Трансформаторное масло — назначение, применение, характеристики
Трансформаторное масло представляет собой очищенную фракцию нефти, то есть является минеральным маслом. Его получают посредством перегонки нефти, где данная фракция кипит при 300 — 400°С. В зависимости от сорта исходного сырья свойства трансформаторных масел получаются различными. Масло отличается сложным углеводородным составом, где средний вес молекул варьируется от 220 до 340 а.е.м. В таблице приведены основные компоненты и их процент в составе трансформаторного масла.
Свойства трансформаторного масла, как электрического изолятора, определяются главным образом значением тангенса угла диэлектрических потерь. Поэтому наличие воды и волокон в масле полностью исключается, поскольку любые механические примеси ухудшают данный показатель.
Температура застывания трансформаторного масла — от -45°С и ниже, это важно для обеспечения его подвижности в низкотемпературных условиях эксплуатации. Эффективному отводу тепла способствует наиболее низкая вязкость масла даже при температурах от 90 до 150°С в случае вспышек. Для разных марок масел эта температура может быть 150°С, 135°С, 125°С, 90°С, не ниже.
Крайне важным свойством трансформаторных масел является их стабильность в условиях окисления, трансформаторное масло должно сохранять требуемые параметры на длительный период работы.
Что касается конкретно РФ, то здесь все сорта трансформаторных масел, применяемых на промышленном оборудовании, обязательно ингибированы антиокислительной присадкой — ионолом (2,6-дитретичный бутилпаракрезол, известный еще как агидол-1). Присадка взаимодействует с активными пероксидными радикалами, возникающими в цепи окислительной реакции углеводородов. Так, ингибированные трансформаторные масла имеют при окислении ярко выраженный индукционный период.
Сначала восприимчивые к присадкам масла окисляются медленно, поскольку возникающие цепи окисления прерываются ингибитором. Когда присадка истощена, масло окисляется с обычной скоростью, как без присадки. Чем больше индукционный период окисления масла, тем выше и эффективность присадки.
Немало эффективность присадки связана и с углеводородным составом масла, и с наличием примесей неуглеводородного рода, способствующих окислению, коими могут выступать азотистые основания, нефтеновые кислоты и кислородосодержащие продукты окисления масла.
Когда нефтяной дистиллят очищают, содержание ароматических углеводородов снижается, устраняются неуглеводородные включения, и в итоге стабильность ингибированного ионолом трансформаторного масла повышается. Между тем, существует международный стандарт «Спецификация на свежие нефтяные изоляционные масла для трансформаторов и выключателей».
Трансформаторное масло обладает горючестью, оно биоразлагаемо, почти не обладает токсичностью и не вредит озоновому слою. Плотность трансформаторного масла лежит в пределах от 840 до 890 килограмм на кубометр. Одно из важнейших свойств — вязкость. Чем выше вязкость, тем выше электрическая прочность. Вместе с тем, для нормальной работы в силовых трансформаторах и в выключателях, масло не должно быть очень вязким, иначе охлаждение трансформаторов не будет эффективным, а выключатель не сможет быстро разорвать дугу.
Здесь нужен компромисс относительно вязкости. Обычно кинематическая вязкость при температуре 20°С, у большинства трансформаторных масел лежит в диапазоне от 28 до 30 мм 2 /с.
Прежде чем заполнить маслом аппарат, масло очищают при помощи глубокой термовакуумной обработки. Согласно действующему руководящему документу «Объем и нормы испытаний электрооборудования» (РД 34.45-51.300-97), концентрация воздуха в трансформаторном масле, заливаемом в трансформаторы с азотной или пленочной защитой, в герметичные измерительные трансформаторы и в герметичные вводы, не должна быть выше 0,5 (определяется методом газовой хроматографии), а максимальное содержание воды — 0,001% массы.
