Нефтяные электроизоляционные масла
Основную часть нефтяных электроизоляционных масел составляют углеводородные компоненты. Точная химическая формула масел не известна.
Нефтяные масла получают путем тщательной очистки остаточных фракций нефти соответствующего уровня вязкости.
Трансформаторное масло – наиболее распространенный жидкий диэлектрик, применяющийся в высоковольтном оборудовании. Масло служит в качестве изоляции в силовых трансформаторах, кабелях, высоковольтных выключателях. Кроме того, трансформаторное масло выполняет роль охладителя, отводя тепло от обмоток электрических машин в окружающую среду. В выключателях масло используется в качестве дугогасящего изолятора: выделяющиеся в процессе разрыва электрической дуги газы способствуют охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению.
Конденсаторное масло используют в качестве диэлектрика в высоковольтных конденсаторах.
Цвет электроизоляционного масла
Цвет свежего трансформаторного (конденсаторного) масла обычно соломенно-желтый и характеризует глубину очистки масла. Переход к темно-желтому цвету указывает недостаточно полное удаление из масла смолистых соединений. В окисленных маслах, бывших в эксплуатации, потемнение связано с накоплением продуктов окисления: чем их больше, тем темнее масло.
Эксплуатация электроизоляционных масел
В процессе эксплуатации электрических аппаратов, залитые в них масла претерпевают глубокие изменения, обусловленные процессами старения, приводящими к ухудшению химических и электрофизических показателей масел. Основным фактором, влияющим на старение масел, является воздействие кислорода воздуха — сильного окислителя. Процесс окисления ускоряется при увеличении температуры, под влиянием электрического поля, света, а также некоторых материалов, являющихся активными катализаторами окисления углеводородов масла. К таким материалам относится медь и ее сплавы.
При возникновении в масле достаточно мощных разрядов происходит разложение углеводородов с образованием горючих газов: водорода, метана и др. На практике по составу газа, выделяющегося из масла в работающем аппарате, можно заблаговременно судить о характере развивающегося повреждения в аппарате. Характеристикой объема выделяющихся газов служит температура вспышки масла – температура, при которой газ на поверхности масла вспыхивает при поднесении пламени. В соответствии с ГОСТ, эта температура не должна быть ниже 135 ºС.
Изоляционные характеристики масел должны соответствовать нормам электрической прочности.
Для продления срока службы изоляционных масел используют герметизацию оборудования – защиту масла от непосредственного контакта с кислородом воздуха.
Другой метод, позволяющий замедлить накопление продуктов окисления в масле трансформатора, основан на естественной циркуляции масла через термосифонный фильтр, заполненный адсорбентом – веществом, поглощающим влагу.
Изоляционные свойства масла, бывшего в эксплуатации, могут быть восстановлены в процессе сушки масла. При этом масло обрабатывается искусственными цеолитами (молекулярные сита). Для очистки от механических загрязнений, масло фильтруют через пористые перегородки, а также через магнитные фильтры.
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:
Жидкие диэлектрики
Жи́дкие диэле́ктрики — молекулярные жидкости, удельное электрическое сопротивление которых превышает 10 10 Ом см. Как и твердые диэлектрики, жидкие диэлектрики поляризуются в электрических полях: для них характерна электронная и ориентационная поляризация. Диэлектрическая проницаемость (статическая) жидких диэлектриков может достигать значений 10 2 (для частоты 10 4 Гц). В сильных электрических полях происходит электрический пробой жидких диэлектриков, механизм которого (тепловой или электронный) зависит от природы жидкости, ее чистоты, температуры, и др.
Жидкими диэлектриками являются насыщенные ароматические, хлорированные и фторированные углеводороды, ненасыщенные парафиновые и вазелиновые масла, кремнийорганические соединения (полиорганосилоксаны), сжиженные газы, дистиллированная вода, расплавы некоторых халькогенидов и др. Для жидких диэлектриков характерна ковалентная связь электронов в молекулах, а между молекулами действуют ван-дер-ваальсовые силы.
