замыканию, подается сигнал на отключение подачи газа

В трансформаторах мощностью 50-500 кВА применяют бумажно-масляную изоляцию, в основе которой лежит изоляционная бумага, пропитанная маслом. В трансформаторах мощностью до 20-30 кВА используют большие сварные конструкции из стального листа с многочисленными трубами, параллельно выходящими из одной или нескольких сторон.

Магнитопровод с обмотками помещается в трубчатый бак. Масло окружает электрические обмотки и забирает их тепло. Путем конвекции в горячем виде оно поднимается в верхнюю часть трубы, охлаждается и опускается вниз, стекая обратно в резервуар с более низкой температурой. Затем все повторяется по той же схеме.


Направленное масляное охлаждение обеспечивает равномерную теплоотдачу между обмоткой и маслом, которое имеет очень хороший коэффициент теплопроводности и высокую точку кипения. Именно поэтому оно остается жидким внутри трансформатора.

Химическая стабильность является весьма важным показателем, характеризующим стойкость масла вне зависимости от времени.

Трансформаторное масло обеспечивает гашение дуги. Изоляция сокращает потери меди за счет нагрева, уменьшает шум, создающийся в трансформаторе, приводит к снижению уровня вибрации.

Диэлектрические свойства гидравлических масел HYDREX™ и ENVIRON™

Гидравлические масла, используемые в гидравлических приводах автомобилей-вышек, должны иметь низкую электропроводность. Это связано в первую очередь с фактором работы рядом с источниками электричества. Хотя в отношении гидравлических масел не установлен минимальный отраслевой стандарт для напряжения пробоя диэлектрика, в этой отрасли (включающей применение трансформаторных масел) действуют очень жесткие требования и принят стандартный приемлемый уровень 30 кВ.

Гидравлические масла Petro-Canada производятся с учётом требований данного стандарта.

Для измерения напряжения пробоя диэлектрика разработано стандартное промышленное испытание ASTM D877. Диэлектрик — это изолирующая среда, находящаяся между двумя источниками электричества и отличающаяся плохой электропроводностью.

Способность гидравлического масла выдерживать высокое напряжение гарантирует более безопасную рабочую среду для персонала, занятого на подъемных работах. Компания Petro-Canada Lubricants использует технологию глубокой гидроочистки нефти HT Purity Process, что позволяет добиться показателя чистоты масел 99,9%. Это важно, поскольку наличие в масле воды или других загрязняющих примесей существенно снижает его изоляционные качества.

В таблице ниже можно увидеть, что гидравлические масла Petro-Canada HYDREX и ENVIRON, благодаря своему составу, имеют высокое значение напряжения пробоя диэлектрика.

Напряжение пробоя диэлектрика, кВ (ASTM D877)

HYDREX AW HYDREX MV HYDREX XV HYDREX AV Arctic 15 HYDREX EXTREME ENVIRON AW ENVIRON MV
44 48 — 58
38 45 52
46 — 58
52

Подробнее техническая сторона вопроса освещена в новом бюллетене компании, ознакомиться с которым можно по данной ссылке

Чистые масла

НАЗВАНИЕ ПРОДУКТА ОПИСАНИЕ ПРОДУКТА
1 Statac ALU Охлаждающая жидкость использующаяся при резке
2 Statac HFS Масло для металлообработки (притирка, супер отделка и мелкое измельчене)
3 Statac HF Растворитель рафината с добавками для увеличения свойства натурального масла. Может использоваться как СОЖ
4
Statac HMS
Охлаждающая жидкость, подходит для измельчения твердых металлов
5 Statac ME-2Statac ME-5Statac ME-10 Масло с очень низкой вязкостью для точной механической обработки металлов. Продукт не содержит хлор, ПХД, ПХТ, TCDB
6 Statac ME-22Statac ME-32Statac ME-46 Данное масло подходит для обработки железа, легких и цветных металлов
7 Statac DCF Масло с низкой вязкостью, предназначено для резки и обработки высоколегированных сплавов стали
8 Statac MCF Минеральное масло масло без хлора с повышенной вязкостью. Подходит для вытачивания деталей из стали и цветных металлов всех видов
9 Statac RCF Сильно активная смазочно-охлаждающая жидкость с хлором, особенно хорошо сочитающаяся с обработкой тяжелых металов и прочных высоколегированных сталей
10 Statac RS Хлор содержащий продукт, очень мощная смазочно-охлаждающая жидкость с хорошей адгезией
11 Statac CF-1 СОЖ, хлор содержащий продукт для резки
12 Statac CF-3 Смазочно-охлаждающая жидкость для обработки материалов с пределом прочности выше 100 кг / см ²
13 Statac RX-2 Охлаждающая жидкость с хлором для резки высоколегированных сталей
14 Statac TLB Высокопроизводительное масло для глубокого сверления очень твердых материалов, высоколегированных сталей
15 Statac STZ Смешиваемая с водой смазочно-охлаждающая жидкость для резки
16 Statac LS 90 Продукт может быть использован в качестве смазочно-охлаждающей жидкости для бесстружечной резки и сверления
17 Statac VD 107 Смешиваемая с водой смазочно-охлаждающая жидкость , которая разработана специально для операций по штамповке листового металла
18 Statac BD 146 Прозрачное масло, подходит для обработки железа и цветных металлов.
Данный продукт является биологическим
19 Finkol 70, 80 und 125 Масло-диэлектрик для электрической обработки металлов 

Трансформаторные масла Total | Авто Индастри

    Трансформаторы — одна из важнейших составляющих любой системы электроснабжения. Масло в маслонаполненных трансформаторах выполняет несколько функций — диэлектрика, системы охлаждения и др. В связи с чем к маслам предъявляются серьёзные требования — изолирующая способность, хороший отвод тепла, отсутствие примесей(чистота) и другие. В ассортименте Total Lubrifiants — есть трансформаторные масла подходящие для большинства маслонаполненных трансформаторов, реостатов и контуров предохранителей.

Высокая изоляционная способность. Очень высокая устойчивость к окислению, длительный срок эксплуатации. Особенно рекомендуются для трансформаторов, автоматических прерывателей, электромагнитных пускателей и другого высоковольтного оборудования.

Тип: Нафтеновое минеральное масло (неингибированное)
Вязкости соответствуют ISO VG (DIN 51519, ISO 3448): 10
Одобрения производителей: IEC 60296:2003, BS 148 классы I и II

Техническое описание(TDS) Total Isovoltine II


Высокая изоляционная способность.  Содержит ингибитор окисления. Очень высокая устойчивость к окислению, длительный срок эксплуатации. Особенно рекомендуются для трансформаторов, автоматических прерывателей, электромагнитных пускателей и другого высоковольтного оборудования.

Тип: Нафтеновое минеральное масло (ингибированное)
Вязкости соответствуют ISO VG (DIN 51519, ISO 3448): 10
Одобрения производителей: IEC 60296 : type I

Техническое описание(TDS) Total Isovoltine II


Биоразлагаемое масло с высокой изолирующей способностью. Очень хорошая окислительная стабильность. Неопасно для водной среды. Высокое значение температуры вспышки. Экологичная альтернатива минеральным и силиконовым маслам, применяемым в трансформаторах, реостатах и размыкателях.

Тип: Синтетическое масло на основе эфиров

Вязкости соответствуют ISO VG (DIN 51519, ISO 3448): 22
Одобрения производителей: IEC 61099, IEC 61100 – класс K3, Биоразлагаемый продукт в соответствии с OECD 301B NWG

Техническое описание(TDS) Total Isovoltine BIO


За подробностями, подбором масел для техники и с другими техническими вопросами обращайтесь в компанию Авто Индастри.

Лабораторная работа 4. Определение электрической прочности жидких диэлектриков



из «Лабораторные работы по электроматериаловедению »

Для повышения электрической прочности изоляции, трансформаторов, кабелей и бумажных конденсаторов применяют жидкие диэлектрики (трансформаторное и конденсаторные масла, совол, октол, калория-2 ). Трансформаторное масло используют как диэлектрик в различной высоковольтной аппаратуре, В трансформаторах масло является также охлаждающей средой, в масляных выключателях — дугогасящей средой. [c.30]
Масло характеризуется достаточно высокой электрической прочностью (12—20 кв/мм), малыми диэлектрическими потерями, удовлетворительной теплопроводностью (0,0015 вт/см-град). Оно, как и другие жидкие диэлектрики, способно восстанавливать свою электрическую прочность после пробоя. Это масло можно очищать и сушить, тем самым восстанавливая его электроизоляционные свойства. [c.31]
Трансформаторное масло стареет (окисляется) под влиянием кислорода воздуха, высокой температуры и солнечного света. Процессу старения масла способствует соприкосновение его с лаковой изоляцией и металлами (особенно с медью). Масло обладает гигроскопичностью, понижающей его электрическую прочность. [c.31]
Одной из наиболее важных электрических характеристик жидких диэлектриков является их электрическая прочность пр. [c.31]
Н —толщина испытываемого слоя жидкого диэлектрика (расстояние между электродами), мм. [c.31]
Величина пробивного напряжения зависит от формы и размеров электродов, расстояния между ними, давления и температуры жидкого диэлектрика, характера приложенного напряжения (постоянное, переменное), степени загрязнения масла волокнами, водой и другими примесями. Снижение электроизоляционных свойств жидкого диэлектрика может привести к аварии в электрической установке, поэтому для обеспечения нормальной работы маслонаполненной аппаратуры периодически проверяют качество диэлектрика и, в первую очередь, его электрическую прочность. [c.31]
Для испытания электроизоляционных жидкостей и, в частности, трансформаторного масла на электрическую прочность применяют аппарат АМИ-60 и АИМ-80. [c.31]
Испытание производят в специальном фарфоровом сосуде 3 (рис. 24), заполняемом испытываемым маслом 2 и содержащим два латунных электрода 1. Электроды для испытания жидких диэлектриков изготовляют диаметром 25 мм и толщиной 8 мм. [c.31]
Кромки дисков имеют радиус закругления 2 мм. Расстояние между электродами устанавливают, вращая их проверяют его щупом для измерения зазора. Потемневшие при работе электроды перед испытаниями полируют замшей. [c.32]
Напряжение повышать до тех пор, пока не произойдет полный пробой масла, сопровождающийся появлением сплошной искры между электродами в масле. При этом стрелка вольтметра стремится к нулю. Пробивным напряжением считают наибольшее напряжение в момент, предшествующий пробою. [c.32]

Вернуться к основной статье

Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 5 / Хабр

Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части продолжаем разбирать диэлектрики, часть посвящена органическим полусинтетическим диэлектрикам: бумаге, шелку, парафину, маслу, дереву.


Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Бумага, картон

Различные сорта бумаги (Например: Бумага конденсаторная, Бумага кабельная, Бумага телефонная, Бумага крепированная, различных марок.) широко использовались в электротехнике, начиная от тонкой конденсаторной бумаги (толщина такой бумаги может быть 1 мкм, ГОСТ 1908-88), в качестве диэлектрика обкладок конденсаторов, заканчивая толстым электрокартоном, из которого изготавливались корпуса катушек у трансформаторов. Появление дешевых полимерных пленок практически полностью вытесняет бумагу из основных применений.


Металло-бумажные конденсаторы и их содержимое — толстый цилиндр из туго свитой бумаги с металлизацией.

Бумага обладает большим недостатком — гигроскопичностью, втягивая из воздуха воду, электроизоляционные свойства снижаются, поэтому чаще всего её пропитывают воском, трансформаторным маслом и т.п. На текущий момент вытеснена из множества применений пластиковыми пленками и листами.


Содержимое другого бумажного конденсатора. Видна парафиново-масляная пропитка. Сам конденсатор изолирован от стенок толстым электрокартоном.

Бумага за счет своей волокнистой структуры хорошо поддается пропитке и хорошо удерживает жидкие диэлектрики. Относительным преимуществом бумаги является термостойкость, с ростом температуры бумага не расплавится и не потечет, а только обуглится.


Трансформатор от микроволновой печи, изоляция обмоток от сердечника сделана из бумаги с последующей пропиткой.

Шёлк

Под шёлком обычно подразумевается синтетическое волокно. Чаще всего применяется как

дополнительная к основной изоляция.


Провод марки МГШВ (МГШВ — Монтажный Гибкий (многопроволочная жила) Шёлковая изоляция, Виниловая изоляция.) имеет две изоляции — из полиэфирной нити и из ПВХ.


Катушка обмоточного провода марки ПЭЛШО (ПЭЛШО — Провод с Эмалевым Лакостойким покрытием и Однослойной Шёлковой обмоткой.)

Также в декоративных целях провод может иметь наружную оплетку из искусственной нити
— из нейлона, капрона.

Воск, парафин

Используется для пропитки трансформаторов, особенно с бумажной изоляцией. Такой трансформатор при перегрузке начинает «плакать» парафином — это верный знак что его стоит выключить, так как дальше будет хуже.

Общая тенденция по уменьшению габаритов техники и ростом рабочей температуры заставляет производителей заменять легкоплавкий парафин на синтетические компаунды.