Для силовых трансформаторов без пленочной защиты и для негерметичных вводов допустимо содержание воды не более 0,0025% массы. Что касается содержания механических примесей, определяющего класс чистоты масла, то оно не должно быть для оборудования напряжением до 220кВ хуже 11-го, а для оборудования напряжением выше 220 кВ — не хуже 9-го. Пробивное напряжение, в зависимости от рабочего напряжения, приведено в таблице.
Когда масло залито, то пробивное напряжение на 5 кВ ниже, чем у масла до заливки в оборудование. Допустимо снижение класса чистоты на 1 и увеличение процента воздуха на 0,5%.
Условия окисления (метод определения стабильности — по ГОСТу 981-75)
Температура застывания масла определяется при испытаниях, когда пробирку с загустевшим маслом наклоняют на 45°, и масло остается на том же уровне в течение минуты. Для свежих масел эта температура не должна быть ниже -45°С.
Данный параметр имеет ключевое значение для масляных выключателей. Тем не менее, в разных климатических зонах требования к температуре застывания различны. Например, в южных регионах допускается применять трансформаторное масло с температурой застывания -35°С.
В зависимости от условий эксплуатации оборудования, нормативы могут варьироваться, возможны в некоторых пределах отступления. Так, например, арктические сорта трансформаторного масла не должны застывать при температуре выше -60°С, а температура вспышки снижается до -100°С (температура вспышки — температура, при которой нагретое масло производит пары, становящиеся легко воспламеняемыми при перемешивании с воздухом).
Вообще, температура вспышки не должна быть ниже 135°С. Также важны такие характеристики, как температура воспламенения (масло воспламеняется и горит при ней в течение 5 и более секунд) и температура самовоспламенения (при температуре 350-400°С масло воспламеняется даже в закрытом тигле при наличии воздуха).
Трансформаторное масло обладает теплопроводностью от 0,09 до 0,14 Вт/(м х К), и она снижается с ростом температуры. Теплоемкость же с ростом температуры возрастает, и может быть от 1.5 кДж/(кГ х К) до 2.5 кДж/(кГ х К).
С коэффициентом теплового расширения связаны нормативы по размерам расширительного бака, и данный коэффициент находится в районе 0,00065 1/К. Удельное сопротивление трансформаторного масла при 90°С и в условиях напряженности электрического поля 0.5 МВ/м в любом случае не должно быть выше 50 Гом*м.
Равно как и вязкость, удельное сопротивление масла с ростом температуры снижается. Диэлектрическая проницаемость — в пределах от 2,1 до 2,4. Тангенс угла диэлектрических потерь, как было сказано выше, связан с наличием примесей, так для чистого масла он не превышает 0,02 при 90°С в условиях частоты поля 50 Гц, а в окисленном масле может превышать 0.2.
Электрическую прочность масла измеряют во время испытаний на пробой 2,5 мм разрядника с диаметром электродов 25,4 мм. Результат не должен быть ниже 70 кВ, и тогда электрическая прочность составит не менее 280 кВ/см.
Несмотря на принятые меры, трансформаторное масло может поглощать газы, и растворять в себе значительное их количество. В обычных условиях в одном кубическом сантиметре масла легко растворится 0,16 миллилитров кислорода, 0,086 миллилитров азота и 1,2 миллилитра углекислоты. Очевидно, кислород начнет окислять мало. Если газы наоборот выделяются, это признак появления дефекта обмотки. Так, по наличию растворенных в трансформаторном масле газов, посредством хроматографического анализа выявляют дефекты трансформаторов.
Сроки службы трансформаторов и масла не связаны напрямую. Если трансформатор способен работать безотказно лет 15, то масло каждый год желательно очищать, а через 5 лет — регенерировать. Однако, для предотвращения быстрого истощения ресурса масла предусмотрены вполне определенные меры, принятие которых значительно продлит срок службы трансформаторного масла:
- Установка расширителей с фильтрами для поглощения воды и кислорода, а также выделяемых из масла газов;
- Избегание рабочего перегрева масла;
- Периодические чистки;
- Непрерывная фильтрация масла;
- Введение антиокислителей.
