Из чего состоит трансформаторное масло

Химический состав трансформаторных масел

Трансформаторное масло является продуктом переработки нефти. Нефти различаются по химическому составу. Кроме того, химический состав масла зависит от способа его получения.

Практикой установлено, что эксплуатационные качества масел, различающихся происхождением и технологией получения, неодинаковы. Установлено, что между химическим составом масел и их поведением в эксплуатации существует определенная зависимость.

Изучению химического состава масел посвящен ряд работ советских ученых: Л. Г. Гурвича, Б. А. Казанского, А. Ф. Плате, Ал. А. Петрова, Л. Г. Жердевой, Н. И. Черножукова, С. Э. Крейна, Б. В. Лосикова, А. С. Великовского, С. Р. Сергиенко, П. А. Санина, Г. О. Гальперна, К. И. Зиминой, А. А. Поляковой, И. А. Михайлова и других, а также известные работы зарубежных исследователей: Ватермана, Ван-Неса, Вак-Вестена, Россини, Мэйера, Стрейфа, Липкина, Мартина, Куртца и многих других.

Масла состоят в основном из сложной смеси углеводородов различного строения, сернистых соединений (от 0,5 до 5 % в зависимости от содержания серы), небольшого количества кислород- и азотосодержащих соединений, а также следов металлоорганических соединений. Химический состав масел характеризуется обычно по элементному, групповому и структурно-групповому составам.

Для низкомолекулярных углеводородных фракций (газы, бензины и др.) возможно определение индивидуального состава и строения молекул (в том числе стериоизомеров).

Для высококипящих углеводородных фракций, к которым должны быть отнесены трансформаторные масла, определение индивидуального состава (за исключением н-парафиновых и некоторых других углеводородов) невозможно в настоящее время и в обозримом будущем.

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:

Трансформаторное масло: назначение, характеристики и эксплуатация

Трансформаторное масло нужно для изоляции и охлаждения рабочей части трансформатора.

Свойства масла меняются:

• из-за контакта с воздухом;
• из-за высокой температуры;
• из-за солнечного света;
• из-за воздействия токов короткого замыкания.

От вышеперечисленных воздействий повышается кислотность масла, что негативно отражается на изоляции обмоток. Происходит ее постепенное разрушение, поэтому у оборудования в целом понижается электрическая прочность.

Характеристики масла в трансформаторном баке

Основные параметры масла:

• кислотность – в идеале должна быть нейтральной. Измеряется количеством едкого калия в мг, которое способно нейтрализовать содержащиеся в масле кислоты;
• реакция водной вытяжки – в идеале нейтральная. Измеряется количеством нерастворимых кислот в масле;
• вязкость – оказывает влияние на способность масла отводить тепло;
• температура вспышки – когда масло вспыхивает от прямого воздействия огня
• количество механических примесей и угольной взвеси;
• пробивное напряжение – когда масло уже не способно нормально выполнять изолирующую функцию и защищать обмотки от пробоя изоляции.

ПОЧЕМУ В МАСЛО СОДЕРЖИТ ПРИМЕСИ?

Примеси в масле – это растворенные в нем краска, лак и частички изоляции. При возникновении электрической дуги в масле, примеси сгорают, и образуется уголь. Само масло также со временем распадается, в нем выпадает осадок (шлам).

Наличие механических частиц в масле негативно влияет на работу оборудования: понижается электрическая прочность масла, отчего изолированные части трансформатора начинают перекрываться.

С течением времени масло темнеет из-за перепадов температуры, выпадающего осадка и смол. Это характерно для моделей с негерметичным баком. В них каждые три года масло нужно обязательно проверять.

Важно! Если произошло короткое замыкания, то проверьте масло в масляном выключателе. Возможно там появилась взвесь угля.

Если ваш трансформатор эксплуатируется в условиях повышенной температуры и влажности, то контролируйте состояние масло чаще, чем раз в три года.

Параметры качественного трансформаторного масла:

• кислотное число — не более 0,05 мг КОН на 1 кг масла;
• нейтральная реакция водной вытяжки;
• без видимых механических примесей;
• снижение t вспышки — не более 5 °С от первоначальной;
• без взвешенного угля в баке или с малым его количеством в выключателях;
• электрическая прочность трансформаторов напряжением до 10 кВ — не ниже 20 кВ/мм;
• плотность при 20 °С — 0,84—0,89 г/см3;
• удельное объемное сопротивление примерно 1014—1015 Ом-см при 20 °С;
• tg5 при 20 °С — не более 2 %, при 70 °С — не более 7 %;
• зольность — не выше 0,005 %.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА

Уровень трансформаторного масла в негерметичном баке с течением времени уменьшается, поэтому его нужно периодически доливать.

Важно! Случается, что при доливании в бак свежего масла, качество эксплуатируемого еще больше ухудшается. Мы советуем сначала попробовать реакцию масла на смешивание. Если все хорошо, то можно доливать свежее масло в бак. Если нет – то стоит сменить его полностью на новое.