При отсутствии доступа к полимерным заливочным составам, пропитка изделия парафином
— самый доступный способ повышения стойкости изделия к влаге среди самодельшиков. Тепловая и механическая стойкость близки к нулю. Чтобы при пропитке внутри не осталось
пузырей воздуха, по возможности это лучше делать в вакууме.

Трансформаторное масло

Жидкий диэлектрик. Трансформаторное масло — это масло высокой степени чистоты и низкой

вязкости. Используется как диэлектрик и теплоноситель в электрических машинах, транс-

форматорах.

Внимание! Трансформаторное масло может содержать достаточно токсичные присадки (В том числе в виде загрязнений, достаточно плохо промытой тары. ), в т.ч. крайне токсичный полихлорбифенил. Поэтому самое глупое, что может прийти в голову — это использование трансформаторного масла не по назначению — в качестве топлива, смазочного масла и т.д. Старый трансформатор может содержать чистый полихлорированный бифенил (выпускался, например, под названием «совол» или «совтол» ). В настоящее время применение полихлорированных бифенилов в новых трансформаторах запрещено, но старые трансформаторы и масляные конденсаторы встречаются повсеместно.

«Утопить» в трансформаторном масле трансформаторы и прочие компоненты — самый простой способ наладить охлаждение и повысить электрическую прочность при самостоятельной сборке высоковольтных устройств (для питания трансформатора Теслы, рентгеновских трубок и т.д.) Основное преимущество этого способа — масло заполняет все промежутки, даже сложной формы, и избавиться от пузырей воздуха значительно легче, чем при заливке парафином или эпоксидной смолой.

Прозрачность масла, его лучшая, по сравнению с воздухом теплопроводность, используется иногда при моддинге ПК — все компоненты компьютера — материнская плата, процессор, блок питания и т. д. кроме HDD и носителей информацией, устанавливаются в аквариуме и заливаются прозрачным маслом (гуглить картинки на «Моддинг в масле»).

Фанера, ДСП

Широко используемый материал, правда почти не применяемый в электронной технике. Представляет собой шпон дерева (фанера) или опилки (ДСП — древесно-стружечная плита) склеенные фенолформальдегидной смолой, и спрессованные в плиты. Фанера — более прочный материал, чем ДСП. Благодаря взаимо перпендикулярной ориентации направления волокон в слоях, фанера обладает равной прочностью во всех направлениях, что делает фанеру достаточно прочным материалом. Раньше из фанеры изготавливали корпуса приборов (старые ламповые телевизоры имели корпус из фанеры/ДСП). Но горючесть, набухание от влаги сыграли свою роль и данный материал более массово не используется. Фанера, МДФ (древесное волокно проклеенное карбамидформальдегидными смолами) до сих пор используются для изготовления корпусов аудио аппаратуры — колонок, усилителей, где важны акустические свойства материала, а также, вместе со шпоном ценных пород дерева, для украшения дорогостоящей техники.

Тем не менее фанера — удобный материал в прототипировании низковольтных устройств, и многие коммерчески успешные на рынке устройства когда-то были кучкой железок, собранных на фанерке. С появлением лазерных резаков фанеру стали широко использовать любители для изготовления корпусов устройств и несложных механических конструкций, так как достаточно просто сделать на компьютере чертеж, по которому резак вырежет все детали автоматически.

В продаже встречается фанера тополя, бука и березы разных сортов. Сорт фанеры обозначается двумя цифрами через дробь, например 2/4, что значит, что лист фанеры 2-го сорта с одной стороны и 4-го сорта с другой. Высшие сорта — гладкие и без сучков, пригодны для изготовления мебели, наклейки шпона. 3-й сорт может иметь крупные сучки, а 4-й — вообще дырки от выпавших сучков, что делает его пригодным разве что для заборов. Однако из большого листа плохой фанеры можно попытаться выбрать хороший кусок. Для лазерной резки и выпиливания лобзиком используют в основном тополь, мягкий и дающий очень гладкую поверхность при шлифовании. Более твердая и дорогая береза годится для прочных рам, толстых корпусов, мебели. Листы такой фанеры бывают до 40 мм толщиной и представляют собой по сути готовую столешницу для верстака, надо только скруглить кромки. Существует водоупорная фанера (обычно ламинирована в коричневый цвет и с одной стороны часто с рифлением, чтобы стоящие на ней предметы не скользили), гибкая фанера и фанера, покрытая прямо на заводе шпоном ценных пород дерева. Купить все это можно на специализированных фирмах, в обычных магазинах такое продают крайне редко.

В следующей части полностью синтетические органические диэлектрики (пластмассы).

Ссылки на части руководства:

1

: Проводники: Серебро, Медь, Алюминий.


2

: Проводники: Железо, Золото, Никель, Вольфрам, Ртуть.


3

: Проводники: Углерод, нихромы, термостабильные сплавы, припои, прозрачные проводники.


4

: Неорганические диэлектрики: Фарфор, стекло, слюда, керамики, асбест, элегаз и вода.


5

: Органические полусинтетические диэлектрики: Бумага, щелк, парафин, масло и дерево.


6

: Синтетические диэлектрики на базе фенолформальдегидных смол: карболит (бакелит), гетинакс, текстолит.


7

: Диэлектрики: Стеклотекстолит (FR-4), лакоткань, резина и эбонит.


8

: Пластики: полиэтилен, полипропилен и полистирол.


9

: Пластики: политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и силиконы.


10

: Пластики: полиамиды, полиимиды, полиметилметакрилат и поликарбонат. История использования пластиков.


11

: Изоляционные ленты и трубки.


12

: Финальная

Выделенные серверы под водой, буквально!? Перспективы разведения рыб в серверах?!

Все мы знаем, что вода и электроника — опасное сочетание, но так ли всегда? Способны ли современные технологии изменить это представление?

В этой статье мы рассмотрим возможность, преимущества и недостатки размещения серверов в жидкости и обсудим возможные проблемы эксплуатации. Покажем, как это все может выглядеть на практике и реально работать. А также обсудим вопрос, почему в серверах могут или не могут плавать рыбы 🙂

Долгое время потери энергии и затраты на охлаждение при эксплуатации серверов не давали покоя многим, в том числе и нам, так как количество используемых нашими абонентами серверов постоянно стремительно растет, мы все больше задумываемся о создании собственного центра обработки данных (ЦОДа) в обозримом будущем. И когда свыше половины энергии, потребляемой всем ЦОДом, расходуется на охлаждение воздухом, благодаря которому можно не более чем с коэффициентом эффективности 1.7 отвести выделяющееся тепло от оборудования, вольно не вольно задаешься вопросом, а как можно повысить эффективность охлаждения и минимизировать потери энергии?

Из курса физики известно, что воздух — крайне не эффективный проводник тепла, так как его теплопроводность в 25 раз ниже теплопроводности воды. Он скорее более пригоден для теплоизоляции, нежели для теплоотвода. А еще у него очень небольшая теплоемкость, а значит, что его постоянно нужно интенсивно перемешивать и поставлять большими объемами для охлаждения. Другое дело — вода и жидкости. Именно их используют в системах охлаждениях ЦОДов в виде теплообменника, чтобы повысить общий коэффициент эффективности, однако непосредственно с серверами жидкости не контактируют, только через воздушную прослойку и/или радиатор (для охлаждения чипсета к примеру), что позволяет повысить мехнический коэффициент эффективности системы охлаждения (mPUE) до 1. 2 или даже до 1.15 при использовании внешней среды в целях охлаждения.

Но как охладить сервер наиболее эффективно? Выход только один — поместить его полностью в жидкость (разумеется диэлектирик), желательно с как можно большей теплопроводностью и теплоемкостью, которая не будет оказывать негативного влияния на компоненты сервера. И таким диэлектриком может быть минеральное масло. Идея, увы и к счастью, оказалась не нова — ее уже несколько лет разрабатывают и реализуют несколько компаний в различных вариациях и с различной эффективностью. Современные технологии позволяют построить «подводный» Дата Центр! Но какие преимущества и недостатки этого решения?

Преимущества и недостатки размещения серверов в жидкости

Охлаждение в жидкости уже сейчас экономит до 95 процентов электроэнергии, которая обычно используется для охлаждения в Дата Центрах и, как следствие, до 50% всей энергии, которую потребляет Дата Центр.

Система охлаждения в жидкости позволяет сэкономить до 60% средств при строительстве Дата Центра, так как нет необходимости в закупке дорогостоящих чиллеров, HVAC (heating ventilation air cooling) систем, строительстве холодных/горячих коридоров, применении фальшпола и т. п.

SSD-диски могут быть погружены в охлаждающую жидкость, разумеется сохранив при этом работоспособность :), без каких-либо модификаций, как в прочем и остальные стандартные компонены серверов, за исключением жестких дисков. Для жестких дисков потребуется использование дополнительных приспособлений, ведь они не будут способны эффективно вращаться в жидкости.

Так как охлаждающая жидкость является диэлектриком (не проводит электричество) — нет необходимости сушить серверы и осушать всю систему для проведения работ в шкафу или с конкретным сервером. Тем не менее эта жидкость должна быть не токсична, без запаха (с минимальным испарением) и не быть агрессивной по отношению к компонентам сервера, к примеру не растворять каучуковую изоляцию проводов и т.п. Подбор правильного и эффективного минерального масла — не простая задача. Для задачи охлаждения в жидкости подойдет далеко не каждое минеральное масло. И в зависимости от выбранного масла мы получим разную допустимую мощность оборудования в 42-юнитовом шкафу, тепло с которого система способна отвести.

Если же говорить об эффективности охлаждения в жидкости в целом, то система позволяет достичь PUE 1.03. Но как такое возможно, спросите Вы, если применение минерального масла для охлаждения позволяет сэкономить только 95% энерегии? За счет чего мы можем получить дополнительную эффективность в 2%?

Ответ тут прост, охлаждение в жидкости позволяет сэкономить энергию, которую потребляют серверы, за счет того, что в них более нет нужды ставить куллеры для охлаждения, а также за счет того, что уменьшается утечка токов с чипов, так как они надежно изоллированы и работают при постоянной температуре (изменение температуры способствует утечке токов). И как следствие мы экономим на системе охлаждения, так как она теперь может занимать меньший объем, ведь ей необходимо отводить уже меньше тепла. Это и дает выигрыш тех заветных 2 процентов на охлаждении, но мы получаем не только это. Сами серверы начинают расходовать энергии на 10-20 процентов меньше, нежели серверы с другим охлаждением. PUE всего Дата Центра растет.

Успехи различных компаний в области охлаждения серверов в жидкости

Минеральное масло способно эффективно защищать от коррозии и пыли, благодаря тому, что в отличии от воздуха не содержит в себе воды и кислорода, продлить срок эксплуатации оборудования. Оно не токсично и не имеет запаха, а значит практически не испаряется. Но оно бывает различной эффективности и подбор правильного минерального масла — настоящее искусство.

Различные компании давно занимаются этими вопросами вплотную и имеют различные успехи благодаря применению разных минеральных масел, создают собственные «ноу-хау». Примерно месяц назад Intel и SGI анонсировали «новость», что способны благодаря применению минерального масла и собственной разработанной системы охлаждения на его основе, которая предусматривает эксплуатацию серверов в жидкости, обеспечить отвод тепла со шкафа в несколько десятков киловатт и даже более. Но у них все еще есть проблемы, в особенности в их сообщении упоминается, что обычные оптические кабели в их минеральном масле работать скорее всего не смогут, по какой причине увы не указано, видимо масло аггресивно для них. Решение далеко от коммерческой эксплуатации.

Другая же компания, GRC, уже давно использует намного более эффективное минеральное масло, предлагает готовое коммерческое решение и не имеет подобных проблем, давно не публикует это, как «новость», при этом по их словам они способны отвести тепла со шкафа до 100 кВатт и более, а значит значительно превзошли успехи Intel! Так что нужно более критично относится ко всей информации из новостей. Если одна компания заявляет о «ноу-хау», то это вовсе не значит, что другая уже не придумала лучше, некоторые просто могут находится в начале своего пути в новом для них направлении 🙂 Как упоминалось выше, Intel еще очень далека от коммерческой эксплуатации этого решения, но без нее в конечном итоге решение любой компании не обойдется.

Перспективы

На сегодняшних материнских платах схемы выложены на «огромном» расстоянии друг от друга, чтоб максимизировать рассеивание тепла для использования в качестве охладителя воздуха, который является ужасно не эффективным охладителем. Благодаря охлаждению в жидкости можно начать производство серверов с более плотно упакованными схемами, которые учитывают работу в жидкости и свойство отвода тепла жидкостью, ведь жидкость имеет не только более высокую теплопроводность, чем воздух, а гораздо более высокую теплоемкость. Самые эффективные на сегодняшний день минеральные масла имеют теплоемкость, которая превосходит теплоемкость воздуха более, чем в 1200 раз!