Высокие температуры, реакции масла с проводниками и диэлектриками, — все это способствует окислению, которое и призвана предотвращать антиокислительная присадка, о которой упоминалось в начале. Но регулярная очистка все равно требуется. Качественная очистка масла возвращает его в пригодное для использования состояние.
Что же может послужить поводом для изъятия из эксплуатации трансформаторного масла? Это могут быть загрязнения масла постоянными веществами, наличие которых не привело к глубоким изменениям в масле, и тогда достаточно провести механическую очистку. Вообще, существует несколько методов очистки: механический, теплофизический (перегонка) и физико-химический (адсорбция, коагуляция).
Если произошла авария, резко снизилось пробивное напряжение, появился нагар, или хроматографический анализ выявил неполадки, трансформаторное масло очищают прямо в трансформаторе или в выключателе, просто отключив аппарат от сети.
Срок службы масла в трансформаторах может быть удлинен за счет применения антиокислительных присадок, термосифонных фильтров и др. Все это, однако, не исключает необходимости в регенерации отработанных масел.
Следовательно, задача регенерации отработанных масел — получить хорошо очищенный регенерат, соответствующий всем нормам на свежее масло. Стабилизация нестабильных регенератов добавкой свежего масла или антиокислительных присадок дает возможность применения простейших и доступных методов регенерации отработанных трансформаторных масел.
При регенерации трансформаторного масла важно получить хорошо очищенные регенераты, независимо от метода регенерации и степени старения масла, а стабилизацию, если масло имеет низкую стабильность, следует производить искусственным путем — добавкой свежего масла или присадки, обладающей высоким стабилизирующим действием, эффективной для регенерированных масел.
При регенерации отработанного трансформаторного масла получают до 3 фракций базовых масел для приготовления других товарных масел, таких как моторные, гидравлические, трансмиссионные масла, смазочно-охлаждающие жидкости и пластичные смазки.
В среднем после регенерации получается 70-85% масла, в зависимости от применяемого технологического способа. Химическая регенерация является при этом более дорогостоящей. При регенерации трансформаторного масла возможно получить до 90% базового масла идентичного по качеству свежему.
Дополнительно
Можно ли сушить масло в работающем трансформаторе, подняв его крышку в сухую погоду? Будет ли при этом испаряться вода из масла или, наоборот, масло будет увлажняться?
В сухом масле с пробивным напряжением 40 — 50 кВ содержатся тысячные доли процента влаги. Для увлажнения масла, характеризуемого снижением пробивной прочности масла до 15 — 20 кВ, требуются сотые доли процента влаги.
У трансформаторов, имеющих свободное сообщение с атмосферным воздухом через расширитель (или под крышкой), происходит непрерывный влагообмен с воздухом. Если температура масла понижается, а содержание влаги в нем меньше, чем ее содержится в воздухе, масло поглощает влагу из воздуха по закону парциальных давлений паров влаги. Пробивное напряжение масла при этом уменьшается.
Влагообмен происходит также между маслом и изоляцией трансформатора (хлопчатобумажная, бакелитовая), помещенной в масло. Влага перемещается в изоляции от нагретых частей к холодным. Если трансформатор нагревается, то влага переходит из изоляции в масло, а если охлаждается, то наоборот.
Поскольку в летние месяцы влажность воздуха бывает высокой, то при свободном влагообмене пробивное напряжение масла снижается по сравнению с зимними месяцами.
Зимой, когда влажность воздуха наименьшая и разность температур между воздухом и маслом наибольшая, масло несколько подсушивается. Летом, когда на изоляцию трансформаторов чаще воздействуют грозовые перенапряжения, пробивная прочность масла трансформаторов оказывается наименьшей, в то время как ее следует иметь наибольшей.
Для ликвидации свободного влагообмена между воздухом и маслом применяют воздухоосушители с масляным затвором.
Таким образом, при открытой крышке трансформатора может происходить сушка или увлажнение масла.