Жидкие диэлектрики применяются в электроизоляционной технике в качестве пропитывающих и заливочных составов при производстве электро- и радиотехнической аппаратуры: в электрических аппаратах высокого напряжения, а также в блоках электронной аппаратуры. По применению они делятся на жидкости для конденсаторов, кабелей, циркулярных систем охлаждения выпрямительных установок и турбогенераторов, масляных выключателей. Электрическая прочность, диэлектрическая проницаемость и теплопроводность жидких диэлектриков имеет более высокие значения по сравнению с воздухом и другими газами при атмосферном давлении. Поэтому электроизоляционные жидкие диэлектрики должны обеспечивать повышение электрической прочности твердой пористой изоляции, отвод тепла от обмоток трансформатора, гашение электрической дуги в масляных выключателях. В импульсном электрическом поле их электрическая прочность возрастает.
Основными характеристиками диэлектрических жидкостей являются диэлектрическая проницаемость, электропроводность и электрическая прочность.
Диэлектрическая проницаемость является истинной характеристикой жидкостей и характеризуется дипольным моментом и поляризуемостью молекул. Собственная проводимость жидких диэлектриков имеет электронную и ионную составляющие. Она обусловлена автоэлектронной эмиссией с катода, электролитической диссоциацией молекул, ионизацией молекул. Электрические свойства жидких диэлектриков в значительной мере зависят от степени их очистки. Загрязнения, как правило, снижают электрическую прочность жидких диэлектриков и увеличивают проводимость за счет возрастания количества ионов и заряженных коллоидных частиц.
Проводимость жидкостей определяется ионизацией молекул и наличием в жидкости примесей. Основными примесями, уменьшающими электрическую прочность, являются микрочастицы, микропузырьки и вода. Очистка диэлектрических жидкостей (дистилляцией, частичной кристаллизацией, адсорбцией, ионным обменом) приводит к уменьшению электропроводности и диэлектрических потерь и возрастанию электрической прочности. Электрическая прочность в значительной степени является технологической характеристикой жидкого диэлектрика и электродов, способов приготовления и эксплуатации изоляционного промежутка. На нее влияют не только те примеси, которые определяют электропроводность, но и форма и материал электродов, длительность импульса, наличие пузырьков.
Наиболее распространенными жидкими диэлектриками, применяемыми в качестве электроизоляционных материалов, являются:
нефтяные масла — трансформаторное, конденсаторное и кабельное;
синтетические жидкие диэлектрики — полихлордифенил (совол, совтол), кремнийорганические и фторорганические;
растительные технические масла (касторовое, льняное, конопляное и тунговое) в электроизоляционной технике применяются ограниченно.
Нефтяные электроизоляционные масла
Нефтяные масла — слабовязкие, практически неполярные жидкости. По химическому составу представляют смесь различных углеводородов парафинового, нафтенового, ароматического и нафтено-ароматического рядов с небольшим (до 1% масс) содержанием присадок, улучшающих их стойкость к термоокислительному старению, а также температурно-вязкостные характеристики. Нефтяное трансформаторное масло получило наиболее широкое применение в высоковольтных аппаратах: трансформаторах, масляных выключателях, высоковольтных водах. Нефтяное трансформаторное масло является неполярным диэлектриком. Поэтому в чистом масле диэлектрические потери обусловлены в основном токами проводимости, величина которых мала, следовательно, малы и диэлектрические потери. При 20 о С и 100 Гц = 2, 2-2, 3, = 10 10 -10 13 Ом . м, Епр= 10-28 кВ/мм. В механизме пробоя основное влияние на образование газоразрядного канала проводимости имеет нерастворенная в масле полярная полупроводящая и проводящая примесь. Вода, растворенная в масле, увеличивает электропроводность и электрические потери, но мало влияет на электрическую прочность. Вода, выделенная в виде мелкодисперсных капель, вызывает резкое увеличение неоднородности поля, что приводит к снижению пробивного напряжения.
Нефтяное конденсаторное масло получают из трансформаторного путем его более глубокой очистки адсорбентами. Его электрические свойства лучше, чем у трансформаторного масла. При 20 о С и 1 Гц = 2, 1-2, 3, = 10 11 -10 12 Ом . м, Епр= 14-18 кВ/мм. Используют для пропитки бумажных конденсаторов, в особенности силовых. При пропитке в результате заполнения пор бумаги маслом увеличиваются диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность бумаги, следовательно, возрастают емкость конденсатора и его рабочее напряжение.