Это все позволяет не только гораздо эффективнее отводить тепло, но и в случае остановки системы охлаждения получить гораздо больше времени на ее ремонт до перехода работы в критическое состояние из-за роста температуры, так как свойства жидкости (большая теплоемкость и плотность) позволяют поглотить гораздо больше тепла, при этом жидкость не становится перегретой сама, тем самым отодвигается порог «критического перегрева» во времени.

Очень большие перспективы открываются и для суперкомпьютеров, работающих в жидкости, экономия энергии и площадей при эксплуатации высокопроизводительного оборудования — колосальна.

Скорее всего в будущем не останется вычислительного и серверного оборудования, которое смогло бы работать без погружения в жидкость. Преимущества огромны, недостатков практически нет, разве что шкафы теперь нужно располагать не вертикально, а горизонтально, что несколько непривычно. Благодаря этому можно увеличить «плотность» оборудования в Дата Центре, а также обеспечить дополнительный уровень безопасности. Если вдруг Дата Центр будет затоплен водой в результате стихийного бедствия — вода не окажет влияния на серверы, так как они уже погружены в жидкость, пусть и с другой плотностью, но при этом надежно герметизированы в шкафах.

Охлаждение в жидкости в цифрах

Экономия свыше 60% средств при строительстве:

— нет необходимости в закупке дорогостоящих чиллеров, HVAC (heating ventilation air cooling) систем;

— нет необходимости в строительстве холодных/горячих коридоров, применении фальшпола;

— уменьшается количество генераторов, батарей систем бесперебойного питания (UPS) на N юнитов оборудования, за счет снижения потребления — — энерегии этим оборудованием при работе в жидкости;

— стоимость инфраструктуры в расчете на Ватт ниже на 73%, чем при строительстве ЦОДа с воздушным охлаждением, и на 55%, если ЦОД использует внешнюю среду для охлаждения;

— стоимость инфраструктуры в расчете на сервер дает выигрыш в 86 и 70 процентов соответственно.

Экономия свыше 50% средств при эксплуатации:

— оборудование, находясь в жидкости, потребляет на 10-20% энергии меньше, в зависимости от типа, за счет отсутствия куллеров и потерь токов с чипов, благодаря их нахождению в диелектирке и обеспечению их постоянной температуры;

— 90-95% энергии сохраняется благодаря охлаждению серверов в жидкости и отсутствию крупногабаритных систем охлаждения в ЦОДе, так как теперь тепло от шкафа с серверами в минеральном масле можно эффективно отвести применив испарительную охлаждающую башню (никакой механики, только испарение воды) или при помощи контура с холодной водой;

— нет расходов связанных с амортизацией обычных систем охлаждения, расходы на системы энергообеспечения значительно сокращаются в перерасчете на N юнитов, благодаря тому, что нужно содержать меньше батарей UPS в том числе;

минеральное масло практически вечно, его не нужно менять и почти не нужно добавлять (за исключением случаев утечки), в отличии от других охладителей в ЦОДах;

— если в среднем сервером потребляется порядка 230-270 Ватт мощности и 50-170 Ватт на охлаждение, в зависимости от применяемого метода охлаждения, то использование охлаждения в жидкости снижает среднее потребление энергии сервером до 210 Ватт, а энергия необходимая на его охлаждения составляет порядка 10 Ватт!

Можно отвести свыше 100кВатт тепла от погруженного в минеральное масло шкафа на 42 юнита! А также значительно снизить траты на серверное оборудование, до 50% на различные комплектующие, а все потому, что теперь постоянная температура эксплуатации примерно на 20 градусов ниже, чем в воздушной среде, есть возможность применять без опасений даже декстопные комплектующие, так как они работают при гораздо более низких температурах.

От «подводных» серверов до ПК, охлаждаемых жидкостью, или как создать рабочую станцию в жидкости в домашних условиях

Конечно эта идея не получила и не получит столь широкого применения на рынке персональных компьютеров, просто потому, что большинство уже давно перешло на ноутбуки и другие гаджеты, домашние рабочие станции в корпусе «tower» используют зачастую только профессионалы, так как им необходима большая производительность и отвод большого количества тепла. Вот для них погружение их бесценного железа в жидкость может стать очень полезным!

Оказывается реализовать это в домашних условиях не сложно и возможно, причем было сделано уже многими любителями модинга и довольно давно. Некоторые компании даже предлагают приобрести готовое решение, на основе минерального масла «Crystal Plus 70T», которое доступно в свободной продаже и по словам экспериментаторов идеально подходит для этой задачи, имеет теплоемкость в 750 раз выше, чем у воздуха и плотность более низкую, чем у воды.

Перемешивание жидкости может осуществляться благодаря пропусканию воздуха через минеральное масло или даже обычному компьютерному куллеру, который в минеральном масле вращается само собой гораздо медленнее, нежели в воздухе, однако сохраняет свою работоспособность. На вопрос о том, что делать с парами воды, которые будут попадать в минеральное масло при пропускании воздуха с целью перемешивания, разработчики отвечают, что благодаря различной плотности (бОльшая у воды), вода будет скапливаться в самом низу «аквариума», где не находится каких-либо электрических компонентов, однако они еще не видели, чтоб в процессе долгой эксплуатации появлялось хотя бы мизерное количество воды, иначе бы резервуар начал напоминать «лава-лампу».

Хочу, чтоб в серверах плавали рыбы! Бросьте туда рыб!

Смею признать, что наблюдение различных РЫБОВ под водой — незабываемое удовольствие. Я дайвер и не отказался бы от рабочей станции дома в виде аквариума с тропическими или не очень тропическими рыбами.

Но увы, генная инженерия еще отстает от моды в IT, рыбы сдохнут, если их поместить в минеральное масло, оно по свойствам крайне далеко от так нужной рыбам воды. Будем надеятся, что эту идею, либо за счет применения новых технологий, либо за счет генной инженерии, удастся кому-нибудь реализовать в будущем, а пока можно использовать роботизированных рыб!

Я буду первым, кто закажет роботизированную boxfish!

Ну и само собой не забудьте поддержать строительство нашего будущего подводного Дата Центра (в идеи которого я не сомневаюсь) — закажите выделенные серверы у нас, пока что в Нидерландах и США и от $49, а в будущем и на Барьерном рифе!

Понимание диэлектрической способности масла

«Вы можете объяснить относительную диэлектрическую проницаемость масла?»

Диэлектрическая проницаемость смазочного масла — это свойство, которое обычно не вызывает большого беспокойства. Однако в некоторых приложениях это может иметь решающее значение и является одним из наиболее важных факторов при выборе правильной жидкости.

Как правило, смазочные материалы не рассматриваются как средство для проведения или хранения электричества, поскольку ток не должен проходить через большинство заполненных маслом систем.Например, рассмотрим редуктор со смазкой разбрызгиванием.

Это механическое устройство не должно подвергаться электрическому заряду, если только не произойдет что-то радикальное. Конечно, тот факт, что смазочное масло не предназначено для проведения или хранения электричества, не означает, что вы не должны контролировать его способность делать это.

Область диэлектриков широка и может быть довольно сложной. Следующая информация предназначена для обеспечения рабочего понимания области применительно к смазке.Для начала давайте определимся, что такое диэлектрик.

Диэлектрик — это среда или вещество, передающее электрическую силу без проводимости — изолятор. В данном случае речь идет о смазочном масле. Все смазочные масла в той или иной степени являются диэлектриками.

Конденсатор — классический пример использования диэлектрика. Конденсатор накапливает электрический заряд, который затем может быть разряжен позже. Смазочные масла могут сделать то же самое. Поскольку масло часто является непроводящим, заряд накапливается до такой степени, что может быть разряжен на детали машины.Известно, что это явление вызывает электрические дуги и слышимые хлопки.

Не все диэлектрики одинаковы. Каждый из них обладает различными способностями проводить и накапливать электричество. Чтобы сравнить различные материалы, вы должны посмотреть на диэлектрическую проницаемость материала. Это также называется относительной диэлектрической проницаемостью.

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества описывает, как скорость электрического заряда в материале сравнивается со скоростью вакуума. Чем больше проводимость вещества, тем выше его относительная диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость.

По определению, значение вакуума равно единице. Большинство минеральных смазочных масел имеют значения в диапазоне от 2,1 до 2,4, но могут варьироваться в зависимости от концентрации присадок и температуры.

Синтетические смазочные масла могут иметь значительно более высокие значения, что означает, что они обладают большей проводимостью. Настоящие проводники будут иметь бесконечную относительную диэлектрическую проницаемость, поскольку они не сохраняют заряд и электричество течет по ним быстро.

Определение диэлектрической проницаемости смазки включает измерение скорости электрического поля.Это могут делать многие инструменты, в том числе системы мониторинга в реальном времени, которые можно подключить к машине в полевых условиях. Как и в случае с большинством анализов масла, этот тест становится наиболее ценным, когда установлен базовый уровень и отслеживаются изменения с течением времени.

Когда масло загрязняется полярными или проводящими материалами (вода, грязь и т. д.), диэлектрическая проницаемость возрастает. То же самое можно сказать, когда масло начинает разлагаться и образовывать побочные продукты окисления, такие как шлам.

Таким образом, мониторинг диэлектрической проницаемости смазочного материала может предоставить информацию о состоянии масла, а также о состоянии загрязнения.Обычно он используется только в качестве скринингового теста. Однако увеличение этого значения должно привести к более тщательному тестированию, чтобы помочь вам понять, что происходит внутри вашего масла.

TotalEnergies Смазочные материалы для трансформаторов | v2lubricants

Наши масла для трансформаторов

Отключение электроэнергии — одна из самых серьезных угроз для функционирования нашего общества.Трансформаторы, составляющие основу современных энергосетей, должны быть абсолютно надежными, чтобы обеспечивать стабильное и отказоустойчивое электроснабжение в любое время.

Растущая озабоченность по поводу надежности и эффективности электрических сетей способствует использованию альтернативных изоляционных жидкостей, которые повышают безопасность трансформаторов и срок их службы, не нанося вреда окружающей среде.

В рамках нашего стремления к улучшению энергетики TotalEnergies Lubricants является одним из очень немногих поставщиков, предлагающих широкий ассортимент обычных и альтернативных трансформаторных масел для поддержки стабильности сети и модернизации электрической инфраструктуры.
 

Наши диэлектрические жидкости и изоляционное масло: ISOVOLTINE

Масла

ISOVOLTINE чрезвычайно эффективны благодаря своей способности изолировать компоненты трансформатора и обеспечивать эффективное охлаждение в системе. Кроме того, они обеспечивают превосходную защиту от окисления и предотвращают износ сердечника, обмоток и других изоляционных материалов.

ISOVOLTINE обладает превосходными изоляционными свойствами благодаря высокому напряжению пробоя диэлектрика, объемному удельному сопротивлению, межфазному поверхностному натяжению и отсутствию полярных веществ.

Этот диапазон также обеспечивает выдающуюся стойкость к окислению, очень высокий уровень чистоты, который сводит к минимуму коэффициенты мощности и помогает предотвратить повышение температуры, отличные охлаждающие свойства благодаря хорошей текучести и способности к теплопередаче, а также эффективную защиту оборудования благодаря некоррозионной природе и очистке. характеристики.

Наши биоразлагаемые смазочные материалы для трансформаторов: ISOVOLTINE BIO

Альтернативные жидкости пользуются популярностью во всем мире не только из-за их экологичности.Диэлектрические жидкости на основе сложных эфиров хорошо зарекомендовали себя в распределительных и силовых трансформаторах.

Технические возможности сложных эфиров почти безграничны, их финансовые преимущества уже измеримы для производителей оборудования, которые могут упростить конструкцию своих трансформаторов и обеспечить экономию средств для конечных пользователей.

Другие приложения

Трансформаторное масло: испытания, типы и свойства

Что такое трансформаторное масло?

Трансформаторное масло (также известное как изоляционное масло) — это особый тип масла, обладающий превосходными электроизоляционными свойствами и стабильный при высоких температурах. Трансформаторное масло используется в маслонаполненных силовых трансформаторах для изоляции, предотвращения образования дуги и коронного разряда, а также для отвода тепла трансформатора (т. е. в качестве хладагента).

Трансформаторное масло также используется для защиты сердечника и обмоток трансформатора, так как они полностью погружены в масло. Еще одним важным свойством изоляционного масла является его способность предотвращать окисление бумажной изоляции из целлюлозы. Трансформаторное масло действует как барьер между атмосферным кислородом и целлюлозой, избегая прямого контакта и, следовательно, сводя к минимуму окисление.Уровень трансформаторного масла обычно измеряется с помощью MOG (магнитного указателя уровня масла).

Типы трансформаторного масла

Существует два основных типа трансформаторного масла , используемого в трансформаторах:

  1. Трансформаторное масло на основе парафина
  2. Трансформаторное масло на основе нафты

Нафта легче окисляется, чем парафин. Но продукт окисления – т.е. шлам – в нафте растворяется лучше, чем шлам из парафинового масла.Таким образом, шлам нефти на основе лигроина не осаждается в нижней части трансформатора. Следовательно, он не препятствует конвекционной циркуляции масла, то есть не нарушает работу системы охлаждения трансформатора.