Сушка масла будет происходить лучше в морозную погоду, когда в воздухе содержится наименьшее количество влаги и имеет место наибольшая разность температуры между маслом и воздухом. Но такая сушка малопроизводительна и малоэффективна, поэтому она на практике не применяется.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Новости компании
Большое количество телефонных звонков, поступающих в офис касаются вопросов, связанных с закупкой трансформаторного масла.
Наиболее часто задаваемые вопросы:
Какое масло мне подойдёт?
Какое масло можно использовать для доливки в трансформатор?
Давайте по порядку разберёмся, что такое трансформаторное масло, для чего оно используется и как его подобрать.
Куда заливают трансформаторное масло?
Трансформаторные масла относятся к категории энергетических, а значит требуют особых условий использования и хранения. Многие имеют представление о том, что такое трансформаторы, только мало кто обращал внимание, что в верхней части большинства данных установок находится расширительный бак, в который и заливается трансформаторное масло, заполняя собой пространство трансформатора.
Конечно, о смазывании трансформатора изнутри речь не идёт, всё дело в том, что трансформаторное масло обладает хорошей теплопроводностью и диэлектрическими свойствами и используется в энергетике в качестве изолирующей среды и как средство эффективного отвода тепла.
Ещё одной распространённой областью применения трансформаторного масла является использование в контактных группах масляных выключателей. Напряжение в данном оборудовании составляет сотни тысяч вольт, и сила тока достигает 50 000 ампер. В данном случае, масло, конечно, выступает в роли жидкого диэлектрика, но основное его назначение — эффективное гашение электрической дуги, возникающей при замыкании и размыкании контактов.
Обращая внимание на область применения, делаем вывод, что состав и качество трансформаторного масла должны быть на высшем уровне.
Данный вид масел относится к категории минеральных и производится из соляровой фракции, получаемой в результате перегонки нефти. Трансформаторное масло не токсично и наносит минимальный вред окружающей среде при условии правильной эксплуатации, хранения и утилизации.
Вязкость трансформаторного масла
Одной из важнейших характеристик трансформаторного масла является его кинематическая вязкость. Показатель при температуре 50 °С составляет порядка 9 мм2/с у марок Гк, ТКп, ТСО, Т-1500У и ВГ. Исключением является арктическое исполнение масла Гк — АГк. Его показатель при 50 °С — 5 мм2/с. Данная величина ниже стандартной из-за эксплуатации АГк при температурах ниже -60 °С.
Перед заливкой в трансформатор масло должно проверяться в лаборатории предприятия или независимой лаборатории на соответствие показателям, указанным в паспорте и эксплуатационный документации предприятия.
Обязательными показателями для определения являются:
— вязкость;
— температура вспышки;
— пробивное напряжение.
Обратите внимание, что в маслонаполненное оборудование заливается только «осушенное» трансформаторное масло.
Снижение электрической прочности можно заметить в трансформаторных маслах, содержащих в своём составе растворённую воду, в случаях резкого падения температуры окружающей среды и относительной влажности, при вскрытии и перемешивании масла, когда вода попадает в ёмкость с поверхности тары. Каждый год масло из трансформаторов проходит проверку, в результате которой принимается решение об очистке, замене или регенерации продукта.
Данная процедура должна быть выполнена специалистами и в связи с этим, мы предлагаем свои услуги. Менеджеры нашей компании всегда готовы оказать квалифицированную помощь в подборе масла, а также направить к Вам на объект бригаду специалистов, производящих работу с маслами, бывшими в эксплуатации.
Чтобы ничего не пропустить, Вы можете подписаться на рассылку новостей, для этого просто кликнете по кнопке ниже!
Трансформаторное масло.
Трансформаторное масло представляет собой жидкий диэлектрик, который имеет изолирующие и охлаждающие свойства. Это минеральное масло высокой очистки с низкой вязкостью применяется в трансформаторах, изоляционных выключателях и реакторах. Требования к качеству и чистоте трансформаторного масла выводятся достаточно строгие, ведь от этого зависит срок службы дорогостоящего оборудования. Во время работы в масле накапливаются вода и кислород, вызывая окисление, что приводит к загрязнению трансформаторного масла. Качество охлаждения трансформатора падает.