Нефтяное кабельное масло применяют для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей с рабочим напряжением до 35 кВ в свинцовой или алюминиевой оболочке, а также для заполнения металлических оболочек маслонаполненных кабелей на напряжение до 110кВ и выше.
Конденсаторные масла отличаются от трансформаторных масел более тщательной очисткой и меньшими значениями tg (до 2.10 -4 ). Недостатки нефтяных масел — пожаро- и взрывоопасность, невысокая стойкость к тепловому и электрическому старению, гигроскопичность.
Синтетические жидкие диэлектрики
Наибольшее применение получили синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов (совол, совтол), что связано с их высокой термической устойчивостью, электрической стабильностью, негорючестью. Однако в связи с токсичностью хлорированных углеводородов их применение сначала ограничивалось, а в настоящее время почти повсеместно запрещено.
Жидкие диэлектрики на основе кремнийорганических соединений (полиорганосилоксанов) являются нетоксичными и экологически безопасными. Они не вызывают коррозии металлов, обладают очень низкой гигроскопичностью и морозостойкостью. Эти жидкости представляют собой полимеры с низкой степенью полимеризации, в молекулах которых содержится повторяющаяся силоксанная группировка: Кремний-кислородная связь имеет высокую термическую и химическую стойкость, поэтому кремнийорганические соединения устойчивы при высоких температурах (до 250 о С). По своим диэлектрическим характеристикам полиорганосилоксановые жидкости приближаются к неполярным диэлектрикам. При 20 о С и 100 Гц = 2, 4-2, 8, = 10 11 -10 12 Ом . м, Епр= 14-18 кВ/мм. Полиорганосилоксановые жидкости используют в импульсных трансформаторах, специальных конденсаторах, работающих при повышенной температуре, блоках радио- и электронной аппаратуры и в некоторых других случаях. Их недостаток — сравнительно быстрая воспламеняемость, кроме того, они значительно дороже нефтяных масел.
Жидкие диэлектрики на основе фторорганических соединений отличаются негорючестью, высокой химической, окислительной и термической стабильностью, высокими электрофизическими и теплопередающими свойствами. Молекулы фторорганических жидкостей состоят из атомов углерода и фтора, при этом молекулярную цепь образуют атомы углерода. Фторорганические жидкости — неполярные диэлектрики. При 20 о С и 100 Гц = 2, 2-2, 5, ρ = 10 12 -10 14 Ом . м, Епр= 12-19 кВ/мм. Они обеспечивают более интенсивный отвод тепла от охлаждаемых обмоток и магнитопроводов трансформатора, чем нефтяные масла и кремнийорганические соединения. Применяются для наполнения небольших трансформаторов, блоков электронного оборудования и других электрических аппаратов в тех случаях, когда рабочие температуры велики для других видов жидких диэлектриков. Некоторые перфторированные жидкие диэлектрики могут использоваться для создания испарительного охлаждения в силовых трансформаторах. Недостатки — токсичность некоторых видов фторорганических жидкостей, высокая стоимость.
Растительные масла
К растительным маслам относятся касторовое, тунговое, льняное, конопляное. Растительные масла — слабополярные диэлектрики. Касторовое масло имеет высокую нагревостойкость и используется как пластификатор и для пропитки бумажных конденсаторов. Тунговое, льняное и конопляное масла относятся к «высыхающим» маслам. Высыхание обусловлено не испарением жидкости, а химическим процессом, в основе которого лежит окислительная полимеризация. Используются в качестве пленкообразующих в лаках (в том числе электроизоляционных), эмалях и красках.
Касторовое масло получается из семян клещевины; иногда используется для пропитки бумажных конденсаторов. Плотность касторового масла 0, 95-0, 97 Мг/м3, температура застывания от минус 10 до минус 180 °С; диэлектрическая постоянная Ɛ равна 4, 0 — 4, 5 при температуре 200 °С; Епр=15-20 Мв/м. Касторовое масло не растворяется в бензине, но растворяется в этиловом спирте.
Льняное масло золотисто — желтого цвета получается из семян льна. Его плотность 0, 93-0, 94 Мг/м3, температура застывания — около -200 °С.
Тунговое (древесное) масло получают из семян тунгового дерева, которое разводится на Дальнем Востоке и на Кавказе. Тунговое масло не является пищевым и даже токсично. Плотность тунгового масла — 94 Мг/м 3 , температура застывания — от 0 до минус 50 °С.