Хотя парафиновая нефть имеет более низкую скорость окисления, чем нафта, продукт окисления (шлам) нерастворим и осаждается на дне резервуара. Этот шлам действует как препятствие для системы охлаждения трансформатора.

Другая проблема с маслом на основе парафина заключается в том, что растворенные в нем парафины могут привести к высокой температуре застывания.Хотя это не проблема в более теплых климатических условиях (например, в Индии).

Несмотря на упомянутые выше недостатки, масло на основе парафина по-прежнему широко используется во многих странах (например, в Индии) из-за его высокой доступности.

Свойства трансформаторного масла

Для определения пригодности масла к эксплуатации следует учитывать некоторые специфические свойства изоляционного масла.

Свойства (или параметры) трансформаторного масла:

  1. Электрические свойства: Электрическая прочность, удельное сопротивление, коэффициент диэлектрических потерь.
  2. Химические свойства: Содержание воды, кислотность, содержание шлама.
  3. Физические свойства: межфазное натяжение, вязкость, температура вспышки, температура застывания.

Электрические свойства трансформаторного масла

Диэлектрическая прочность трансформаторного масла

Диэлектрическая прочность трансформаторного масла также известна как напряжение пробоя (BDV) трансформаторного масла. Напряжение пробоя измеряют, наблюдая, при каком напряжении искрят нити между двумя погруженными в масло электродами, разделенными определенным зазором.Низкое значение BDV свидетельствует о наличии в масле влагосодержания и проводящих веществ.

Для измерения BDV трансформаторного масла переносной комплект для измерения BDV обычно доступен на месте. В этом комплекте масло хранится в кастрюле, в которой закреплена одна пара электродов с зазором между ними 2,5 мм (в некоторых комплектах 4 мм). Теперь между электродами подается медленно возрастающее напряжение. Скорость нарастания напряжения контролируют на уровне 2 кВ/с и наблюдают за напряжением, при котором между электродами начинается искрообразование.Это означает, при каком напряжении диэлектрическая прочность трансформаторного масла между электродами нарушилась.

Это измерение проводится от 3 до 6 раз в одной и той же пробе масла, и мы берем среднее значение этих показаний. BDV является важным и популярным испытанием трансформаторного масла, так как это первичный показатель исправности масла, и его можно легко провести на месте.

Сухое и чистое масло дает результаты БДВ, лучшие, чем масло с содержанием влаги и другими токопроводящими примесями.Минимальное напряжение пробоя трансформаторного масла или электрическая прочность трансформаторного масла , при котором это масло можно безопасно использовать в трансформаторе, принимается равным 30 кВ.

Удельное сопротивление трансформаторного масла

Это еще одно важное свойство трансформаторного масла. Удельное сопротивление масла является мерой сопротивления постоянному току между двумя противоположными сторонами блока масла размером 3 см. Его единицей является ом-см при определенной температуре. С повышением температуры удельное сопротивление масла быстро уменьшается.

Сразу после зарядки трансформатора после длительного простоя температура масла будет равна температуре окружающей среды, а при полной нагрузке температура будет очень высокой и может достигать 90 o C в условиях перегрузки. Таким образом, удельное сопротивление изоляционного масла должно быть высоким при комнатной температуре, а также должно иметь хорошее значение при высокой температуре.
Поэтому удельное сопротивление или удельное сопротивление трансформаторного масла следует измерять при 27 o C, а также при 90 o C.

Минимальное нормативное удельное сопротивление трансформаторного масла при 90 o С составляет 35·10 12 Ом–см, а при 27 o С 1500 · 10 12 Ом–см.

Коэффициент диэлектрических потерь тангенса дельта трансформаторного масла

Коэффициент диэлектрических потерь также известен как коэффициент потерь или тангенс дельта трансформаторного масла . Когда изоляционные материалы помещаются между токоведущей частью и заземленной частью электрооборудования, возникает ток утечки.Поскольку изоляционный материал по своей природе является диэлектриком, ток через изоляцию в идеале опережает напряжение на 90 o . Здесь напряжение означает мгновенное напряжение между токоведущей частью и землей оборудования. Но на самом деле никакие изоляционные материалы не являются идеальными диэлектриками по своей природе.

Следовательно, ток через изолятор будет опережать напряжение с углом немного меньшим, чем 90 o . Тангенс угла, на который он меньше 90 o , называется коэффициентом диэлектрических потерь или просто тангенс дельта трансформаторного масла .Проще говоря, ток утечки через изоляцию имеет две составляющие: одну емкостную или реактивную, а другую резистивную или активную. Опять же, из приведенной выше диаграммы видно значение ‘δ’, которое также известно как угол потерь.

Если угол потерь мал, то резистивная составляющая тока I R мала, что свидетельствует о высоких резистивных свойствах изоляционного материала. Изоляция с высоким сопротивлением является хорошим изолятором. Следовательно, желательно, чтобы угол потерь был как можно меньше.Поэтому мы должны стараться, чтобы значение tanδ было как можно меньше. Высокое значение этого тангенса δ указывает на наличие загрязнителей в трансформаторном масле.

Следовательно, существует четкая зависимость между tanδ и удельным сопротивлением изоляционного масла. Если удельное сопротивление изоляционного масла уменьшается, значение тангенса дельта увеличивается, и наоборот. Таким образом, как испытание удельного сопротивления, так и испытание тангенса дельта трансформаторного масла , как правило, не требуются для одного и того же куска изолятора или изоляционного масла.

Одним предложением можно сказать, что tanδ является мерой несовершенства диэлектрической природы изоляционных материалов, таких как масло.

Химические свойства трансформаторного масла

Содержание воды в трансформаторном масле

Содержание влаги или воды в трансформаторном масле крайне нежелательно, так как это неблагоприятно влияет на диэлектрические свойства масла. Содержание воды в масле также влияет на бумажную изоляцию сердечника и обмотки трансформатора. Бумага очень гигроскопична.Бумага поглощает максимальное количество воды из масла, что ухудшает изоляционные свойства бумаги, а также сокращает срок ее службы. Но в нагруженном трансформаторе масло становится более горячим, следовательно, растворимость воды в масле увеличивается.

В результате бумага выделяет воду и увеличивает содержание воды в трансформаторном масле . Таким образом, температура масла во время отбора пробы для испытаний имеет решающее значение. При окислении в масле образуются кислоты, которые повышают растворимость воды в масле.Кислота в сочетании с водой дополнительно разлагает масло с образованием большего количества кислоты и воды. При этом скорость деградации масла увеличивается. Мы измеряем содержание воды в масле как ppm (частей на миллион единиц).

Содержание воды в масле допускается до 50 ppm согласно рекомендациям IS-335(1993). Для точного измерения содержания воды при таких низких уровнях требуется очень сложный прибор, такой как кулонометрический титратор Карла Фишера.

Кислотность трансформаторного масла

Кислое трансформаторное масло является вредным свойством.Если масло становится кислым, содержание воды в масле становится более растворимым в масле. Кислотность масла ухудшает изоляционные свойства бумажной изоляции обмотки. Кислотность ускоряет процесс окисления в масле. Кислота также включает ржавление железа в присутствии влаги.

Испытание трансформаторного масла на кислотность можно использовать для измерения кислотных компонентов загрязняющих веществ. Мы выражаем кислотность масла в мг КОН, необходимого для нейтрализации кислоты, содержащейся в грамме масла.Это также известно как число нейтрализации.

Физические свойства трансформаторного масла

Межфазное натяжение трансформаторного масла

Межфазное натяжение между поверхностью раздела воды и масла является способом измерения молекулярной силы притяжения между водой и маслом. в дин/см или миллиньютон/метр. Межфазное натяжение как раз полезно для определения наличия полярных загрязнений и продуктов распада нефти. Хорошее новое масло обычно имеет высокое межфазное натяжение. Примеси окисления масла снижают IFT.

Температура вспышки трансформаторного масла

Температура вспышки трансформаторного масла – это температура, при которой масло выделяет достаточное количество паров для образования горючей смеси с воздухом. Эта смесь дает мгновенную вспышку при приложении пламени в стандартных условиях. Точка воспламенения важна, потому что она определяет вероятность возникновения пожара в трансформаторе. Поэтому желательно иметь очень высокую температуру воспламенения трансформаторного масла . В целом это более 140 o (>10 o ).

Температура застывания трансформаторного масла

Это минимальная температура, при которой масло начинает течь при стандартных условиях испытаний. Температура застывания трансформаторного масла является ценным свойством в основном в местах с ледяным климатом. Если температура масла падает ниже точки застывания, трансформаторное масло прекращает конвекцию и препятствует охлаждению трансформатора. Нефть на основе парафина имеет более высокую температуру застывания по сравнению с нефтью на основе нафты, но в такой стране, как Индия, это не влияет на использование парафиновой нефти из-за ее теплых климатических условий.Температура застывания трансформаторного масла в основном зависит от содержания парафинов в масле. Поскольку масло на основе парафина имеет большее содержание парафина, оно имеет более высокую температуру застывания.

Вязкость трансформаторного масла

В двух словах, вязкость трансформаторного масла можно сказать, что вязкость — это сопротивление потоку в нормальных условиях. Под сопротивлением течению трансформаторного масла понимается препятствие конвекционной циркуляции масла внутри трансформатора. Хорошее масло должно иметь низкую вязкость, чтобы оказывать меньшее сопротивление обычному потоку масла, не влияя на охлаждение трансформатора.Низкая вязкость трансформаторного масла необходима, но не менее важно, чтобы вязкость масла как можно меньше возрастала при понижении температуры. Любая жидкость становится более вязкой при понижении температуры.

Тестирование трансформаторного масла

Трансформаторное масло необходимо протестировать, чтобы убедиться, что оно соответствует сегодняшним стандартам. Стандарты и процедуры тестирования определяются различными международными стандартами, и большинство из них установлены ASTM.

Испытания масла состоят из измерения напряжения пробоя и других химических и физических свойств масла либо с помощью портативного испытательного оборудования, либо в лаборатории. Благодаря надлежащему тестированию срок службы трансформатора увеличивается, что снижает необходимость платить за замену.

Какие факторы проверяются

Вот наиболее распространенные факторы, на которые следует обращать внимание при проведении испытаний трансформаторного масла: )

  • Напряжение пробоя диэлектрика (ASTM D877)
  • Коэффициент мощности жидкости (ASTM D924-08)
  • Межфазное натяжение (ASTM D971)
  • Удельное сопротивление (ASTM D1169)
  • Коррозионная сера (ASTM D1087 7 Визуальный осмотр) 90 ASTM D1524)
  • Примечание: ASTM расшифровывается как Американское общество испытаний и материалов.

    Эти тесты помогут определить, являются ли масла чистыми, и создадут базовый уровень свойств, которые необходимо периодически проверять. Хотя существует большое количество доступных тестов, они дороги. Поэтому лучше всего использовать их в качестве диагностики, если проблема возникает во время первичного тестирования.

    Рекомендуемая частота зависит от мощности и напряжения. Если результаты теста показывают некоторые красные флажки, частоту придется увеличить. Даже если стоимость тестирования высока, ее следует сравнивать со стоимостью замены трансформатора и временем простоя, связанным с его потерей.

    Важно понимать разницу между чрезмерным и нормальным уровнем газообразования. Количество растворенного газа в трансформаторном масле можно определить с помощью анализа растворенного газа (DGA). Скорость выделения газа зависит от нагрузки, материала изоляции и конструкции трансформатора.

    Общие проблемы при тестировании

    Таблица ниже показывает наиболее распространенные проблемы, которые могут возникнуть при тестировании трансформаторного масла:

    3

    4
    РЕЗУЛЬТАТЫ
    Корона разряда Водород Низкоэнергетические разряды создают метан и водород и меньшие количества этилена и этана.
    Дуговой разряд Ацетилен Может производиться большое количество водорода или ацетилена или небольшое количество этилена и метана.
    Перегретая целлюлоза Монооксид углерода . и водород (1112 градусов по Фаренгейту).Следы ацетилена могут образоваться, если устройство имеет электрические контакты или если проблема серьезная.

    Почему важны испытания трансформаторного масла

    Испытания трансформаторного масла важны для:

    • Определить основные электрические свойства трансформаторного масла
    • Определить, есть ли определенное масло
    • требуется регенерация или фильтрация
    • Снижение затрат на масло и увеличение срока службы компонентов
    • Предотвращение несвоевременных отказов и повышение безопасности

    Имейте в виду, трансформаторные масла могут служить до 30 лет.Таким образом, проведение надлежащих процедур тестирования сейчас сэкономит вам тысячи долларов в долгосрочной перспективе.