Использование масла в холодном климате

На холоде на эксплуатационные характеристики масла влияет температура замерзания. При минусе масло сильно густеет, а значит хуже омывает обмотки. Поэтому охлаждает такое масло не очень хорошо. Если трансформатор работает в среде с температурой не ниже — 20 °С, то температура застывания масла в выключателе – — 35 °С, а в баке – 45 °С.

Как брать масло для пробы

Погода должна быть сухой и ясной.

Подпишите образец – поставьте дату и место.

Пробу должны проверить в течение недели.

Как продлить срок службы масла

Установка термосифонного фильтра обеспечит непрерывное восстановление масло прямо в работающем трансформаторе.

Закачайте в бак вместо кислорода азот. Так вы практически избавите масло от окисления и увлажнения.

Замедлите окисление масла при помощи специальных присадок, например, ВТИ-1.

Масло в негерметичном масляном баке нужно периодически менять. Можно купить новое, а можно восстановить старое. Последний вариант часто оказывается более дешевым. Как это сделать, мы расскажем в следующей статье.

Трансформаторное масло: описание, свойства и применение

Силовые трансформаторы высокого напряжения — это важная и дорогостоящая часть системы распределения электричества. В таких устройствах применяют трансформаторное масло, чтобы наладить работу всей системы и достичь полной безопасности.

Трансформаторное масло — это специальная жидкость с высокой диэлектрической прочностью, используемая для отвода тепла и выполняющая изолирующую функцию.

Что такое трансформатор?

Трансформатор — это статическое устройство, выполняющее функцию преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого без изменения частоты. Это устройство имеет 2 или более изолированных проволочных или ленточных катушек (обмоток), связанных индуктивно на сердечнике (магнитопроводе).

Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, и большинство из них нуждается в трансформаторном масле для правильной работы.

Зачем в трансформаторах масло?

Обмотки, о которых мы говорили ранее, являются неотъемлемым элементом трансформатора и нуждаются в постоянной защите. В процессе работы оборудование выделяет большое количество тепла, и, дабы избежать поломки всей дорогостоящей системы, всё тепло необходимо отводить. Для решения этой задачи (охлаждения) и применяется трансформаторное масло, а также для электрической изоляции и гашения дуги.

Трансформаторное масло — продукт перегонки очищенной сырой нефти. Такому маслу характерны определенные свойства, зависящие от того, какая нефть была использована. Трансформаторные масла имеют сложный состав, в который входят следующие компоненты:

Сроки службы трансформатора и масла не связаны, поэтому трансформаторную жидкость нужно ежегодно очищать, а каждые 5 лет — регенерировать ее с использованием силикагеля на специальных маслорегенерационных установках.

Марки трансформаторных масел

В России и странах СНГ большим спросом пользуются отечественные трансформаторные масла. Наиболее популярные позиции мы сейчас рассмотрим подробнее, а также напоминаем о том, что на рынке присутствуют зарубежные продукты компаний Mobil и Shell.

Масло Т-1500У используется для внутреннего и наружного оборудования на предприятиях энергетики и народного хозяйства в трансформаторах и других маслонаполненных электроустановках малой и средней мощности (до 750 кВ) в качестве электроизолирующей и теплоотводящей среды, а также в масляных выключателях железнодорожных электровозов и промышленного оборудования для гашения электрической дуги. Также его можно применять с целью пропитки электротехнической бумаги, картона и других волокнистых материалов.

Масло ГК выполняет сразу две функции: отводит тепло и изолирует электропроводники. Конкретный вид масла используется для охлаждения силовых высоковольтных (от 500 кВ) трансформаторов, реакторных установок, а также для масляных выключателей.

Масло ВГ проходит высокую степень очистки (гидрокаталистическая обработка базы), содержит в составе присадку — ионол, которая повышает антиокислительную способность. Относится к группе изолирующих смазочных материалов. В основном масло применяют в качестве заливки в различных измерительных и силовых трансформаторах и ином оборудовании высокого напряжения до 1150 кВ, а также в аппаратах, работающих на реакторах и масляных выключателях.

Масло ТКп рекомендуется использовать при пониженных (не более, чем до −45 °С) температурах окружающей среды. Данный тип масла имеет широкую область применения: оно используется для охлаждения и изоляции электроустановок средних и малых мощностей (до 500 кВ), для гашения электродуговых разрядов, а также в масляных выключателях.

Масло АГК является арктическим аналогом масла ГК, что говорит о лучшей приспособленности к стабильной работе при низких температурах. В остальном свойства и преимущества трансформаторного масла АГК не отличаются от масла ГК.

Масло МВТ за счет низкой температуре застывания (−65 °С), масло МВТ обладает уникальными низкотемпературными свойствами и производится специально для работы в арктических условиях.