По сравнению с льняным маслом тунговое высыхает быстрее. Оно даже в толстом слое высыхает более равномерно и дает водонепроницаемую пленку, чем льняное.
Высыхающие масла применяются в электропромышленности для изготовления электроизоляционных масляных лаков, лакотканей, для пропитки дерева и для других целей. В последнее время наблюдается тенденция к замене высыхающих масел синтетическими материалами. Невысыхающие масла могут применяться в качестве жидких диэлектриков.
3.3. Жидкие диэлектрики
Нефтяные масла представляют собой смесь углеводородов, их получают фракционной перегонкой нефти. По применению различают трансформаторное, конденсаторное и кабельное масла, отличающиеся степенью очистки. Трансформаторное масло применяют для заливки силовых трансформаторов с целью повышения электрической прочности за счет заполнения пор волокнистой изоляции и промежутков между ее слоями, для заливки высоковольтных выключателей, где масло оказывает дугогасящее действие. Конденсаторное масло используют для пропитки бумажной изоляции конденсаторов с целью увеличения их удельного сопротивления и электрической прочности, что позволяет увеличить емкость и уменьшить габариты конденсаторов. Его получают путем дополнительной очистки трансформаторного масла. Кабельное масло используют для пропитки бумажной изоляции высоковольтных кабелей. Нефтяные масла — неполярные диэлектрики с электронной поляризацией и ионной проводимостью. В неполярных жидкостях диссоциация молекул незначительна, число носителей заряда невелико и проводимость мала. Источниками ионов могут быть различные
примеси и влага. Диэлектрические потери в нефтяных маслах невелики, они обусловлены током сквозной проводимости. Диэлектрические жидкости дополнительно характеризуются температурой вспышки Т всп и температурой застывания Т з . Электрофизические характеристики трансформаторного масла: • ε = 2,1…2,5; • ρ = 10 11 …10 13 Ом·м; • tg δ = 20·10 -4 ; • Е пр = 20…25 МВ/м; • Т всп = 135 ° С; • Т з = -45 ° С. Конденсаторное и кабельное масла имеют более низкие ди- электрические потери tg δ = (3…5)·10 -4 и более высокую электрическую прочность Е пр = 25…30 МВ/м. Свойства масел зависят от температуры. При повышении температуры уменьшается их вязкость и плотность, возрастают подвижность ионов, диссоциация молекул примеси и ионная проводимость. В результате tg δ увеличивается, а ε , ρ и Е пр — уменьшаются. К достоинствам нефтяных масел относятся высокие электроизоляционные свойства, доступность и невысокая стоимость. Недостатки нефтяных масел: • легкая воспламеняемость, • сильная зависимость вязкости от температуры: при понижении температуры от 100 ° С до -35 ° С вязкость увеличивается в 1800 раз, • сильная зависимость электрической прочности от содержания примесей и влаги, • склонность к старению. Старение масел заключается в разложении углеводородов и их окислении. При этом образуются полярные продукты, разрушающие изоляцию, увеличивается вязкость, ухудшаются диэлектрические свойства, понижается температура вспышки. Старение ускоряется от кислорода воздуха, света, тепла, электрических полей. Для повышения устойчивости к старению в масло добавляют ингибиторы, замедляющие старение (антиоксиданты). Применяют также герметизацию электрооборудования.
3.3.2. Синтетические жидкие диэлектрики
К синтетическим жидким диэлектрикам относятся хлорированные ароматические углеводороды (совол, совтол), кремнийорганические и фторорганические жидкости. Эти диэлектрики обладают рядом преимуществ по сравнению с нефтяными маслами и применяются в условиях повышенных тепловых нагрузок, напряженности электрического поля, в пожаро- и взрывоопасных средах. Хлорированные углеводороды — это продукты хлорирования дифенила (C 12 H 10 ). Применяются полихлордифенил C 12 H 5 Cl 5 — совол , а также раствор совола в трихлорбензоле — совтол . Хлорированные углеводороды относятся к полярным диэлектрикам, наряду с молекулами примесей могут диссоциировать и их собственные молекулы, что приводит к большей электропроводно- сти ( ρ = 10 9 …10 11 Ом·м). Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольно-релаксационной составляющими. Поэтому для них диэлектрическая проницаемость имеет более высокие значения ( ε ≈ 5,0), чем у нефтяных масел. Дипольно-релаксационная поляризация существенно влияет на общий уровень диэлектрических потерь. В нормальных условиях tg δ = 10 -2 . 10 -3 . При повышении температуры и частоты поля диэлектрические потери сильно увеличиваются, поэтому частотный диапазон применения этих жидкостей ограничен низкими частотами. Электрическая прочность большинства жидкостей на основе хлорированных углеводородов составляет Е пр до 18-20 МВ/м. Совол применяется, главным образом, для пропитки конденсаторной бумаги, это позволяет повысить емкость конденсатора на 50%. К числу его преимуществ относится более высокая стабильность в сильных электрических полях, стойкость к старению, негорючесть, пожаробезопасность. Недостатком совола является высокая температура застывания ( Т з = -8 ° С), что ограничивает его применение. Совтол имеет меньшую, чем у совола вязкость и температуру застывания ( Т з = -35 ° С), применяется как заменитель трансформаторного масла. Основной недостаток хлорированных углеводородов — токсичность.
Электроматериаловедение — Жидкие диэлектрики
ГЛАВА XI. ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
§ 47. Классификация и назначение жидких диэлектриков
В качестве жидких электроизоляционных материалов в электротехнических устройствах применяют электроизоляционные минеральные масла и синтетические жидкие диэлектрики: совол и кремний — органические жидкости. Наибольшее применение имеют минеральные нефтяные масла. По характеру использования в качестве жидких диэлектриков нефтяные масла могут быть разделены на три группы:
масла для силовых трансформаторов и высоковольтных выключателей;
кабельные масла, используемые для пропитки бумажной изоляции высоковольтных кабелей;
конденсаторные масла, применяемые для пропитки бумажной изоляции конденсаторов. Для этой же цели в бумажно-масляных конденсаторах используют искусственную жидкость — совол.
Характерной особенностью всех жидкостей является то, что их молекулы обладают большей подвижностью по сравнению с молекулами твердого тела. Чем выше температура жидкостей, тем подвижность их молекул больше. Это свойство жидкостей определяется их вязкостью. Большая подвижность молекул жидкостей обеспечивает им возможность заполнять различные пустоты и твердой изоляции. Минеральные масла хорошо пропитывают такие пористые электроизоляционные материалы, как картоны, бумаги, дерево и др. Будучи хорошими диэлектриками, минеральные масла, проникнув в поры такой изоляции, улучшают их электрические характеристики. Так, например, у пропитанной минеральным маслом бумаги резко возрастает по сравнению с непропитанной электрическая прочность Епр.
Минеральные масла при температурах около 70—80° С обладают небольшой вязкостью, поэтому частицы масла приобретают большую подвижность. Это позволяет использовать нефтяные масла в трансформаторах для охлаждения обмоток.
Масло в трансформаторах нагревается у обмоток и, притекая к холодным частям бака трансформатора, отдает им полученное тепло. Масло, имеющее большую вязкость, не обеспечит необходимого охлаждения трансформатора. На рис. 103 приведена кривая вязкости нефтяного трансформаторного масла в зависимости от температуры.
В высоковольтных трансформаторах нефтяное масло является не только теплопроводящей средой, но и главным электроизоляционным материалом. Оно заполняет пространство между обмотками трансформатора и тем самым усиливает изоляцию трансформатора. Выполняя эту роль, масло должно обладать в первую очередь большой электрической прочностью и малой величиной тангенса угла диэлектрических потерь.
Рис. 103. Вязкость трансформаторного масла в зависимости oттемпературы
В высоковольтных выключателях применяется то же самое масло, что и в трансформаторах. Здесь масло выполняет не только функцию жидкого диэлектрика, изолирующего части выключателя от стенок бака, но и среды, гасящей электрическую дугу, возникающую между контактами выключателя при отключении им высоковольтных сетей.
Процесс гашения электрической дуги состоит в следующем: при высокой температуре электрической дуги масло разлагается с выделением газов (водорода, ацетилена, этилена и др.). Газы вытесняют масло из части объема около контактов выключателя и образуют здесь газонов пространство. Давление в этом газовом пространстве повышается, к результате чего горение дуги прекращается.
В электрических кабелях минеральное масло применяется в чистом виде без каких-либо растворенных в нем веществ или в виде пропиточного состава для пропитки бумажной изоляции. В последнем случае в минеральное масло вводят канифоль, которая растворяется в масле. В результате этого вязкость масла повышается и оно не перетекает в бумажной изоляции внутри ка беля.
§ 48. Минеральные электроизоляционные масла
Минеральные масла получают методом дробной перегонки нефти. Химический состав их определяется составом нефти. Все нефтяные масла являются смесью различных углеводородов парафинового (метанового), нафтенового и ароматического рядов. Углеводороды парафинового ряда представляют собой соединения углерода и водорода в виде молекул цепочечной структуры:
Как видно из этой формулы, цепочки могут быть различной длины в зависимости от количества соединенных между собой атомов углерода. Углеводороды метанового ряда обладают хорошей химической стабильностью, т. е. стойкостью против окисления.
Нафтеновые углеводороды представляют собой соединения углерода с водородом в виде замкнутых колец с боковыми цепями.
Поэтому они часто называются циклическими углеводородами. Содержание их в масле достигает 70—85%.
Ароматические углеводороды тоже являются циклическими соединениями углерода с водородом, имеющими (аналогично нафтенам) небольшие боковые цепочки. Установлено, что удаление этих углеводородов из электроизоляционного масла приводит к его быстрому окислению, однако чрезмерное количество ароматических углеводородов в составе масел понижает температуру вспышки паров масла и вызывает выпадение осадков. В результате этого ухудшаются электрические характеристики масла. Количество ароматических углеводородов в масле регулируется в зависимости от химического состава нефти. Представителем ароматических соединений является бензол, химическая формула которого такова:
Как видно из этой формулы, ароматические соединения в отличие от нафтенов имеют так называемую двойную связь между атомами углерода, что обеспечивает их стойкость против окисления.
В состав электроизоляционных нефтяных масел входят еще другие компоненты — органические кислоты, смолистые вещества, сернистые соединения.
Изготовление масел из нефти — сложный технологический процесс, состоящий из ряда физико-химических операций. Содержащиеся в нефти отдельные ее части кипят при разных температурах и поэтому могут быть из нее удалены раздельно — путем нагрева в вакууме до разных температур. При температурах ниже 100° С из нефти выделяются легкие продукты: бензин, лигроин, керосин. Из оставшейся части, называемой мазутом, при температуре выше 300° С выделяется соляровое масло. Путем последовательной обработки масла кислотой и щелочью из него удаляют химически нестойкие соединения и получают электроизоляционное масло. Полученное масло промывают теплой дистиллированной водой, вводимой в масло в виде тонких струй. После отстоя и удаления посторонних продуктов промытое водой масло сушат и очищают отбеливающей глиной* от химически нестойких веществ. Для этого в масло вводят отбеливающие глины или земли. Затем эго масло фильтруют, пропуская его через слои фильтровального картона, установленные в аппарате фильтр-прессе.
Трансформаторное масло выпускается двух марок: масло трансформаторное и масло трансформаторное с антиокислительной присадкой. В состав масла второй марки вводится вещество — антиокислительная присадка для стабилизации физико-химических свойств масла.
Все трансформаторные масла обычно делят на следующие группы:
- — не бывшее в эксплуатации свежее масло, полученное с завода-изготовителя;
- — чистое сухое масло. В эту группу входят:
а) еще не бывшее в эксплуатации;
б) масло, уже бывшее в эксплуатации, но восстановленное химически;
- — масло, находящееся в эксплуатации;
Таблица 27 Технические условия на свежее трансформаторное масло
* Некоторые глины и земли относятся к поверхностно-активным веществам, частицы которых поглощают из масла различные загрязнения (воду, смолистые вещества и др.).
- — масло, изъятое из обращения и подлежащее восстановлению (регенерации).
Свежее трансформаторное масло перед заливкой его в аппараты и трансформаторы подвергается испытанию. Главные его характеристики приведены в табл. 27.
Как видно из таблицы, электрическая прочность свежего масла не нормируется. Эта характеристика нормируется «Правилами технической эксплуатации» лишь для сухого масла и масла, находящегося в эксплуатации.
Величины электрической прочности нормируются по величинам рабочих напряжений маслонаполненных аппаратов согласно табл. 28. Кроме того, для эксплуатационного масла температура вспышки должна быть не ниже 135° С, а кислотное число не выше 0,4 мг КОН/г.
Таблица 28
Пробивное напряжение сухого и эксплуатационного масла *
Рабочее напряжение аппарата, кВ
Свежее или регенерированное, кВ
* Пробой слоя толщиной 2,5 мм о стандартном пробойника (см. рис. 7G).
Большое количество электроизоляционных нефтяных масел используют также в производстве силовых кабелей с бумажной изоляцией.
В зависимости от конструкции кабелей масла делятся по вязкости, величине tg б и температуре застывания на следующие три группы: 1 — масла малой вязкости МН-2; 2 — масла средней вязкости С-110 и С-220; 3— масла вязкие П-28.
Маловязкое масло МН-2 применяется в маслонаполненных кабелях низкого и среднего давления (до 3 атм). Малая вязкость масла (около 9 сст при 50° С) для таких кабелей необходима, чтобы обеспечить подпитку кабеля маслом через сравнительно небольшие каналы в нем при всех эксплуатационных температурах.
Средневязкие масла С-110 и С-220 предназначаются для пропитки и заполнения маслонаполненных высоковольтных кабелей на напряжение 110 кВ и выше при давлении около 14 атм. Эти масла не содержат в своем составе ни ароматических углеводородов, ни асфальто-смолистых веществ. Они представляют собой технически чистую смесь нафтеновых и парафиновых углеводородов, поэтому обладают весьма устойчивыми электрическими характеристиками, особенно величиной tg б. Установлено, что чем больше вязкость таких масел, тем меньше величина tg б,
Наиболее вязкое масло применяется для кабелей с бумажной изоляцией до 35 кВ, у которых пропитывающим жидким веществом является масло П-28 с растворенной в нем канифолью. Вязкость этой маслоканифольной пропиточной массы должна иметь резко падающую кривую зависимости ее от температуры. В процессе производства кабеля при его пропитке при температурах 115—130°С необходима малая вязкость массы. В процессе эксплуатации при 65—80° С нужна, наоборот, высокая вязкость, затрудняющая передвижение пропиточной массы в кабеле, если он расположен вертикально или наклонно.
Наряду с высокой электрической прочностью для всех кабельных масел весьма важно, чтобы величина tg 6 была малой и с повышением температуры не возрастала бы резко.
Масла в кабелях соприкасаются с металлами — медью, свинцом, являющимися катализаторами их окисления, поэтому необходимо, чтобы они обладали высокой химической устойчивостью против окисления в эксплуатационных условиях. Кроме того, в высоковольтных маслонаполненных кабелях недопустимы газовые пузырьки, ослабляющие электрическую прочность изоляции кабеля. При высоких напряженностях электрического поля в кабелях нафтеновые и парафиновые углеводороды могут разлагаться и выделять водород, т. е. образовывать газовые пузырьки. В кабелях с вязкой пропиткой (П-28) такие газовые выделения поглощаются канифолью. В маслонаполненных кабелях с высоким давлением процесс ионизации, в результате которого выделяется водород, отсутствует или значительно ослаблен давлением. Поэтому газовыделение — важный показатель лишь для маслонаполненных кабелей низкого давления.
Таблица 29
Физические и электрические характеристики электроизоляционных масел *
Для высоковязкого масла П-28 данные; не приведены, так как оно применяется в кабелях и виде маслоканифольной массы. Для сравнения с величиной вязкости других масел следует указать» что его вязкость при 100е С наиболее высокая и равна 26—30 сст.
В табл. 29 приведены основные характеристики двух кабельных масел.
Применяемое в бумажно-масляных конденсаторах нефтяное масло служит электроизоляционным материалом, обеспечивающим высокие величины напряженности электрического поля. Поэтому для конденсаторного масла весьма важны электрические характеристики, а именно: малая величина tg 6, высокая электрическая прочность, большое удельное объемное сопротивление. Диэлектрическая проницаемость е жидких диэлектриков для конденсатора желательна большей величины, однако в нефтяных маслах этого достигнуть нельзя, так как эти масла — неполярные диэлектрики.
Конденсаторное масло получают в результате более тщательной очистки, чем трансформаторное масло. Очистка состоит из ряда последовательных химических обработок масла с помощью кислот, щелочей, промывки горячей водой и очистки отбеливающими глинами.
§ 49. Влияние примесей и физико-химических факторов на свойства электроизоляционных масел
Рис. 105. Зависимость электрическом прочности трансформаторного масла от содержания в нем воды (при разной температуре) ,
Свойства масел изменяются в зависимости от примесей, которые могут попасть в них в условиях эксплуатации, а также от температуры и других факторов.
Рис. 104. Зависимость электрической прочности трансформаторного масла от содержания в ней воды (при 25° С)
Следует указать, что электрическая прочность масла Епр снижается от содержания в нем воды и различных твердых примесей. Вода, попавшая в масло, может в нем раствориться в большом количестве (молекулярная вода). При понижении температуры эта растворенная вода выпадает, создавая мельчайшие капельки (эмульсионная вода), распространенные по всему объему масла.
Молекулярная вода оказывает на величину электрической прочности небольшое влияние. Эмульсионная же вода сильно снижает пробивную прочность EПр, что иллюстрируется рис. 104.
Если такую зависимость определить у одного и того же увлажненного масла при разных температурах, то величины Еар при более высокой температуре расположатся выше. Это объясняется тем, что при высокой температуре часть воды из эмульсионной перешла в молекулярную. Такая зависимость приведена па рис. 105.
Рис. 106. Зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от расстояния между электродами различной формы
Повышение температуры сухого масла снижает его электрическую прочность. Большое влияние на электрическую прочность масла и его пробивное напряжение Unp оказывают форма электродов и расстояние между ними. На рис. 10(5 показана зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от расстояния между электродами в виде шаров и закругленных пластин (кривая /) и пластин с острыми краями (кривая 2). На рисунке видно, что в последнем случае значения С/пр с увеличением расстояния между электродами значительно меньше, чем в первом случае. Это объясняется неоднородностью электрического поля, образуемого электродами с острыми краями.
Рис. 107. Зависимость тангенса ума диэлектрических потерь двух различных масел от температуры:
1 — бакинское свежее (очищенное) масло, 2 — эмбенское свежее очищенное масло; 3 — бакинское масло, бывшее б употреблении, 4 — эмбенское масло, бывшее в употреблении
Длительность воздействия напряжения также влияет на электрическую прочность. При импульсных напряжениях электрическая прочность масла выше, чем при переменном или постоянном напряжении. При увеличении внешнего давления прочность масла также увеличивается.
Величина тангенса угла диэлектрических потерь tg 6 у масел обусловлена их электропроводностью. С повышением температуры электропроводность увеличивается и аналогично этому нарастает tg б. Это хорошо видно на рис. 107, где приведены кривые зависимости tg 6 от температуры для двух различных масел. Кривые показывают, что увеличение tg б масел в случае их окисления происходит в результате повышения проводимости масел (графики 3 и 4 на рис. 107).
Все электроизоляционные масла должны обладать высокой стабильностью своих характеристик, которые могут изменяться, когда масло стареет. Старение масла в основном выражается в окислении его кислородом воздуха. Высокая температура в эксплуатационных условиях это окисление ускоряет. Старение масла ускоряется также металлическими катализаторами: медью, латунью, железом и другими металлами. Присутствие воды в масле ускоряет процесс его старения. При старении в масле образуются твердые смолообразные примеси, не растворимые и растворимые в горячем масле. Такие примеси выпадают в виде осадков на обмотках и других частях трансформатора, что затрудняет теплоотвод от нагретых частей. Будучи же растворенными в масле, примеси значительно ухудшают его электрические свойства. В процессе старения масла в нем образуются кислоты, которые могут вызвать разрушение изоляции обмоток.
Чтобы замедлить старение масел, в них вводят вещества, задерживающие окисление — ингибиторы *. Однако присадка ингибиторов не может полностью предохранить масло от окисления и старения. Поэтому электроизоляционные масла следует хранить и перевозить в сухой чистой таре, перекачивать их по чистым металлическим трубопроводам (но не по резиновым шлангам, которые, растворяясь, загрязняют масло). В условиях эксплуатации масло необходимо защищать от проникновения в него воздуха и влаги. Крышки маслонаполненных аппаратов должны плотно закрываться и иметь консерваторы, т. е. дополнительные бачки. Иногда в трансформаторах пространство над уровнем масла заполняют инертным газом, например азотом, который химически не действует на масло и защищает масло от окисления.