    Измеритель пробоя диэлектрического масла — Amperis

    1. Главная
    2. Ресурсы
    3. Артикул
    4. Измеритель пробоя диэлектрического масла

    для обеспечения надежности работы силовых трансформаторов.
    Помимо различных испытаний, исследование диэлектрической прочности трансформаторного масла является одним из основных испытаний, позволяющих определить и обеспечить изоляционные свойства масла при экстремальном напряжении.Диэлектрическая прочность должна быть выше порогового значения. Тем не менее, эта прочность может быть снижена загрязняющими веществами, такими как вода, осадок, различные кислоты и проводящие частицы. Причины и причины появления этих частиц и загрязнителей могут различаться. Ослабление прочности приводит к утечке тока между обмотками ВТ и НН. В некоторых случаях это может привести к искре или короткому замыканию. Одним из основных признаков чистоты масла является его чистота и сухость, но это еще не подтверждает отсутствие загрязняющих веществ.

    Давайте разложим слова в приведенной выше фразе:

    • Слово «диэлектрик» относится к двумерному или двумерному испытательному механизму, имеющему два электрода по обеим сторонам для замыкания электрической цепи. Сферы в электродах имеют средний размер 2,5 мм каждая.
    • Измеритель пробоя масла относится к испытательному механизму или устройству, используемому для испытания образца любого масла с помощью испытательной ячейки с электродами. Электрические компоненты, такие как трансформаторы, конденсаторы, переключатели и т. д.используются для оценки состояния масла. После тестирования масла и места его пробоя можно приблизительно сделать вывод о том, состарилось ли масло из-за повышенного содержания воды, шлама или чрезмерного окисления, или проверить, находится ли масло в своем первоначальном состоянии и вполне удовлетворительно проявляет свои свойства.

    Наиболее широко используемым типом измерителя пробоя масла является тестер изоляционного масла, который предназначен для простого и точного определения диэлектрической прочности изоляционных масел, заливаемых в электрические устройства, такие как трансформаторы и т. д.упомянутый выше. Они идеально подходят для тестирования на месте и использования в лаборатории. Самым обычным испытанием на месте является проверка, конечно же, электрической прочности масла, которая должна проводиться в соответствии с требованиями BS 5874 .

    Стандарты для подходящих измерителей разбивки масла

    Существуют различные типы тестеров масла, и они бывают разных моделей. Модели, способные измерять напряжение пробоя диэлектрика, должны иметь напряжение до 100 кВ для определения электрической прочности масла.Кроме того, существуют различные стандарты для электрических устройств, используемых для измерения прочности тестируемого масла. Некоторые стандарты: ASTM D877 , ASTM D1816 и многие другие.

    Амперметр тангенса угла потерь в диэлектрическом масле TAND220A

    Измерительный прибор типа TAND220A соответствует новому стандарту IEC 61620 и основан на «низкоамплитудном, низкочастотном методе чередующихся прямоугольных волн» и выполняет точные и точные измерения объемная проводимость и относительная диэлектрическая проницаемость. Измерение объемной проводимости в диапазоне от 0,01 пСм/м до 20 000 пСм/м позволяет использовать прибор для исследования высокоомных жидкостей даже при температуре окружающей среды.

    Измеритель тангенса угла потерь Amperis в диэлектрическом масле TAND220A работает при низком напряжении и низком токе и не представляет никакой опасности для своих операторов.
    Парадигмой применения TAND220A является оценка качества минерального масла, используемого в высоковольтной аппаратуре, такой как силовые и измерительные трансформаторы, конденсаторы и т.д.некоторыми исследованиями доказан также тот факт, что на проводимость нефти влияют примеси и ионные компоненты, вносимые или образующиеся в ней. Таким образом, проводимость масла надежно показывает качество масла.

    Кроме того, было замечено, что влага в масле не оказывает существенного влияния на его проводимость.

    Дополнительная информация:

    https://www.amperis.com/en/products/transformers-testing/tangent-meter-dielectric-oil/

    [email protected]

    com

    (+34) 982 20 99 20

     

     

    Методы испытаний изоляционных масел (ASTM)

    Таблица наиболее распространенных тестов ASTM для изоляционных масел и значение каждого из них.

    Тестовый тип Метод ASTM Значение теста Единицы
    Цвет Д1500 Используется для наблюдения за потемнением масла путем сравнения его с предыдущими образцами масла из того же трансформатора.Цвет масла определяется с помощью проходящего света и ему присваивается числовое значение (0-5) на основе сравнения с рядом эталонов цвета. Заметное потемнение масла указывает либо на загрязнение, либо на возникновение дуги. 0-5
    Напряжение пробоя диэлектрика Д877 Измеряет напряжение, при котором масло выходит из строя, что указывает на количество загрязняющих веществ (обычно влаги) в масле. Напряжение пробоя диэлектрика измеряется приложением напряжения между двумя электродами под маслом. Новое масло должно иметь минимальную диэлектрическую прочность 35 кВ по методам испытаний ASTM. кВ
    Анализ растворенных газов (DGA) Д3612 Обозначает различные концентрации газа в частях на миллион, которые присутствуют в трансформаторном изоляционном масле. Различные газы будут растворяться в масле, что указывает на различные типы тепловых и электрических нагрузок, возникающих в трансформаторе.Трубка для отбора проб масла и шприц используются для отбора, хранения и транспортировки пробы масла в том же состоянии, в котором она находится внутри трансформатора, со всеми растворенными в ней неисправными газами. Используя этот метод проверки, внутреннюю неисправность в трансформаторе можно обнаружить как можно раньше. частей на миллион
    Растворенные металлы Д7151 Обозначает любые растворенные металлы, которые могут образоваться в результате перегрева или дугового разряда, а также часть металлических частиц, которые могут образоваться в результате механического износа. Измеряется с помощью атмосферно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES) и выражается в микрометрах. мкм
    Температура вспышки, температура возгорания Д92 Указывает летучесть изоляционного масла путем измерения минимальной температуры, при которой нагретое масло выделяет достаточно паров для образования горючей смеси с воздухом. °С
    Межфазное натяжение Д971 Измеряет наличие растворимых загрязнений и продуктов окисления в трансформаторном масле.Выраженное в мН/м, это испытание межфазного натяжения воды по отношению к маслу, которое отличается от поверхностного натяжения тем, что поверхность воды контактирует с маслом, а не с воздухом. Уменьшение значения указывает на увеличение содержания загрязняющих веществ и/или продуктов окисления в масле. мН/м
    Фурановые соединения Д5837 Определяет наличие деградации целлюлозных материалов, таких как бумага, картон и хлопок, которые образуют фурановые соединения в изоляционном масле. Измерения проводят с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). частей на миллиард
    Содержание влаги (воды) Д1533 Измеряется в частях на миллион (ppm) с использованием веса влаги, деленного на вес масла. Содержание влаги в масле снижает диэлектрическую прочность изоляционной системы и допускает пробой, который может повредить трансформатор. Для минерального масла общепринятое максимальное содержание влаги составляет 35 частей на миллион.В этом испытании не измеряется содержание воды в бумажной изоляции трансформатора. частей на миллион
    Нейтрализация (кислота) номер Д974 Новые трансформаторные масла практически не содержат кислот. Тест на кислотность измеряет содержание кислот, образующихся в результате окисления и загрязняющих веществ. Измерения проводят по количеству гидроксида калия (КОН в мг), необходимому для нейтрализации кислоты в одном грамме масла. Как правило, результаты 0.10 мг KOH/грамм масла или меньше считаются хорошими. Более высокие значения указывают на проблему. мг КОН/г
    Содержание ингибитора окисления Д2668 Измеряет количество 2,6-ди-трет-бутилпаракрезола и 2,6-ди-трет-бутилфенола, добавленных в новое изоляционное масло для защиты от окисления. В отработанном масле он измеряет количество, оставшееся после того, как окисление уменьшило его концентрацию. %
    Содержание полихлорированных дифенилов (ПХБ) Д4059 Определяет уровень концентрации полихлорбифенилов в трансформаторном масле с помощью газовой хроматографии. Измеряемый в частях на миллион, он также применяется для определения содержания ПХБ в смесях, известных как аскарелы. частей на миллион
    Температура застывания Д97 Указывает самую низкую температуру, при которой изоляционное масло будет течь. Это испытание особенно полезно в холодном климате, чтобы убедиться, что масло будет циркулировать и служить своей цели в качестве изолирующей и охлаждающей среды. °С
    Коэффициент мощности Д924 Указывает диэлектрические потери масла или энергию, которая рассеивается в виде тепла. Полезно для измерения изменений в изоляционном масле в результате загрязнения или износа. Коэффициент мощности изоляционного масла равен косинусу фазового угла между приложенным переменным напряжением и результирующим током.Для минерального масла коэффициент мощности нового масла не должен превышать 0,05 процента при 25 градусах Цельсия. %
    Относительная плотность (удельный вес) Д1298 Определяет плотность, относительную плотность (удельный вес) или плотность в градусах API трансформаторного масла с помощью ареометра при эталонной температуре. Высокий удельный вес указывает на способность масла удерживать воду во взвешенном состоянии. В очень холодном климате можно использовать удельный вес, чтобы определить, будет ли лед плавать на масле. номер
    Удельное сопротивление Д1169 Измеряет электроизоляционные свойства трансформаторного масла в условиях, сравнимых с условиями испытания. Низкое удельное сопротивление отражает высокое содержание свободных ионов и ионообразующих частиц в изоляционном масле и обычно указывает на высокую концентрацию токопроводящих загрязнений. Ом
    Визуальный осмотр Д1524 Масло исследуют визуально, пропуская через него луч света для определения прозрачности и выявления посторонних включений.Загрязнение масла проявляется плохой прозрачностью, помутнением или наличием посторонних частиц. Яркий, темный, без частиц и т. д.

    Ссылки: Отбор проб трансформаторного масла NETA World Summer 2009, ASTM International, Википедия, Анализ изоляционной жидкости трансформатора — EC&M

    Тестер диэлектрического масла BA100 от $5,000.

    00/мес Тестер диэлектрического масла BA100
    Тестер диэлектрического масла BA100 by b2hv представляет собой переносной анализатор B reakdown A для тестирования трансформаторного масла на месте.
    Тестер диэлектрического масла BA100
    Диэлектрическая прочность изоляционного масла может быть проверена простым, быстрым и полностью автоматическим способом без необходимости отправки образцов масла в испытательную лабораторию.

    Оператор станции может принять решение о необходимости замены трансформаторного масла и принять соответствующие меры.

    При весе всего 32 кг тестер диэлектрического масла BA100 является сверхлегким и идеально подходит для мобильного использования.

    Испытательное напряжение автоматически регулируется и увеличивается до максимального уровня до 100 кВ эфф. .
    Напряжение пробоя измеряется с точностью ±1 кВ во всем диапазоне напряжений.

    Чрезвычайно короткое время выключения при перекрытии составляет ниже 5 мкс с.  Таким образом, загрязнение масла электрической дугой незначительно.

    Кроме того, это позволяет проводить неразрушающие испытания синтетического масла , сложноэфирного масла и силиконового масла .

    Тестер диэлектрического масла BA100 оснащен встроенной аккумуляторной батареей на 12 В емкостью 7,2 А·ч, что позволяет проводить испытания примерно в течение 12 часов.

    Таким образом, это ЕДИНСТВЕННЫЙ тестер диэлектрического масла с питанием от батареи в этом классе напряжения!

    Устройство также может работать от источников переменного напряжения 85–264 В (50 Гц/60 Гц) или от источников постоянного тока 12 В.
    Тестер диэлектрического масла BA100 — выдающийся анализатор пробоя
    Благодаря следующим характеристикам тестер диэлектрического масла BA100 – это лучший в своем классе автономный анализатор серии :
    • Компактный и сверхлегкий
    • Автоматические тестовые последовательности, отвечающие всем применимым стандартам
    • Чрезвычайно короткое время выключения
    • Неразрушающий контроль синтетического масла, сложноэфирного масла и силиконового масла
    • Простота использования
    • Программное обеспечение для ПК
    • ТОЛЬКО устройство с батарейным питанием в этом классе напряжения
    • Сверхъяркий цветной дисплей
    • Интерфейс USB
    • Соединение Bluetooth™
    • Встроенный принтер
    • Пользовательские программируемые последовательности испытаний
    • Автоматическая магнитная мешалка
    • Автоматически генерируемые отчеты об испытаниях
    • Расширенная рабочая температура

    Характеристика диэлектрического масла с помощью недорогого датчика изображения CMOS и новой матрицы электрической диэлектрической проницаемости с использованием метода трехмерной ячейки

    Abstract

    по международному стандарту IEC 60156. В этом стандарте получено действующее значение напряжения пробоя диэлектрика, но не приводится информация о распределении сил Кельвина за мгновение до начала динамического поведения дуги или о состоянии газов, образующихся через мгновение после момента возникновения электрической дуги в масле. В этой статье поведение масла до и после возникновения электрической дуги характеризуется сочетанием недорогого датчика изображения CMOS и новой матрицы диэлектрической проницаемости, связанной с диэлектрическим маслом, с использованием метода трехмерной ячейки.Таким образом, мы также предсказываем электрическое поле до и после электрического разрыва. Ошибка по сравнению с методом конечных элементов составляет менее 0,36%. Кроме того, предлагается новый метод измерения кинематической вязкости диэлектрических масел. С помощью недорогого датчика изображения измеряется распределение пузырьков, а также их диаметр и скорость всплытия после возникновения электрической дуги. Этот метод проверен с использованием стандартов ASTM и данных, предоставленных производителем масла. Результаты этих испытаний можно использовать для предотвращения зарождающихся отказов и оценки процессов профилактического обслуживания, таких как замена или восстановление трансформаторного масла.

    Ключевые слова:

    Ключевые слова: метод ячеек , мониторинг диэлектрического масла, датчик изображения, недорогие датчики, матрица диэлектрической проницаемости

    1. Введение

    В электроэнергетических системах трансформаторы являются одним из элементов с наиболее 60% инвестиций в высоковольтные подстанции. Для этого требуется набор методов мониторинга и диагностики, влияющих на жизненный цикл этих важных элементов. Эти методы включают следующее: анализ растворенного газа, проверка качества масла, проверка инфракрасной термографии, проверка коэффициента мощности, проверка коэффициента диэлектрических потерь и проверка диэлектрического пробоя масла, среди прочего [1,2].

    В данной работе анализ качества масла выполнен с использованием комбинации электрических, физических и химических тестов [3]. Трансформаторное масло соответствует образцу масла без учета часов использования.

    Наиболее важные и распространенные тесты связаны с напряжением пробоя диэлектрика (BDV), содержанием воды, кислотностью и цветом. Существует три основных стандарта для определения напряжения пробоя диэлектрика изоляционных жидкостей: ASTM D1816–12 (2019), ASTM D877/D877M–19 и IEC 60156:2018.В этом документе использовался стандарт UNE-EN 60156, основанный на стандарте IEC 60156:2018.

    Результаты этих испытаний используются для предотвращения зарождающихся отказов и оценки процессов профилактического обслуживания, таких как замена или восстановление трансформаторного масла [4].

    С одной стороны, минеральные масла в трансформаторах играют важную роль в качестве элемента электрической изоляции между частями, находящимися под напряжением, а с другой стороны, они помогают отводить тепло, выделяющееся из-за гистерезисных потерь и вихревых токов в железе, а также потери из-за эффекта Джоуля в катушках трансформатора. Это последнее условие требует, чтобы масло обладало высокой теплопроводностью и низким коэффициентом динамической вязкости.

    Прочность на пробой диэлектрических масел для трансформаторов будет зависеть от природы примесей, присутствующих в их твердом или газообразном состоянии. Анализ масла важен для продления срока службы трансформатора.

    Уровень знаний о напряжениях пробоя диэлектриков в изоляционных жидкостях менее развит, чем в случае газовых и твердых диэлектриков. Проведенные исследования могут в ряде случаев быть противоречивыми [5].

    Среди этих исследований есть те, которые объясняют напряжения пробоя диэлектрика жидкостей на основе расширения напряжений пробоя диэлектрика в газах, в свою очередь, на основе лавинной ионизации атомов, вызванной столкновениями электронов в приложенном поле [6].

    Напряжения пробоя диэлектрика в различных температурных диапазонах слабо зависят от температуры. Это говорит о том, что катодный эмиссионный процесс является автоэмиссионным, а не термоэлектронным [6].

    Электронная теория хорошо предсказывает относительные величины напряжений пробоя диэлектрика, но не время, в которое эти пробои происходят в изоляционной жидкости. Этот последний аспект — временной аспект — частично объясняется наличием загрязняющих частиц внутри изоляции. Это приводит к локальным пробоям, которые, в свою очередь, приводят к образованию мелких пузырьков с гораздо меньшей диэлектрической прочностью и, следовательно, в конечном итоге к пробою.

    Другие явления, объясняющие электрический пробой, включают электроконвекцию диэлектрического пробоя, диэлектрические жидкости, подвергающиеся воздействию высокого напряжения, и электропроводность, возникающую в основном из-за носителей заряда, впрыскиваемых в жидкость с поверхности электрода.Возникающий объемный заряд порождает кулоновскую силу, которая при определенных условиях вызывает гидродинамическую неустойчивость, создавая вихревое движение жидкости, приводящее к конвективному току.

    Таким образом, перенос заряда будет происходить в основном за счет движения жидкости, а не дрейфа ионов. Ключевым условием возникновения неустойчивости является превышение локальной малой скорости дрейфовой скорости ионов [5].

    В большинстве исследований, упомянутых в библиографии и посвященных анализу напряжения пробоя диэлектрика в диэлектрических маслах, используются приближенные аналитические уравнения или численные методы, основанные на дифференциальной формулировке, такие как метод конечных элементов (МКЭ).

    В настоящем исследовании мы предлагаем метод конечных формулировок (FF) [7] вместе с методом ячеек (CM) [8,9] в качестве ассоциированного численного метода для анализа этого типа устройств. Используя эту методологию, мы рассматриваем глобальные величины, связанные с пространственно-ориентированными элементами, такими как объемы, поверхности, линии и точки дискретизированного пространства, а также временные элементы, вместо величин поля, связанных с независимыми переменными, т. е. пространственными и временными координатами. [7].

    Кроме того, уравнения конститутивного типа — уравнения среды — четко отличаются от уравнений топологического типа — уравнений баланса. В FF физические законы, управляющие электромагнитными уравнениями, выражаются в их интегральной форме. Таким образом, окончательная система уравнений получается напрямую, без необходимости дискретизации эквивалентных дифференциальных уравнений [8].

    В КМ топологические уравнения, полученные непосредственно из законов Максвелла, являются точными (уравнения баланса), а определяющие уравнения, полученные в процессе дискретизации, являются приближенными.В последнем случае исходные величины, определенные в элементах двойной сетки, должны быть связаны с конфигурационными величинами, соответствующими элементам первичной сетки [10]. Величины полей и физические свойства среды предполагаются постоянными, по крайней мере, в первичной сетке. Это гарантирует, что дискретные уравнения согласуются с непрерывными определяющими уравнениями в том смысле, что дискретные определяющие уравнения аппроксимируют непрерывные определяющие уравнения с ошибкой, которая уменьшается с размером сетки [11].

    Большинство исследовательских работ в литературе по КМ сосредоточено на построении дискретных определяющих уравнений. Среди работ, связанных с квазиэлектростатической задачей в 2D с плоской симметрией, есть [12]. В данной работе с помощью КМ исследуется изотропное и анизотропное электростатическое поле. В [13] электростатическая задача изучается в двумерном пространстве с плоской симметрией. Определяющее уравнение используется с двумя приближениями. Первый подход предполагает однородное поле с треугольным основанием внутри каждой первичной ячейки, а второй подход, более общий, предполагает однородность полей в подобластях каждой первичной ячейки с четырехугольными основаниями.В [14] выполнен двумерный анализ с аксиальной симметрией (осесимметричным) для квазиэлектростатической задачи о линии с элегазовой изоляцией для инжектора нейтрального пучка ИТЭР.

    В [15] исследуется электростатический индукционный микродвигатель с использованием CM в 2D.

    В литературе, насколько известно авторам, метод трехмерной ячейки до сих пор не использовался для моделирования испытаний трансформаторных масел на напряжение пробоя диэлектрика как квазиэлектростатической задачи. В этой статье мы предлагаем использовать геометрическую структуру для определяющей матрицы электрической диэлектрической проницаемости, аналогичную матрице, которая появляется в [16] для электромагнитной задачи в 3D для расчета вихревых токов.

    Преимущество использования той же геометрической структуры в определяющих матрицах проводимости и диэлектрической проницаемости в квазиэлектростатической задаче в 3D заключается в том, что это снижает сложность исходного программного кода и время выполнения. Это связано с тем, что определяющая матрица вычисляется при сборке системы уравнений только один раз для каждого тетраэдра. Свойства электропроводности и диэлектрической проницаемости каждого тетраэдра умножаются на общую матрицу.Это делается элемент за элементом, пока не будет завершена окончательная система уравнений.

    В настоящем исследовании сформулирована новая определяющая матрица, которая с использованием CM связывает различия в электрических потенциалах (величины конфигурации) из-за первичных ребер сетки с электрическим потоком (величины источника) из-за двойных плоскостей сетки. Величины конфигурации связаны с ребрами первичной сетки, состоящей из тетраэдров, а величины исходного типа связаны с поверхностями двойной сетки (контрольный объем), полученными при барицентрическом разделении первичной сетки.

    В данной работе представлены экспериментальные исследования диэлектрической прочности трансформаторного масла на основе стандарта IEC 60,156 [17]. Наш вклад состоит в том, чтобы охарактеризовать поведение масла за мгновение до и после разрыва электрической дуги, объединив недорогой комплементарный датчик изображения на основе оксида металла и полупроводника (CMOS) и новую матрицу электрической диэлектрической проницаемости Mε с использованием 3D CM [7,15]. ]. В стандартном испытании получают только действующее значение напряжения пробоя диэлектрика.Однако информация о распределении сил Кельвина [18] за мгновение до начала динамического поведения дуги теряется, как и информация о газах, образующихся через мгновение после момента пробоя электрической дугой в масле. .

    Этот последний аспект был проанализирован путем записи изображений движения пузырьков газа, образующихся в нефти. Это также позволило измерить диаметр этих пузырьков. Измерение их величин использовалось для косвенного определения вязкости нефти.Физическое свойство вязкости может быть получено путем анализа изображений после дуги с использованием уравнения для предсказания конечной скорости подъема изолированных пузырьков в ньютоновских жидкостях [19].

    Данные, полученные с помощью датчиков, и результаты моделирования дополняют друг друга и предоставляют информацию, которая в противном случае была бы потеряна при строгом соблюдении стандартного теста.

    Использование недорогих систем камер в приложениях дистанционного зондирования не ново. Использование и изучение недорогих камер для инженерных и научных приложений подробно рассмотрено в [20].В [21] было проведено исследование эффекта короны в авиационных приложениях с использованием недорогих камер типа Raspberry-Pi. В [22] массив одноплатных компьютеров производства Raspberry Pi и связанных с ними 8-мегапиксельных камер использовался в Кембриджском университете для захвата изображений, необходимых для анализа скоростей изображений частиц или анализа корреляции цифровых изображений.

    Этот документ преследует две основные цели. Один из них состоит в том, чтобы представить новую матрицу диэлектрической проницаемости Mϵ, которая предсказывает электрическое поле до и после электрического разрыва.Другой способ заключается в измерении кинематической вязкости диэлектрического масла с использованием недорогого датчика изображения CMOS для измерения распределения пузырьков, их диаметра и скорости их подъема после возникновения электрической дуги. Кроме того, были проведены эксперименты для оценки напряжения пробоя диэлектрика, чтобы получить граничные условия для моделирования CM и FEM. Таким образом, обе цели связаны.

    Этот документ был разделен на следующие разделы. Раздел 2 определяет распределение E→ и ∇E2 в испытании на электрическую прочность изоляции путем применения 3D CM с использованием новой определяющей матрицы Mϵ. В разделе 3 описывается недорогой 8-мегапиксельный датчик изображения CMOS, используемый в экспериментальных исследованиях. В разделе 4 подробно представлены численные результаты КМ-моделирования с Mϵ. Эта матрица проверяется путем сравнения результатов, полученных с результатами анализа FEM. Наконец, в разделе 5 представлена ​​экспериментальная установка устройства для тестирования масла и полученные результаты. Кроме того, в нем изложена методика испытаний диэлектрической прочности и кинематической вязкости трансформаторного масла и заложена теоретическая основа новой методики определения динамической вязкости масла.Наконец, данные, полученные по кинематической вязкости с помощью предложенных методов, проверяют, сравнивая их с данными производителя.

    2. Распределение E→ и ∇E2 в испытании на электрическую прочность изоляции

    Образование электрической дуги и последующее образование пузырьков сильно зависят от оценки распределения электрического поля. Кроме того, его градиент определяет силы на единицу объема, действующие на загрязняющие частицы и микропузырьки внутри диэлектрика [23,24].

    Важно определить распределение поля E→ и градиент его квадрата ∇E2, так как это факторы, определяющие DBV.

    В следующем разделе объясняется предлагаемый метод получения этого распределения поля с использованием 3D CM в качестве альтернативного метода FEM. В этом разделе предлагается новая матрица диэлектрической проницаемости Mϵ для использования в КМ.

    2.1. Новая определяющая матрица Mε. Дискретные определяющие уравнения трансформаторного масла в конечной формуле

    Электрическое определяющее уравнение в трансформаторных маслах представляет собой комплексное уравнение, основанное на теории Фаулера–Нордгейма [25].В большинстве диэлектрических материалов ток проводимости свободных носителей относительно невелик, так как их проводимость обычно на несколько порядков ниже, чем у металла или полупроводника. В новых трансформаторных маслах при 50 °С она обычно порядка 1·10 -13 См/м, а в отработанных маслах порядка 1·10 -11 См/м [26].

    В данной работе рассматривается модель кондуктивного типа и предполагается, что проводимость одинакова по всему объему масла, где объемная плотность тока J→ прямо пропорциональна напряженности электрического поля E→ [25].

    Принимая во внимание отличные от нуля проводящие свойства масла и тот факт, что на него действует электрическое поле, в КМ ток через материал можно описать определяющим уравнением протекания тока как функции связанных разностей потенциалов с краями первичной сетки e i i = 1:6, как показано на рис. Определяющее уравнение, показанное в уравнении (1), было разработано в [16].

    Эталонный тетраэдр для программирования уравнений.Элементы первичной сетки представлены черным цветом, а двойные плоскости — зеленым. Также показан ток, связанный с двойной плоскостью S˜3.

    Электрическая определяющая матрица Mσ определяется выражением Mσ=σνS˜i·S˜j i; j=1:6. Матрица Mσ является функцией электропроводности каждого тетраэдра; его объем и скалярное произведение векторов поверхности соответствуют двойственным плоскостям (зеленым плоскостям) первичных ребер, ребрам e i и e j i j = 1:6, как показано на рис.

    Однако в диэлектриках, когда приложенные электрические поля меняются во времени, появляется новый вклад в свободный ток, так называемый ток смещения. Это появляется, когда есть изменение электрического потока во времени. Ток смещения имеет два члена: I˜d=∂ψ˜∂t=∂(ψ˜0+ψ˜P)∂t. Первый член в скобках зависит только от разности потенциалов в вакууме. Это не зависит от характеристик материала. Второй член зависит от используемого изоляционного материала.Это зависит исключительно от поляризации диэлектрика — в данном случае трансформаторного масла — и содержит реакцию материала, которая будет различаться в зависимости от механизмов поляризации, возникающих для каждого стимула чистой приложенной разности потенциалов (из-за как свободного заряды и заряды поляризации). Мы можем сгруппировать оба члена с полной диэлектрической проницаемостью пустой и материальной среды в ε=εrε0, с определяющим уравнением, данным в уравнении (2).

    ψ˜=Mε0U+MχPU=MεU.

    (2)

    Уравнение (2) связывает разности электрического потенциала U, связанные с краями первичной сетки (величины конфигурации), с электрическими потоками ψ˜ дуальных плоскостей S˜i i=1:6, как показано в . В уравнении (2) матрица Mε представляет собой новую электрическую определяющую матрицу, предложенную в этой работе. Учитывая аналогию с уравнением (1), предлагается следующее выражение:

    Mε=ενS˜i·S˜j i; j=1:6.

    (3)

    где Mε — функция электрической проницаемости каждого тетраэдра, ε=ε0εr, его объема ν и скалярного произведения векторов поверхности, которые соответствуют двойственным плоскостям прямых ребер, ребер e i и e j .Значение εr зависит от типа масла. При 20 °С он находится между значениями 2,1 и 3,5 [27]. Следовательно, ток смещения получается из уравнения (4).

    Общий ток определяется суммой обоих вкладов согласно уравнению (5). Полный ток I˜t представлен для двойственной плоскости s˜3 в .

    2.2. Законы Максвелла в конечной формулировке применительно к трансформаторному маслу

    Законы Максвелла, примененные в конечной формулировке при испытании на электрическую прочность, являются, прежде всего, законами, соответствующими конфигурационным величинам. Согласно [8], они состоят в следующем.

    • (a)

      Закон Гаусса для магнитного поля, уравнение (6)

      где D — матрица инцидентности объём-грань первичной сетки, которая эквивалентна стандартному оператору дивергенции. Величина ϕ представляет собой вектор со всеми магнитными потоками, связанными с четырьмя гранями тетраэдра первичной сетки, если i = 1:4, как показано на рис.

    • (б)

      Закон индукции Фарадея, уравнение (7)

      где C — матрица инцидентности грани-ребра основной сетки, которая эквивалентна стандартному оператору вращения.U — вектор разности потенциалов, расширенный на все ребра первичной сетки, а t — время.

    Следующие два закона соответствуют законам, которые оперируют величинами энергии.

    • (c)

      Обобщенный закон Ампера, уравнение (8)

      C˜·F˜=I˜f+∂(ψ˜)∂t,

      (8)

      где C˜ — матрица инцидентности грань-ребро в двойственной сетке, вектор F˜ — вектор магнитодвижущей силы, связанной со всеми гранями двойственной сетки, I˜f — вектор электрических токов, распространенный на все плоскости двойственной сетки. двойная сетка и, наконец, ψ˜ — электрический поток за счет поляризации диэлектрика, связанного с гранями двойной сетки.

    • (d)

      Закон Гаусса для электрического поля, Уравнение (9)

      где D˜ — матрица инцидентности объемов-граней двойственной сетки, а Qf — заряд, содержащийся в каждом дуальном объеме.

    Наконец, если к уравнению (8) применить дивергенцию, принимая во внимание уравнение (9), получится уравнение (10).

    D˜·I˜f+∂(Qf)∂t=0.

    (10)

    2.3. Законы Максвелла и определяющие уравнения

    В этом разделе определяющие уравнения и законы Максвелла, приведенные в разделе 2.1 и раздел 2.2 объединяются для получения окончательного уравнения во временной и частотной области. Для этой цели используется электрический скалярный потенциал, который значительно уменьшает количество неизвестных.

    Как мы упоминали в разделе 2.1, мы предполагаем, что электропроводность масла низкая, порядка величины σ=1×10-13 См/м. Диэлектрическая проницаемость масла составляет ε=εr⋅8,854187818×10−12 Ф/м. Можно считать, что три постоянные времени соответствуют типу решаемой задачи. Первый определяется как время релаксации заряда, τe=εσ≈εr⋅88 с.Вторая — электромагнитная постоянная времени, τem=lc≈10−12 с, где l = 10 см — характерная длина домена. Константа c — это скорость света. Третья постоянная – это магнитная постоянная времени, τm=τem2τe≈10−22 с. Можно считать, что при частоте 50 Гц, τ ≈ 20 мс и условиях квазиэлектростатичности поля β=(τemτ)2≪1 и τm<τem<τe. Дополнительную информацию о квазистатических законах и временных разложениях см. в [28]. Таким образом, поле можно считать квазиэлектростатическим, и уравнение (7) можно записать в виде

    Поскольку поле в этой ситуации почти электростатическое, можно работать с одним электрическим потенциалом U=-Gφ, где φ — электрический скалярный потенциал.Это наложено на поверхность электродов, как показано на рис. С учетом определяющих уравнений (2) и (9) это выглядит следующим образом.

    ( a ) Размеры и координаты электродов типа VDE. ( b ) Поверхностная сетка с 65 846 треугольниками для электродов, используемых в испытаниях.

    Принимая во внимание уравнение (10) и подставляя в него свободный объемный электрический заряд Q f из уравнения (12) и свободный ток If из уравнения (1), используя U=−Gφ, уравнение ( 13) получается.

    D˜·MσGφ+∂(D˜·MεGφ)∂t=0

    (13)

    Уравнение (13) соответствует дифференциальному уравнению, полученному в [28]. Если электроды работают на частоте f = 50 Гц, с угловой частотой ω = 2π50 с −1 , окончательное уравнение в частотной области будет уравнением (14). Можно заметить, что это уравнение включает диэлектрическую проницаемость и электропроводность. Это уравнение необходимо запрограммировать вместе с общим током электрода I˜t, который рассчитывается с использованием уравнения (15), где Ic — вектор падения относительного разреза между краями сетки объема масла и поверхностью одного из электроды, как показано на рис. Сумма всех токов в этом разрезе равна общему току, входящему или выходящему из каждого из электродов.

    D˜·MσGφ+jωD˜MεGφ=0

    (14)

    I˜t=−Ic·(MσG+jωD˜MεG)φ

    (15)

    51 679 соответствующих ребер объем масла и поверхность электрода, чтобы получить вектор падения I c из уравнения (15).

    Матричное представление обоих уравнений показано в уравнении (16).

    [GtMσG+jωGtMεG0IcMσG+jωIcMεG1][φI˜t]=[00]

    (16)

    Неизвестными являются все потенциалы φ основных узлов сетки и глобальная величина тока I˜t, связанные с поверхности одного из электродов.

    Обратите внимание, что общий ток был определен дважды уравнениями (5) и (15), поскольку уравнение (5) показывает две основные составляющие полного тока, т. е. ток смещения и электрический ток проводимости, а уравнение (15 ) детализирует его явный состав на основе его физических и геометрических свойств.

    В матричной системе (16) первая строка не связана со второй. Однако мы предпочли компактную систему уравнений, включающую общую интенсивность электрода. Это позволяет избежать дополнительного исчисления постобработки. Верно также и то, что мы увеличили размеры системы на одну степень свободы, соответствующую полной интенсивности через электрод. Таким образом, при решении единой матричной системы все неизвестные (степени свободы) получаются одновременно, без постобработки.

    На поверхностях электродов стабилизируются граничные условия. Все узлы на поверхности одного электрода имеют значение электрического потенциала, равное нулю, а все узлы на поверхности другого электрода имеют напряжение пробоя диэлектрика.

    Электроды имеют осесимметричную геометрию, но емкость для масла имеет кубическую форму, что делает глобальную модель неосесимметричной. Следовательно, мы должны выполнить 3D-анализ. Кроме того, новая предложенная матрица диэлектрической проницаемости представляет собой трехмерную матрицу, и эти расчеты придают матрице Mε общность.

    2.4. Силы поляризации Кельвина в диэлектрических материалах

    Сила, действующая на предполагаемую сферическую частицу или микропузырек газа во взвешенном состоянии с радиусом r и относительной диэлектрической проницаемостью ε в жидкости с относительной диэлектрической проницаемостью εoil в присутствии электрического поля E→=(Ex,Ey,Ez) рассчитывается с использованием формулы силы поляризации Кельвина согласно [23], как показано в уравнении (17).

    F→e=∫0rϵ0(ϵ−ϵoil)E→⋅∇E→ дв.

    (17)

    Если x-компонент F→e развит, уравнение (18) получается.

    Fex=ε0(ε−εoil)(Ex∂Ex∂x+Ey∂Ey∂y+Ez∂Ez∂z).

    (18)

    Разрабатывается аналогично для координат и , как и для координат z . При ∇×E→≈0 уравнение (17) согласно [24] упрощается и получается уравнение (19).

    F→e=∫0rε0(ε−εoil)12∇E2 дв.

    (19)

    Если ε>εoil, эта сила стремится переместить частицы в область, где поле сильнее, выравнивая их и образуя мост, облегчающий току пересечение жидкого диэлектрика по этому пути. Поле в области частиц увеличивается и достигается пробойное значение [5].

    Если количество частиц недостаточно для перекрытия зазора, частицы вызывают локальное усиление поля, а если поле превышает диэлектрическую прочность жидкости, вблизи частиц происходит локальный пробой, что приводит к образованию газовых пузырьков, которые имеют гораздо меньшую диэлектрическую прочность и, следовательно, в конечном итоге приводят к пробою.

    Важно подчеркнуть зависимость напряженности электрического поля от его градиента и, следовательно, важность оценки распределения этого электрического поля и его градиента.Это достигается применением метода, предложенного в данной статье: КМ совместно с предложенной новой матрицей диэлектрической проницаемости Mε.

    4. Численные результаты моделирования в CM с Mε по сравнению с FEM

    Система уравнений, показанная в уравнении (16), в синусоидальном устойчивом состоянии, была запрограммирована на C++. Поскольку матрицы разрежены и имеют большую размерность, использовалось подпространство Крылова. Эти алгоритмы были реализованы в программе PETSc [33].

    В частности, в качестве линейного решателя использовался обобщенный алгоритм минимальной невязки (GMRES).

    Основными характеристиками компьютера, используемого для моделирования, были: модель компьютера: X399 AORUS PRO; архитектура: x86_64; общая память: 128 ГБ; процессоры: 24; процессор: 2185,498 МГц; нить(и) на жилу: 2; ядер на разъем: 12.

    Численная проверка предлагаемого определяющего уравнения, показанного в уравнении (2), и системы уравнений, показанной в уравнении (16), была проведена путем сравнения его со стандартным МКЭ и его реализацией. в программе GetDP [34].В 3D использовалась очень плотная эталонная сетка с количеством тетраэдров, равным 2 790 589 объемов и 487 435 узлов. Программное обеспечение Gmsh [35] использовалось для построения сетки и визуализации данных. Узлы определяют количество неизвестных в системе уравнений, как показано в уравнении (16).

    Участок этой сетки и решение распределения потенциала, соответствующее разности потенциалов между электродами 19 488 В для напряжения пробоя диэлектрика, можно увидеть на рис.

    Электрический скалярный потенциал φ, полученный в CM при решении системы уравнений, показанной в уравнении (16), с сеткой 2 790 589 тетраэдров и разрезами A и B для сравнения.

    Результаты, соответствующие пространственному распределению плотностей токов проводимости и токов смещения, показаны на и соответственно.

    Модуль объемной плотности тока проводимости J→f, соответствующий уравнению (1).

    Модуль объемной плотности тока смещения J→d, соответствующий уравнению (4).

    Результаты распределения плотности силы на единицу объема в масштабе с коэффициентом 12(ε−εoil) показаны на и . Эти графики были получены путем разрезания результата моделирования плоскостями 1 X + 0 Y + 0 Z — 0,0489 = 0 и 0 X + 1 Y + 0 Z — 0,035 = 0 соответственно. Обратите внимание, что максимальная сила возникает в кольце вокруг центра.

    Плотность силы Кельвина, деленная на 12(ε−εoil), вырезанная плоскостью 1 X + 0 Y +0 Z − 0,0489 = 0,

    Плотность силы Кельвина, деленная на 12(ε−εoil), вырезанная плоскостью 0 X + 1 Y + 0 Z — 0. 035 = 0.

    показывает захват электрической дуги, зарегистрированный камерами A, B и C, слева, в центре и справа соответственно. На изображениях показана точка пробоя дуги в области, совпадающей с той, которая оценивается в модели по уравнению (19).

    Захват изображения электрической дуги камерами ( A C ).

    Кроме того, полезность расчета сил Кельвина за мгновение до достижения напряжения пробоя диэлектрика с использованием CM помогает понять, где возникает напряжение пробоя диэлектрика.и показать, что максимальные силы расположены в кольце вокруг электрода, а не в его центре. Это согласуется с экспериментальными изображениями, показанными на рисунке, полученными с помощью датчиков изображения.

    4.1. Проверка численного моделирования

    В этом разделе представлены численные эксперименты для проверки результатов, полученных с помощью предлагаемого метода, т. е. метода ячейки CM и матрицы диэлектрической проницаемости Mε из уравнения (3). Это сравнивается с МКЭ в 3D с большим количеством элементов (тетраэдров).Последние хорошо адаптируются к поверхности электродов. Геометрия задачи имеет плоскости симметрии. В конце концов, это всегда становится проблемой 3D. Эксперименты решили всю проблему в 3D.

    обобщает геометрические и физические свойства диэлектрического масла, использованного в численных экспериментах. Каждый тип эксперимента E1, E2 и E3 был разделен на два анализа данных, соответствующих разрезу A и разрезу B, которые представляют собой две характерные области электродов, как показано на рис.Между этими двумя зонами градиенты потенциала сильно различаются и служат для сравнения двух численных методов CM и FEM-getdp с использованием одной и той же сетки.

    Таблица 1

    Характеристики сетки и физические свойства, учитываемые в численных экспериментах.

    Experient НОМИКОВ Края грани Грумы Объемы Проводимость
    [S / M]
    относительно
    проницаемость 3
    BDV
    [V]
    Е1 3. 8 19 488
    Е2 5889 34,737 54,142 25 292 25 293 10 10 3.8 19 488
    Е3 487435 3 362 385 5 665 590 2 790 589 10 10 9 10 3 3. 8 19 488

    Число очков в сокращении, используемое во всех экспериментах, было 180.На этой основе был проведен анализ показателей.

    Были разработаны три численных эксперимента: E1, E2 и E3. Они состояли в дискретизации электродов и объема вокруг них, как показано на рис. В каждом эксперименте была разная плотность сетки, как показано на рис. Целью этих экспериментов была проверка сходимости численного метода КМ, а также определение погрешности, возникающей при сравнении его с другим эталонным численным методом, МКЭ-getdp.

    4.1.1. Результаты эксперимента E1

    показывают результаты моделирования с использованием CM и FEM-getdp. Это распределения электрического потенциала, полученные на разрезах А и В. Линии с большим наклоном соответствуют разрезу А, а линии с меньшим наклоном — разрезу В.

    Напряжение на разрезе А (более крутые кривые) и разрезе В (кривые с нижний наклон) для эксперимента E1. Напряжение пробоя диэлектрика составляет 19 488 В.

    показывает распределение модулей напряженности электрического поля.Большее электрическое поле наблюдается на срезе А.

    Электрическое поле на срезе А (верхние кривые) и срезе В (нижние кривые) для эксперимента Е1.

    В эксперименте E1 использовалась сетка с низкой плотностью. В видно, что значения напряжения в МКЭ-гетдп и КМ практически совпадают для среза А. Однако они больше различаются для среза Б. В имеется заметное различие между значениями электрического поля, полученными по МКЭ –getdp и данные CM, как в разрезе A, так и в разрезе B, потому что сетка не очень плотная.

    4.1.2. Результаты эксперимента E2

    и представляют собой результаты для электрического потенциала и модулей напряженности электрического поля соответственно, соответствующие эксперименту E2.

    Напряжение на разрезе A (более крутые кривые) и разрезе B (кривые с меньшим наклоном) для эксперимента E2. Напряжение пробоя диэлектрика составляет 19 488 В.

    Электрическое поле в разрезе А (верхние кривые) и разрезе В (нижние кривые) для эксперимента Д2.

    В эксперименте E2 использовалась сетка средней плотности.На видно, что значения напряжения для МКЭ-гетдп и КМ практически совпадают. В , все еще существуют различия между значениями электрического поля, полученными с помощью FEM-getdp и CM, как в разрезе A, так и в разрезе B.

    4.1.3. Результаты эксперимента E3

    Максимальная сходимость соответствует и , с общим числом тетраэдров 2 790 589 для эксперимента E3, как показано на .

    Напряжение на разрезе A (более крутые кривые) и разрезе B (кривые с меньшим наклоном) для эксперимента E3.Напряжение пробоя диэлектрика составляет 19 488 В.

    Электрическое поле в разрезе А (верхние кривые) и разрезе В (нижние кривые) для эксперимента Д3.

    В эксперименте E3 использовалась сетка высокой плотности. В и нет различий в значениях, даваемых МКЭ–getdp и КМ, ни для напряжения, ни для электрического поля.

    Следовательно, при увеличении плотности сетки два метода дают совпадающие решения. Это подтверждает справедливость новой матрицы M ε , предложенной в данной работе для КМ.

    4.2. Метрики численных экспериментов

    Для проверки предложенного метода (Mε с использованием КМ) была проведена серия сравнений между результатами, полученными с помощью КМ и с помощью МКЭ-getdp в проведенных численных экспериментах.

    Метрики применяются для проверки модели по эталону или образцу. В этом случае проверяемой моделью были результаты, полученные с помощью CM, а эталоном или образцом были результаты, полученные с помощью FEM. CM и FEM являются приблизительными численными методами, поэтому они не являются точными.В обоих методах допустимая ошибка заранее установлена.

    Существуют различные источники ошибок. Один из них — усечение цифр и накопление ошибок из-за выполняемых числовых операций. Другой, который больше всего влияет на нашу проблему, — это расположение разрезов. Близость разреза к узлам сетки делает расчетное значение на разрезе более точным. Напротив, когда разрез удаляется дальше от узла, необходимо будет получить интерполированные значения, что приведет к большей ошибке.Это происходит как в FEM, так и в CM.

    В этом исследовании был проведен анализ в МКЭ с очень плотной сеткой. Эти результаты использовались в качестве справочных. В КМ были установлены различные плотности сетки. С результатами, полученными с использованием CM, были сделаны различные сравнения с результатами модели FEM с высокой плотностью сетки. Различные статистические индикаторы (метрики) использовались для проверки достоверности CM по сравнению с FEM.

    Сделанные сравнения показаны в .

    Таблица 2

    Сравнение разработанных численных экспериментов.

    C1 Численный эксперимент E1-Cut A. Электрическое поле.
    C2 Численный эксперимент E1-Cut B. Электрическое поле.
    C3 Численный эксперимент E1-Cut A. Напряжение.
    C4 Численный эксперимент E1-Cut B. Напряжение.
    C5 Численный эксперимент E2-Cut A. Электрическое поле.
    C6 Численный эксперимент E2-Cut B.Электрическое поле.
    C7 Численный эксперимент E2-Cut A. Напряжение.
    C8 Численный эксперимент E2-Cut B. Напряжение.
    C9 Численный эксперимент E3-Cut A. Электрическое поле.
    C10 Численный эксперимент E3-Cut B. Электрическое поле.
    C11 Численный эксперимент E3-Cut A. Напряжение.
    C12 Численный эксперимент E3-Cut B.Напряжение.

    Из различных статистических данных, которые можно использовать для измерения согласия модели, для настоящего исследования были выбраны следующие: коэффициент детерминации (R 2 ), среднеквадратическая процентная ошибка ( RMSPE), средняя абсолютная процентная ошибка (MAPE) и процентная погрешность (PBIAS). и показать диапазон этих статистических данных, их оптимальные значения и значение, полученное в каждом проведенном сравнении. Когда полученное значение ближе к оптимуму статистики, анализируемая математическая модель имеет лучшее согласие.

    Таблица 3

    Показатели предлагаемых сравнений.

    6 [38]
    Сравнение C1 C3 C3 C4 C5 C6 ссылки
    R 2 [0, +1] Оптимальный: +1 0. 5772 0.0000 1.0000 0.0000 0.9979 0,0000 0.1083 [36]
    RMSPE [-1, +1] Оптимальный: 0 0.3624 0.1127 0.0045 0.0512 0.01152 0. 01302 0.1302 [37] [37] [-1, +1] Оптимальный: 0 0.2409 0.1119 0.0040 0.0405 0.0129 0.0959 [37] [37] [37] pbias [-1, +1] Оптимальный: 0 0. 1447 -0.1260 -0.1260 0.0216 0.0216 0.0254 [38]

    Таблица 4

    Показатели предлагаемых сравнений.

    6
    Сравнение
    C8 C8 C9 C10 C11 C12 ссылки
    R 2 [0, +1] Оптимальный: +1 1. 0000 09998 0.9997 1.0000 1.0000 1.0000 [36] [36] [36]
    RMSPE [-1, +1] Оптимум: 0 0.0050 0.0101 0.0003 0.0001 0. 0000 0.0000 [37] [37]
    MAEP [-1, +1] Оптимальный: 0 0.0044 0,0086 0,0002 0,00000 0.0000 0.0231 [37]
    PBIA [-1, +1] Оптимальный: 0 -0. 0019 0.0054 0,0054 0.0000 0,0000 0,0000 0.0000 [38]

    показывает различные ошибки гистограммы для некоторых проведенных сравнений.Следуя теории ошибок, идеально случайное распределение ошибок должно иметь среднее значение около нуля и быть гауссовым или нормальным распределением.

    Гистограммы ошибок: ( a ) сравнение C1; ( b ) сравнение С4; ( c ) сравнение C9; ( d ) сравнение C12.

    Если сравнения сгруппированы в следующем порядке {C1, C5, C9}, {C2, C6, C10}, {C3, C7, C11} и {C4, C8, C12}, это наблюдается в обобщенном виде , что увеличение плотности сетки улучшает модель для любого из анализируемых численных экспериментов.

    Сравнивая , и с , и , также видно, что напряжения в {C3, C7, C11} и {C4, C8, C12} были смоделированы в относительном выражении намного лучше, чем электрические поля в {C1, С5, С9} и {С2, С6, С10}.

    Значения коэффициента детерминации (R 2 ) свидетельствуют о хорошем совпадении данных для всех сравнений, кроме тех случаев, когда сетка была не очень плотной. Значения RMSPE, MAPE и PBIAS относительно высоки в сравнении. Тем не менее, все показатели находятся в оптимальном диапазоне.Даже самое большое значение ошибки 0,36% для RMPSE, как показано на рисунке, является более чем приемлемым значением.

    Распределение ошибок, согласно теории ошибок, соответствует нормальному распределению с центром в нулевом значении, как показано на .

    Подробные формулировки используемых показателей приведены в Приложении.

    7. Приложение

    R 2 : коэффициент детерминации.

    R2=1−∑i=1N(Xi−Yi)2∑i=1N(Xi−Y¯)2

    (31)

    Значение: −1≤R2≤1, чем ближе к 1, тем лучше .

    Преимущество: указывает на близость к линии регрессии. Идеальная линия регрессии имеет наклон 1.

    Недостатки: она не всегда указывает на линейную корреляцию между данными. Если выборка мала, данные при увеличении могут указывать на нелинейную корреляцию.

    См.: [36].

    RMSPE: среднеквадратическая ошибка в процентах.

    RMSPE=(1N∑i=1N(Xi−Yi)2)×1Y¯

    (32)

    Значение: −1≤RMSPE≤1, чем ближе к 0, тем лучше.

    Преимущество: он безразмерный и может использоваться для сравнения моделей.

    Недостатки: может занижать истинное измерение, поскольку пытается воспроизвести фактические данные.

    См.: [37].

    MAEP: средняя абсолютная ошибка в процентах.

    MAEP=1N∑i=1N|Xi−Yi|×1Y¯

    (33)

    Значение: −1≤MAEP≤1, чем ближе к 0, тем лучше.

    Преимущество: это безразмерная и надежная мера погрешности.

    Недостатки: может занижать истинное измерение, поскольку пытается воспроизвести фактические данные.

    Вам может понравится

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.