Анализ трансформаторного масла происходит с помощью специальных приборов:
- для измерения электропроводности масел — «ВЕКТОР-2.0М», «ИПМ-1», «Р5026М».
- для измерения диэлектропотери — «Ш2-12ТМ», «Тангенс-3М», «Тангенс-2000», «СКАТ-М100».
- для измерения колличества влаги — «ЕЕ361», «ЕЕ381» компания «Полтраф», Vaisala «HUMICAP MM70».
Оборудование для очистки трансформаторного масла сложное в устройстве и занимает много места.
Рассмотрим наиболее важные свойства данного вида масел:
- Температура трансформаторного масла должна быть не выше -45 °С для застывание и не ниже 95, 125, 135 и 150 °С (для различного вида масел) для вспышки.
- Тангенс угла диэлектрических потерь при 90°С, %, не более 2.2, 1.7, 0.5 (для различного вида масел).
- Кинематическая вязкость трансформаторного масла при температуре 20 °С составляет 28-30×10 -6 м 2 /с.
- Кислотное число трансформаторного масла не более 0,2 мг КОН/г.
Если какие-то характеристики отклоняются от нормы, то может понадобиться очистка трансформаторного масла и осушка. Эти действия помогут осуществить специальные установки.
Выдающиеся характеристики трансформаторного масла, что оно горючее, биоразлагаемое, практически не токсичное, не нарушающее озоновый слой.
Трансформатор служит без вмешательства 10-15 лет, масло же потребует очистки через год, а регенерации через 4 года. Отработанное масло следует сдавать в специализированные компании для его восстановления или дальнейшей утилизации. Чтобы продлить срок службы трансформаторного масла, необходимо позаботиться о влагоизоляционных фильтрах, исключить контакт с воздухом, регулярно удалять загрязнения, проводить осушку трансформаторного масла и добавлять антиокислительные присадки.
Марки масел отечественного производства, которые отвечают всем стандартам качества:
- трансформаторное масло ВГ
- трансформаторное масло ГК
- трансформатороное масло Т-1500У
- трансформаторное масло ТКп
- трансформаторное масло ТСО
Чтобы ничего не пропустить, Вы можете подписаться на рассылку новостей, для этого просто кликнете по кнопке ниже!
Свойства трансформаторного масла: плотность, вязкость, теплопроводность
В таблице представлены свойства трансформаторного масла (ГОСТ 982-68) в зависимости от температуры. Свойства масла в таблице даны в интервале температуры от -20 до 120°С.
Теплофизические свойства трансформаторного масла, особенно вязкость и число Прандтля, зависят от температуры. Однако, плотность масла слабо зависит от температуры и ее величина меньше плотности воды – масло будет создавать пленку на ее поверхности.
Плотность трансформаторного масла при его нагреве уменьшается, например, при 0°С она равна 892 кг/м 3 , а при 120°С – 820 кг/м 3 . Изменение плотности этого масла при нагревании используется в системе естественного охлаждения электрических трансформаторов.
Вязкость трансформаторного масла существенно зависит от его температуры. При низких температурах вязкость этого масла
в десятки раз больше, чем сильно нагретого. Например, при 0°С кинематическая вязкость трансформаторного масла составляет величину 70,5·10 -6 м 2 /с, а при нагреве его до 120°С значение вязкости масла будет равным всего 1,92·10 -6 м 2 /с.
По таблице можно определить следующие теплофизические свойства масла:
- плотность масла, кг/м 3 ;
- удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
- теплопроводность, Вт/(м·град);
- вязкость кинематическая, м 2 /с;
- вязкость динамическая, Па·с;
- температуропроводность, м 2 /час;
- число Прандтля;
- коэффициент объемного теплового расширения, 1/град.
Размерность свойств трансформаторного масла в таблице (кроме температуропроводности) дана в единицах СИ.
- Плотность водных растворов солей, кислот и оснований
- Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров