Трансформаторное масло — Википедия

Силовой трансформатор в разрезе. Заполняется трансформаторным маслом.

Трансформа́торные масла́ — минеральные масла высокой чистоты и низкой вязкости^[1]. Применяются для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей. Предназначено для изоляции находящихся под напряжением частей и узлов силового трансформатора, отвода тепла от нагревающихся при работе трансформатора частей, а также предохранения изоляции от увлажнения^[2]. Трансформаторные масла выполняют функции дугогасящей среды.

Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Электрическая прочность трансформаторных масел, в свою очередь, в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в таких маслах должны полностью отсутствовать^[3].

Низкая температура застывания масел (−45°С и ниже) нужна для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150°С для разных марок.

Наиболее важное свойство трансформаторных масел — это их стабильность против окисления, то есть способность сохранять свои параметры при длительной работе^[4]. Обычно все сорта таких масел содержат эффективную антиокислительную присадку.

Эксплуатационные свойства трансформаторного масла определяются его химическим составом, который зависит главным образом от химического состава сырья и применяемых способов его очистки. Применяемые марки трансформаторного масла отличаются химическим составом и эксплуатационными свойствами и имеют различные области применения. В новые масляные трансформаторы следует заливать только свежее трансформаторное масло, не бывшее в эксплуатации. Каждая партия трансформаторного масла, применяемая для заливки и доливки трансформаторов, должна иметь сертификат завода-поставщика масла. Свежее трансформаторное масло, поступающее с нефтеперерабатывающих предприятий, перед заливкой в силовые трансформаторы следует очистить от имеющихся механических примесей, влаги и газов.

Влага в трансформаторном масле может находиться в состоянии осадка, в виде эмульсии и в растворённом состоянии. Подготовленное для заливки трансформаторное масло полностью очищается от влаги, находящейся в эмульсионном состоянии и в виде отстоя. В растворённом состоянии влага не оказывает значительного влияния на электрическую прочность и тангенс угла потерь, однако способствует повышению окисляемости трансформаторного масла и снижению его стабильности

[5]. Поэтому достижение удовлетворительных значений пробивного напряжения и тангенса угла потерь трансформаторного масла не является окончательным критерием очистки.

При атмосферном давлении в трансформаторном масле может быть растворено 10 % воздуха. Перед заливкой в силовые трансформаторы, оборудованные азотной и плёночной защитой, трансформаторное масло должно быть дегазировано до остаточного газосодержания не более 0,1 % массы.

После очистки в масле должны отсутствовать механические примеси.

Место трансформаторных масел в общей классификации товарных масел[править | править код]

В группу энергетических масел в России включают турбинные, электроизоляционные и компрессорные масла. В свою очередь, электроизоляционные масла делятся на трансформаторные, конденсаторные и кабельные масла для выключателей^[6].

На территории Российской Федерации производятся следующие марки трансформаторных масел^[6]:

• ГК II А — применяются в электрооборудовании всех классов напряжения;
• ВК II А — то же;
• МВТ III А — маломасляные выключатели;
• Т-1500 У II А — электрооборудование напряжением до 500 кВ включительно;
• ТКп II А — то же;
• масло селективной очистки — электрооборудование напряжением до 200 кВ включительно;
• ГК III А — то же.

Эксплуатационные свойства трансформаторных масел проверяют по электроизоляционным и физико-химическим характеристикам:

• определение электрической прочности масла;
• определение тангенса угла потерь масла;
• определение влагосодержания масла. Метод основан на выделении водорода при взаимодействии находящейся в масле влаги с гидридом кальция;
• определения газосодержания масла. Производится с помощью абсорбциометра. Способ определения заключается в измерении изменения остаточного давления в ёмкости после заливки в неё пробы испытываемого масла;
• определение механических примесей. Количественное содержание механических примесей заключается в пропускании растворенной в бензине пробы трансформаторного масла через беззольный бумажный фильтр.

В современном трансформаторном оборудовании масло работает в достаточно жестких условиях: высокая напряженность электрического поля, высокая температура и др^[7]. В процессе эксплуатации трансформаторные масла подвергаются термохимическому и электрическому старению, что приводит к снижению их эксплуатационных характеристик. После замены отработанное масло подлежит либо утилизации, либо регенерации. Ниже приведены основные способы очистки и регенерации трансформаторных масел.

Отстаивание — один из наиболее простых методов очистки трансформаторных масел. Он заключается в выпадании из масла взвешенных твердых частиц и микрокапель воды под действием силы тяжести, если эти включения имеют достаточные размеры, а их плотность значительно превышает плотность масла^[8].

Обработка центрифугированием — этот способ обработки трансформаторного масла заключается в удалении из масла влаги и взвешенных механических частиц при воздействии на них центробежной силы^[9]. Можно удалить из трансформаторного масла только влагу, находящуюся в состоянии эмульсии и твердые частицы, удельная масса которых больше удельной массы обрабатываемого трансформаторного масла. Центрифугирование применяется в основном при подготовке масла для заливки в силовые трансформаторы напряжением до 35 кВ, либо в качестве предварительной очистки масла. Длительная обработка масла способствует окисляемости чистого масла из-за возможного удаления антиокислительных присадок.

Обработка масла фильтрованием — обработка трансформаторного масла фильтрованием заключается в пропускании его через пористые перегородки, на которых задерживаются имеющиеся в нём примеси.

Адсорбционная обработка — процесс очистки трансформаторного масла при помощи адсорбции основан на поглощении воды и других примесей различными адсорбентами. В основном для этого применяются синтетические цеолиты, которые имеют высокую адсорбентную способность, особенно к молекулам воды. Обработка трансформаторного масла с помощью цеолитов позволяет удалить из него влагу, находящуюся в растворенном состоянии

[10].

Обработка в вакуумных установках. Основным элементом является дегазатор. Сырое трансформаторное масло предварительно нагревается до температуры 50-60°С, после чего распыляется в первой ступени дегазатора^[11]. Затем оно тонким слоем стекает по поверхности колец Рашига. Одновременно первая ступень вакуумируется вакуум-насосом. Откачка выделяющихся паров влаги и газа осуществляется через цеолитовый патрон и воздушный фильтр. Из полости первой ступени дегазатора трансформаторное масло самотёком поступает в полость второй ступени, где происходит его окончательная осушка и дегазация. Далее трансформаторное масло через фильтр тонкой очистки подается в трансформатор или ёмкость.

При очистке и регенерации масел могут применяться комбинированные методы, основанные на одновременном использовании нескольких из вышеперечисленных подходов.

Нормативные документы:

1. ↑ [ Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 296 с.
2. ↑ [ Бурьянов Б. П. Эксплоатация трансформаторного масла. — М.: Госэнергоиздат, 1951. — 264 с.
3. ↑ [ Аптов И. С., Хомяков М. В. Уход за изоляционным маслом. — Москва-Ленинград: Энергия, 1966. — 112 с.
4. ↑ РД 34.43.105-89 Методические указания по эксплуатации трансформаторных масел.
5. ↑ [ Маневич Л. О. Обработка трансформаторного масла. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 104 с.
6. ↑ ^{1 2} [ Тищенко В. А., О. В., Агафонов И. А., Пимерзин А. А. и др. Технология производства смазочных масел и спецпродуктов: Учебное пособие. — М.: ЛЕНАНД, 2014. — 240 с.
7. ↑ [ Монастырский А. Е. Регенерация, сушка и дегазация трансформаторного масла. — Санкт-Петербург: Изд-во Петербургского энергетического института повышения квалификации руководящих работников и специалистов Минэнерго РФ, 2005. — 42 с.
8. ↑ [ Рыбаков К. В., Коваленко В. П., Нигородов В. В. Сбор и очистка отработавших масел. — М.: АгроНИИТЭИИТО, 1988. — 32 с.
9. ↑ [ Брай И. В. Регенерация трансформаторных масел. — М.: Химия, 1972. — 168 с.
10. ↑ [ Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. — Москва: Химия, 1984. — 592 с.
11. ↑ [ Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. — М.: Энергия, 1976. — 544 с.

Почему используют трансформаторное масло

Трансформатор является одним из основных элементов в электроэнергетике, и он должен поддерживаться для гарантированного бесперебойного питания. Без преувеличения можно сказать, что ключевым в сроке эксплуатации силового трансформатора является срок жизни изоляционной системы. 85% поломок трансформатора так или иначе связанны с ней. Говоря об изоляционной системе, мы подразумеваем как жидкую, так и твердую изоляцию. Обе помогают держать в надлежащем состоянии установка очистки трансформаторного масла, о которой и пойдет речь далее в статье.

Изоляционное или трансформаторное масло используется в силовых трансформаторах для двух целей – для изоляции и охлаждения. Оно, являясь высокоочищенным минеральным маслом, которое стабильно при высоких температурах и имеет отличные электрические изоляционные свойства, увеличивает пробивное напряжение, а также отводит тепло из твердой изоляции. К тому же, трансформаторное масло исполняет две другие функции: оно помогает сохранить сердечник и обмотку, так как они полностью погружаются в масло; а также масло предотвращает прямой контакт атмосферного кислорода с бумажной изоляцией из целлюлозы, которая подвержена окислению.

Загрязнение трансформаторного масла

Наличие даже очень маленького содержания влаги в масле очень вредно с точки зрения изоляции, так как это отрицательно влияет на диэлектрические свойства масляной и твердой изоляции трансформатора. Когда трансформатор заполнен маслом, бумага впитывает влагу из масла, что влияет на ее изоляционные свойства и тем самым сокращает срок службы. Даже 8 частиц воды на 1000000 негативно сказывается на изоляции. Как и индустриальные масла, трансформаторные масла окисляются под воздействием чрезмерной температуры и кислорода, особенно при наличии мелких металлических частиц, которые действуют как катализаторы, в результате чего увеличивается кислотное число из-за образования карбоновой кислоты.

Решение есть: установка очистки трансформаторного масла СММ-0,6

Мобильная масляная станция CMM-0.6 предназначена для очистки индустриальных масел с максимальной вязкостью до 70 сСт при температуре 50 °C. Она решает проблему загрязнения, удаляя свободную и растворенную воду, механические примеси и газ из трансформаторного, турбинного, компрессорного и смазочного масла. Установка проста в управлении (имеется всего один кран), компактная (780/570/1510) и многофункциональная (применяется для сушки, нагрева, перекачки, фильтрации, дегазации и для доливки масла в трансформаторы). С СММ-0,6 нет необходимости использовать адсорбент для обезвоживания благодаря термовакуумной сушке. Среди преимуществ СММ-0,6 стоит выделить низкое энергопотребление – не более 12 кВт. Максимальные характеристики масла возможно получить после одного цикла обработки. К тому же установка СММ-0,6  не вызывает загрязнения воздуха или отходов, требующих хранения и утилизации.

Таким образом, установка очистки трансформаторного масла СММ-0,6 от GlobeCore обеспечивает надежную работу электрического и промышленного оборудования, а также предотвращает расходы на закупку нового масла.

Предлагаем вам так же посмотреть видео на нашем ютуб-канале что бы детальней ознакомиться со всеми особенностями установки.

Трансформаторное масло: характеристики, марки

Невозможно представить современный мир без электричества, над его выработкой круглосуточно трудятся тысячи электростанций по всей планете. Силовые трансформаторы, предназначенные для распределения электричества, являются одним из самых важных элементов любой электростанции.

Для надежной, а главное, безопасной работы трансформаторов применяется трансформаторное масло, которое обеспечивает электрическую изоляцию и предохраняет от перегрева.

Сфера применения

Трансформатор предназначен для изменения напряжения переменного тока. В современной электротехнике используются различные конструкции силовых трансформаторов, отличающиеся друг от друга.

Во всех моделях трансформаторов присутствует неизменный элемент – это обмотки, или катушки.

Именно они выделяют тепло, которое должно отводить трансформаторное масло.

И именно витки катушек нуждаются в максимальной изоляции.

Эти две проблемы и решает масло.

 

Состав

Масла для трансформаторов на 100% минеральные. Они производятся из очищенной нефти путем ее перегонки; нефть для этого кипятится при температуре от 300 до 400 градусов Цельсия.

Свойства конечного продукта зависят от географического происхождения нефти.

Масла различаются по своему составу и рабочим характеристикам.

Требования, предъявляемые к трансформаторному маслу, довольно высоки.

Основными критериями для определения качества смазки, являются:

• Диэлектрическая прочность. Хорошие изоляционные показатели трансформаторного масла достигаются путем его тщательной очистки от влаги и примесей. Для очистки масла применяются физические, химические и физико-химические способы. Самым технически простым, а следовательно, недорогим является метод фильтрации. В некоторых случаях одной фильтрации недостаточно, тогда для очистки применяются другие методы, или их сочетания. Помимо этого, в трансформаторы встраиваются системы очистки масла.
• Чистота масла. Именно от этого показателя зависит диэлектрическая прочность. Чистота свежего масла должна быть подтверждена соответствующим сертификатом. Несмотря на изначальную чистоту, в процессе работы трансформатора масло подвергается воздействию газов, выделяющихся в результате нагревания. Газы растворяются в масле, ухудшая его свойства. В продукте также могут появиться механические примеси. Трансформаторное масло должно проходить ежегодную очистку, независимо от интенсивности эксплуатации. Раз в пять лет масло заменяется, либо проводится его полная регенерация на специальном оборудовании. Помимо этого, трансформаторы обычно имеют встроенную систему фильтрации.
• Окислительная стабильность. Для наилучшего противодействия окислению в масло добавляются антиокислительные присадки, помогающие сохранности характеристик при длительной эксплуатации. В качестве присадки в большинстве случаев применяется ионол, лучше действующий на продукты реакции окисления.
• Вязкость. С этим параметром все очень непросто – с одной стороны, с одной стороны, чем выше вязкость трансформаторного масла, тем хуже его электропроводность. Следовательно, тем лучшую электроизоляцию оно обеспечивает. Проблема в том, что высокая вязкость масла осложняет его циркуляцию по системе охлаждения трансформатора. Излишки тепла не отводятся в необходимых количествах, что отрицательно сказывается на работе оборудования. В этой ситуации приходится идти на компромисс и выбирать средние показатели. Оптимальной вязкостью для масел при температуре 20 ºС является 28-30х10-6 м2/с.
• Температура застывания. Она измеряется с помощью пробирки с образцом масла, наклоненной под углом в 45º. Если в течение 1 минуты уровень масла остается неизменным, это и считается температурой застывания. У свежих масел ее значение -45ºС, однако существуют отступления, обусловленные условиями эксплуатации. Так, у масел, предназначенных для работы в жарких регионах, это значение составляет -35º, а для северных областей -65ºС.
• Температура вспышки. Это температура, при которой пары горячего масла дают вспышку, если поднести к ним горящую спичку. Само масло не возгорается. Показатели качественного продукта не ниже 135ºС.
• Температура воспламенения. Температура, при которой масло загорается от пламени и горит не менее 5 секунд.
• Температура самовозгорания. При ее достижении масло воспламеняется само по себе, без внешних источников огня. Для трансформаторных масел этот параметр не ниже 350ºС, оптимальным значением считается 400 ºС.

 

Марки 

Масла для трансформаторов эксплуатируются в различных условиях, подчас, достаточно сложных: при отрицательных температурах в Арктике, или, наоборот – при очень высоких в странах с жарким климатом.

Трансформаторы на морских нефтяных платформах также функционируют в экстремальных режимах.

Для разных условий эксплуатации существуют разные виды трансформаторных масел. Разница рабочих качеств обусловлена различными технологиями их изготовления, а технологии подбираются в зависимости от исходного сырья, т.е. нефти.

Основной принцип следующий: чем выше напряжение, с которым работает трансформатор, тем более жесткие требования предъявляются к маслу.

Различные марки масел представлены, в основном, российскими, шведскими и австрийскими производителями. Зарубежные аналоги чаще всего незначительно превосходят российские по качеству, поскольку требования к показателям масел за рубежом более жесткие. Их стоимость относительно высока.

Марка ТСП

Производят из нефти, добытой в западной части Сибири. Качество этой марки не слишком высокое, не рекомендуется использовать его в агрегатах мощностью свыше 220 кВ. Марка ТКп вырабатывается из нефти, имеющей малую сернистость. Рассчитано на напряжения до 500 кВ.

Российские масла Т750 и Т1500

К примеру, производятся устаревшими методами, при их изготовлении используется серная кислота, в результате в маслах содержится довольно много серы.

Но для оборудования, напряжение которого не превышает 500 кВ, эти масла вполне подходят, а при дополнительной обработке могут заливаться и в технику, рассчитанную до 750 кВ.

Масло марки ГК

Также российского производства, производится по более современной технологии гидрокрекинга. Применение каталитической гидропарофинизации придает ей высокие гидроизоляционные свойства, что позволяет эксплуатировать масла этой марки на оборудовании с мощностью до 1150 кВ. Масло ВГ устойчиво к окислению, производится из парафинистой нефти.

Отличные изоляционные свойства позволяют использовать в технике, рассчитанной на очень высокие напряжения.

Масло АГК

Относится к классу арктических масел и характеризуется стабильной работой при низких температурах. Его малая вязкость рассчитана на эксплуатацию при отрицательных температурах. Подходит для оборудования с высшими классами напряжения.

Марка МВТ

Применяется для использования в северных широтах. Помимо малой вязкости, имеет низкую температуру застывания, а также низкую температуру вспышки.

Шведская компания Nynas производит масла марок Nitro10X и Nitro11GX

Обе марки производятся из венесуэльской нефти, которая содержит очень мало твердых парафинов и сернистых соединений. Масла, изготовленные из этого сырья, превосходят российские по низкотемпературным свойствам.

Mobil из США выпускает масло Mobilect 44N

Производят из техасских нафтеновых нефтей, в которых тоже низкий уровень парафинов и серы. Благодаря добавлению присадок, у масла хорошие низкотемпературные и антиокислительные показатели.

Помимо перечисленных компаний, выпуском трансформаторных масел занимаются Shell (Нидерланды), Technol (Азербайджан), British Petroleum (Великобритания) и многие другие, а количество марок трансформаторного масла очень велико.

Трансформаторные масла имеют множество параметров и показателей, поэтому подбор нужной марки с подходящим составом – задача для неспециалиста очень сложная. В результате неверного выбора высока вероятность выхода из строя дорогостоящего оборудования. К тому же, трансформаторы – устройства с высоким напряжением, так что вполне возможны и человеческие жертвы.

Поэтому к выбору смазки необходимо отнестись очень серьезно, права на ошибку здесь нет.

Помимо правильного выбора, необходим постоянный контроль за состоянием масла. При соблюдении этих условий производители гарантируют долгую и надежную работу трансформаторов.

Для чего применяется трансформаторное масло в силовых трансформаторах

Казалось бы, где масло, а где электроприборы? Тем более трансформаторы, внутри которых блуждают огромные токи, и формируется высокое напряжение. Тем не менее подобные электрические установки работают с применением технических жидкостей, и это отнюдь не антифриз и не дистиллированная вода.

Наверное, все видели огромные трансформаторы на подстанциях, и энергоблоках промышленных предприятий. Все они снабжены расширительными емкостями в верхней части.

Именно в эти бочонки заливается трансформаторное масло. Выглядит это вполне привычно для обывателя: корпус электрической установки (по аналогии картера двигателя автомобиля), внутри расположены рабочие узлы. И все это богатство залито маслом до самого верха. Как мы понимаем, о смазке деталей речь не идет: в трансформаторе нет движущихся частей.

Область применения трансформаторного масла

Для начала, развеем некоторые стереотипы. Существует устойчивое заблуждение, что все жидкости являются проводниками. На самом деле далеко не все, и не так явно, как металлы.

Важное свойство трансформаторного масла – высокое сопротивление электрическому току. Настолько высокое, что жидкость фактически является диэлектриком (в разумных пределах, разумеется).

Такая характеристика, как смазывающая способность, в электрике интересна в последнюю очередь. А вот теплопроводность напротив, очень важна.

О свойствах поговорим отдельно, они вытекают из двух областей применения:

1. В электрических трансформаторах, масло выполняет роль диэлектрика и средства для эффективного отвода тепла. Всем известно, что электроустановки сильно греются. Воздушное охлаждение не настолько эффективно, поскольку не может обеспечить плотный контакт объекта охлаждения со средой отвода тепла. Трансформаторы приходится делать массивными, с большой площадью рассеивания. Назначение трансформаторного масла – эффективный отвод тепла при относительно компактной конструкции.
   Радиаторы присутствуют, и даже снабжены вентиляторами обдува.
   
   Но подобная система отвода тепла несоизмерима по габаритам с трансформаторами воздушного охлаждения (в пользу жидкостных).
2. Кроме того, трансформаторное масло используется в контактных группах выключателей. Разумеется, речь идет не о тех клавишах на стене, которыми вы включаете свет в ванной комнате. Масляные выключатели достигают размеров небольшого дома, и применяются на высоковольтных подстанциях, снабжающих электроэнергией как минимум промышленное предприятие, или целый город.
   

Эксплуатационные показатели подобных устройств поражают воображение: напряжение несколько сотен тысяч вольт, и сила тока до 50 тысяч ампер.

Масло в этих устройствах имеет две функции. Разумеется, изоляционные свойства, как и в трансформаторах. Но главное назначение – эффективное гашение электрической дуги.

При размыкании (замыкании) контактов на электрических коммутационных устройствах с такими параметрами, возникает электрическая дуга, способная разрушить контактную группу за несколько циклов.

Электрическая дуга при размыкании контактов (происшествие на подстанции) — видео

Однако проблемы возникают лишь в воздушной среде. Если внутренняя полость заполнена трансформаторным маслом – искрения и дуги не возникнет.

К сведению

Объективности ради, заметим: существует и другое решение. Помимо масляных, активно применяются вакуумные выключатели. Правда, они качественно выполняют лишь одну функцию: гашение дуги. Диэлектрические свойства вакуума сопоставимы с обычным воздухом.

Однако, это тема другой статьи.

Технические характеристики трансформаторного масла

Так же, как и минеральное моторное, трансформаторное масло производится путем перегонки подготовленной сырой нефти (очищенной), методом кипячения сырья. После возгонки при температуре 300°C — 400°C, остается так называемый соляровый дистиллят.

Собственно, эта субстанция является основой для получения трансформаторного масла. Во время очистки, снижается насыщенность ароматическими углеродами и не углеродными соединениями. В результате повышается стабильность продукта.

При возгонке и выделении дистиллята, можно управлять физическими и химическими процессами. Манипулируя базовым сырьем и технологией, можно менять свойства трансформаторного масла. Они определяются полученным соотношением компонентов:

Интересно, что этот продукт экологически чист. При его производстве, использовании и утилизации, воздействие на природу не выше, чем у исходного сырья (сырой нефти). В состав не включаются добавки, синтезированные искусственным путем.

Как и нефть, масло для трансформаторов и выключателей не токсично (насколько это можно сказать о нефтепродуктах), не разрушает озоновый слой, и бесследно разлагается в природной среде.

Одна из важных характеристик – плотность трансформаторного масла. Типичная величина лежит в диапазоне 0,82 – 0,89 * 10³ кг/м³. Цифры зависят от температуры: рабочий диапазон в пределах 0°C – 120°C.

При нагреве она уменьшается, этот фактор принимается во внимание при проектировании радиаторной системы охлаждения трансформаторов.

Поскольку масла относительно универсальны, эта характеристика может варьироваться в зависимости от потребностей заказчика. Трансформаторные подстанции располагаются в различных климатических зонах, зачастую в условиях крайнего Севера и Сибири.

Не только плотность меняется в зависимости от температуры

Вязкость трансформаторного масла может радикально изменить общие показатели электроустановки.

Показатели	ТКп	Масло селективной очистки	Т-1500У	гк	вг	АГК	МВТ
Кинематическая вязкость, им2/с* при температуре
50°С	9	9	—	9	9	5	—
40°С	—	—	11	—	—	—	3,5
20°С	—	28	—	—	—	—	—
-30°С	1500	1300	1300	1200	1200	—	—
-40°С	—	—	—	—	—	800	150
Кислотное число, мг КОН/г, не более	0,02	0,02	0,01	0,01	0,01	0,01	0,02
Температура, °С
Вспышки в закрытом тигле, не ниже	135	150	135	135	135	125	95
Застывания, не выше	-45	-45	-45	-45	-45	-60	-65

Этот параметр – порождение компромисса. Для обеспечения электрической прочности масла, вязкость должна быть высокой. Практически, как твердый диэлектрик. Но изоляция проводников, это не единственное предназначение рассматриваемой жидкости.

Принцип работы масляного трансформатора — видео

• Теплоотвод – возможен при достаточно жидком теплоносителе. То есть, для нормального охлаждения электроустановки вязкость должна быть как можно более низкой.
• Гашение электрической дуги. Как это работает? В обычной воздушной среде, при размыкании (замыкании) контактов под высокой нагрузкой, возникает дуга, подобная сварочной.

Густое масло, механически не сможет быстро заполнить пространство при движении контактов. Образовавшиеся воздушные полости станут поводом для дугообразования. И напротив, достаточно жидкий наполнитель постоянно будет поддерживать среду без пузырьков.

Вспышка и воспламенение

Интересный с точки зрения физики процесса, такой параметр, как температура вспышки трансформаторного масла. Для любых нефтепродуктов, это температура воспламенения жидкой среды, при контакте с открытым источником пламени.

Однако внутри трансформатора не создаются условия для горения, по причине отсутствия достаточного количества кислорода. А вот открытое пламя теоретически возможно: если при размыкании контактов образуется кратковременная дуга.

Поэтому в свойства масел закладывается увеличение температуры вспышки. Это значение постепенно уменьшается, по причине дефектов трансформаторного оборудования. При нормальной работе, температура вспышки напротив, увеличивается. Допустимое значение – более 155°C.

Электрическая дуга или как горят трансформаторы — видео

Для понимания механизма – температура вспышки связана с испаряемостью масла. То есть, оно должно быть достаточно жидким, но при этом не переходить в газообразное состояние при нормальных условиях эксплуатации.

Кроме традиционного параметра, есть такое понятие, как температура самовоспламенения, характерное именно для трансформаторов. В нашем случае эта величина составляет 350°C – 400°C.

Если обмотки нагреются до такой температуры – возникает неконтролируемое горение и взрыв трансформатора. К счастью, подобные случаи происходят крайне редко. Разумеется, при условии соблюдения условий эксплуатации.

Поэтому, вместе с подбором качественного масла, необходимо постоянно следить за состоянием электроустановок. При проведении тестовых отборов жидкости, можно понять, какие проблемы есть в самом трансформаторе или высоковольтном выключателе.

После проведенных исследований, оцениваются такие показатели, как преломление вязкости, плотность, диэлектрические свойства, и пр. Результаты сравниваются с табличными значениями, установленными стандартом применения масел.

В таблице показаны основные показатели трансформаторного масла:

Температура t, °С	Плотность р, кг/м3	Cp, кДж/(кгК)	λ, Вт/(м’К)	а-10**8, м2/с	μ-10**4, Пас	v-10**6, м2/с	ß-10**4, К»1	Рг
0	892,5	1,549	0,1123	8,14	629,8	70:5	6,80	866
10	886.4	1,620	0,1115	7,83	335,5	37,9	6.85	484
20	880,3	1,666	0,1106	7,56	198,2	22,5	6,90	298
30	874,2	1,729	0,1008	7,28	128,5	14.7	6.95	202
40	868,2	1,788	0,1090	7,03	89.4	10,3	7,00	146
50	862,1	1,846	0,1082	6,80	65.3	7,58	7,05	111
60	856,0	1,905	0,1072	6,58	49,5	5,78	7,10	87,8
70	850,0	1,964	0,1064	6,36	38.6	4,54	7,15	71.3
80	843,9	2,026	0,1056	6,17	30.8	3,66	7,20	59,3
90	837.8	2.085	0,1047	6,00	25,4	3,03	7,25	50,5
100	831,8	2,144	0,1038	5,83	21.3	2,56	7,30	43.9
110	825,7	2,202	0,1030	5,67	18.1	2,20	7,35	38,8
120	819,6	2,261	0,1022	5,50	15.7	1,92	7,40	34,9

• cp — удельная массовая теплоемкость, без изменения рабочего давления;
• λ – теплопроводность: общий коэффициент;
• a – температурная проводимость: общий коэффициент;
• μ — динамический коэффициент вязкости;
• ν — кинематический коэффициент вязкости;
• β — объемное расширение: общий коэффициент;
• Pr — критерий Прандтля.

Технические жидкости для обеспечения работы трансформаторных подстанций закупаются в огромных объемах, это достаточно затратно. Каждая партия тестируется перед использованием, и в процессе работы.

Испытание трансформаторного масла на пробой — видео

Ежегодно, техническая жидкость требует масштабной очистки. Этим занимаются специальные службы. А каждые 5-6 лет, требуется регенерация (практически полная замена масла в электроустановке). Процедура недешевая, но без ее выполнения эксплуатация трансформатора станет небезопасной.

В качестве компромисса, широко применяется восстановление свойств. Отработка сдается на нефтехимическое предприятие, где масло приобретает первоначальные свойства. Стоимость добавленных присадок многократно ниже, в сравнение с полной заменой материала.

Второстепенные характеристики трансформаторного масла

Устойчивость масла к окислению – это не что иное, как противодействие старению. Есть две негативные стороны этого явления:

1. Связывание молекулами кислорода активных добавок, которые обеспечивают базовые параметры жидкости.
2. Отложение продуктов окисления на поверхностях деталей трансформатора: обмотках, проводниках, контактных группах. Это приводит к снижению теплоотвода, с последующим закипанием масла в точках соприкосновения.
3. Зольность – наличие посторонних примесей и причина их появления. После промывки нового масла, в его составе остаются химические моющие средства (это касается и регенерации старой жидкости).

Если их не удалить – образуются зольные фракции, которые оседают на рабочих частях трансформаторов и выключателей. Для борьбы с этим явлением, в масло добавляются присадки, нейтрализующие солевые и мыльные отложения.

Температура текучести (застывания) характеризует превращение жидкости в консистентную смазку. Этот показатель (от — 35°C до — 50°C) применим лишь при холодном пуске электроустановки. Работающий трансформатор сам является источником тепла, и поддерживает жидкость в рабочем состоянии.

Трансформаторное масло в трансформаторе

Кроме отвода тепла, возникающего из-за потерь в трансформаторе, трансформаторное масло также играет роль изолирующей среды с высокой диэлектрической прочностью, в которую погружены сердечник и обмотки. Это позволяет трансформаторам быть более компактными, что снижает их цену. Изолирующее масло в хорошем состоянии будет выдерживать намного большее напряжение на соединениях внутри бака трансформатора, нежели воздух. Если в баке будет только воздух, дуга будет образовываться между внутренними элементами, находящимися под напряжением на том же расстоянии при более низком напряжении. Кроме того масло отводит тепло от элементов находящихся под током намного лучше чем воздух.

С течением времени при нормальной работе масло теряет свои свойства из-за повышенной температуры и загрязняющих веществ. Масло не может поддерживать высокую диэлектрическую прочность, когда оно не защищено от воздуха или влаги. Диэлектрическая прочность снижается вместе с поглощением влаги и кислорода. Эти примеси также разрушают бумажную изоляцию. По этой причине пытаются предотвратить контакт масла с воздухом, особенно в трансформаторах больших габаритов. Использование герметичного бака трансформатора является непрактичным из-за изменения давления, которое происходит из-за термического расширения и сжатия изоляционного масла. Обычные системы герметизации масляных трансформаторов представляют собой расширительный бак с гибкой диафрагмой или эластичный баллон или систему с инертным газом(азотом) находящимся при повышенном давлении. Повышающие трансформаторы обычно покупаются вместе с расширительными баками, в то время как более мелкие вспомогательные трансформаторы содержат сжатый азот, находящийся над маслом. Некоторые вспомогательные трансформаторы являются трансформаторами сухого типа, с естественным охлаждением или с принудительным воздушным охлаждением.

Система расширительного бака

Расширительный бак соединен посредством трубы с главный баком трансформатора, который полностью заполнен маслом. Расширительный бак также заполнен маслом и имеет расширяющийся эластичный баллон или диафрагму между маслом и воздухом, для того, чтобы предотвратить контакт масла с воздухом. На рисунке 1 показана схема системы расширительного бака (рисунок 1 это фото расширительного бака).

1 Расширитель трансформатора с эластичным баллоном

Воздух заходит или выходит из пространства над эластичным баллоном или диафрагмой в то время как уровень масла повышается или опускается при изменении температуры. Воздух обычно поступает и выходит через воздушный фильтр типа влагопоглатителя, в котором периодически должен меняться наполнитель. Основные части системы –  расширительный бак, мочевого баллон или диафрагма, поглотитель влаги из воздуха, выпускные клапаны, датчик уровня масла и сигнализация выключателя. Вентиляционные клапаны используются для удаления воздуха из системы при заполнении блока с маслом. Манометр уровня жидкости показывает необходимость доливки или удаления трансформаторного масла для поддержания должного уровня масла и допустимого изгиба диафрагмы.

Маслонаполненная система с инертными газами

Герметичный масляный трансформатор снабжен системой инертного газа. В этом случае в баке создается некоторое давление инертным газом, например, азотом. Основной бак с азотной подушкой над зеркалом масла под крышкой трансформатора снабжен манометром. ( рис. 2). Поскольку вся система спроектирована таким образом, чтобы исключить попадание воздуха, она должна работать с давлением выше атмосферного в газовом слое над поверхностью масла, иначе, возможно проникновение воздуха в случае утечки. В меньших стационарных системах нет прикрепленных азотных баков для автоматического добавления газа, обычно, азот добавляют ежегодно осенью, поскольку бак втягивает частичный вакуум из-за прохладной погоды. Избыточный газ выбрасывается каждое лето, когда увеличиваются нагрузки и поднимается температура. Некоторые системы спроектированы так, чтобы азот из герметичных баков подавался автоматически (рис. 2), когда давление опускается ниже установленного уровня. Необходимое рабочее давление от 0.5 до 5 фунтов силы на кв. дюйм (psi) достигается в азотной подушке, чтобы исключить доступ воздуха. Такая система включает азотный цилиндр; трех-ступенчатый редукционный клапан; датчики повышения/понижения давления; сигнальную систему; спускной кран; клапан сброса давления; необходимые соединительные трубы.

2 Маслонаполненная система с азотом

Функция трехступенчатого, автоматического редукционного клапана состоит в том, чтобы снижать давление полости с азотом для обеспечения пространства поверх масла, поддерживая давление от 0,5 до 5 пси. Манометр высокого давления обычно варьируется в пределах от 0 до 4,000 пси и показывает давление полости с азотом. Обычно манометр низкого давления варьируется в пределах примерно от -5 до +10 пси и показывает давление азота поверх трансформаторного масла. В некоторых системах манометр оборудован высоким и низким контрольным переключателем давления для предупреждения, когда давление газа достигает отклоняющегося от нормы объема. Манометр высокого давления может быть оборудован датчиком-сигнализатором давления для приведения в действие аварийной сигнализации, когда подача давления в цилиндре проходит на низком уровне. Масляной цилиндр и спускной дренажный клапан обеспечивают сбор и перемещение конденсата и масла из газосепаратора. Предохранительный клапан открывается и закрывается для прохода газа из трансформатора и тем самым ограничивает давление в трансформаторе для сохранения предельного значения.

 Когда температура в трансформаторе повышается, масло расширяется и внутреннее давление также повышается, но оно должно быть снижено. Когда температура снижается, давление также снижается, поэтому необходимо добавить азот, в зависимости от степени изменения температуры и ограничения давления системы.

Ещё по теме:

Трансформаторное масло: требования и правильная эксплуатация

Трансформаторное масло предназначено для электроизоляции токоведущих частей силовых трансформаторов от нетоковедущих, а также передачи тепла от нагревающихся элементов в систему охлаждения. Данный продукт используется во многих трансформаторах, хотя в некоторых возможно также применение и так называемых синтетических масел. Существуют трансформаторы, работающие без масла.

Требования к трансформаторному маслу

Сформулируем наиболее важные общие требования, которым должны отвечать масла, предназначенные для эксплуатации в силовых трансформаторах:

• обеспечение надлежащего теплоотвода, что достигается за счет хорошей теплопроводности, низкой вязкости и большой теплоемкости;
• отсутствие в составе серных кислот, пагубно влияющих на конструкционные элементы трансформаторов;
• высокая электрическая прочность.

Важнейшим требованием, выдвигаемым к трансформаторным маслам, является также и их чистота. Механические примеси, влага, воздух и продукты окисления существенно снижают электрическую прочность масла, поэтому оно должно незамедлительно очищаться от посторонних компонентов, количество которых превышает допустимые значения. В соответствии с существующими требованиями, установлены следующие ограничения:

• содержание воды в заливаемом масле не должно превышать 0,001% для герметичных, и 0,0025% для негерметичных систем;
• воздух в герметичных системах должен содержаться в концентрации не более 0,5%;
• наличие механических примесей должно соответствовать 11 классу чистоты для трансформаторов класса напряжения до 220 кВ и 9 классу для трансформаторов всех остальных классов напряжения.

При длительной эксплуатации трансформаторного масла под нагрузкой наблюдается повышение его температуры. В связи с этим, а также с тем, что трансформаторные масла являются горючими жидкостями, необходимо выполнение надлежащих мер безопасности. Исходя из этого, был согласован параметр, характеризующий температуру, при которой пары масла вспыхивают от поднесенного к ним пламени в нормальных условиях. Это так называемая точка вспышки. Для арктических масел данный показатель находится в пределах +90ºС… +115ºС, а для обычных масел – +130ºС… +170ºС.

В силовых трансформаторах для отвода теплоты от обмоток и магнитопровода применяют следующие способы охлаждения: воздушное, масляное и посредством негорючего жидкого диэлектрика.

С этой же точки зрения хорошей информативностью обладает также такой параметр трансформаторного масла, как точка воспламенения. Это температура, при которой трансформаторное масло способно самовозгораться вследствие контакта с воздухом. Такой показатель должен лежать в диапазоне от +350 до 400ºС.

Трансформаторное масло способно окисляться не только на поверхности, но и при взаимодействии с растворенным воздухом. Его количество при давлении 1 кгс/см2 не должно превышать 11%. В связи с этим монтажу трансформатора должна предшествовать дегазация масла. Даже небольшое количество растворенного воздуха способно вызвать реакцию окисления в герметических системах.

Масла, обладающие более высокой температурой вспышки, позволяют лучше проводить осушку и дегазацию перед заливкой в трансформатор.

Советы при покупке трансформаторного масла

На современных международном и отечественном рынках работает огромное количество изготовителей и дистрибьюторов трансформаторного масла.

Трансформаторные масла должны обладать высокой стойкостью против окисления, как можно дольше в процессе эксплуатации не выделять осадков и не образовывать эмульсий с водой.Практически все сорта трансформаторных масел содержат антиокислительные присадки. Ионоловые присадки используют отечественные производители. Эффективность таких добавок основывается на способности взаимодействовать с активными пероксидными радикалами, которые образуются при цепной реакции окисления углеводородов и являются основными ее носителями.

Наличие присадок в составе трансформаторного масла замедляет процесс его старения. Как только действие антиокислительных добавок заканчивается, масло окисляется примерно за такой же период, как и рабочие жидкости без присадок.

Основными характеристиками трансформаторного масла считают его вязкость и плотность. Эти показатели наиболее существенно определяют эффективность работы масел. Более высокая вязкость обеспечивает более высокую электрическую прочность.  Однако, для того, чтобы трансформаторное масло было способно к охлаждению внутренней среды силовых систем, показатель его вязкости должен быть не очень высоким. Поэтому, чтобы обеспечить выполнение двух основных функций масла, приходят к компромиссному значению кинематической вязкости. Для большинства масел при температуре 20°С оно составляет 28-30×10-6 м2/с.

Эти и некоторые другие эксплуатационные свойства трансформаторных масел гарантируют путем использования высококачественной нефти, применяя глубокую очистку при переработке и введением композиций присадок, улучшающих антиокислительные, деэмульгирующие, антикоррозионные, а в некоторых случаях противоизносные свойства масел.

Рассмотрим виды трансформаторного масла, которые можно приобрести на отечественном рынке нефтепродуктов.

Масло типа ВГ производят из парафинистых нефтей с применением гидрокаталитических процессов с добавлением ионоловой присадки. Оно обладает высокими диэлектрическими свойствами и хорошим уровнем стабильности против окисления. В основном применяется в электрооборудовании высших классов напряжений.

Масло ГК производят из сернистых парафинистых нефтей с применением процесса гидрокрекинга. Оно также содержит присадку ионол, которая обеспечивает устойчивость к окислению и поддерживает хорошие диэлектрические свойства этого типа масла. Его также рекомендуют к использованию в электрооборудовании высших классов напряжений.

Масло ТКп производят из малосернистых нафтеновых нефтей методом кислотно-щелочной очистки. Масло так же содержит ионоловую присадку. Рекомендуемая область применения — оборудование напряжением до 500 кВ включительно.

Выбор типа масла зависит не только и не столько от конкретизации видов единиц силовой техники на промышленном предприятии, как от индивидуальных потребностей предприятия. Большинство видов трансформаторных масел являются универсальными. Во всех случаях, правильный выбор трансформаторного масла с учетом климатических и физических условий его эксплуатации обеспечивает надежную и стабильную работу сложного силового оборудования: высоковольтных трансформаторов и вакуумных выключателей.

Трансформаторное масло – срок годности

Вопрос относительно срока годности трансформаторного масла возникает тогда, когда имеется нефтепродукт, пролежавший определенное время на складе и в силу различных причин так и не побывавший пока в эксплуатации. Любой товар, за который ранее были уплачены деньги, хочется использовать по прямому назначению и не нести при этом никаких дополнительных финансовых потерь.

Итак, давайте попробуем разобраться в том, есть ли у трансформаторного масла срок годности. Самое простое решение – ознакомиться с информацией от производителя. Обычно срок хранения трансформаторных масел составляет пять лет со дня изготовления. По истечению данного временного интервала нефтепродукт теряет свои свойства. Попытка исправить ситуацию с помощью специальных присадок не увенчается успехом: они попросту выпадут в осадок.

Для того, чтобы трансформаторное масло можно было использовать по прямому назначению во время гарантийного срока, необходимо создать определенные условия при хранении. В частности, в помещениях, где находится трансформаторное масло, нежелательна повышенная влажность и перепады температур. Идеальный вариант – хранение нефтепродукта в темном помещении и запечатанном виде. Если условия хранения не выполняются, то в масле может выпадать осадок, меняться цвет и появляться вода.

Срок службы масла в трансформаторах зависит от многих факторов, поэтому назвать одну цифру тут очень сложно. Чаще всего в литературных источниках встречаются данные, ограничивающие срок службы высококачественных трансформаторных масел 20-25 годами.

Влияние чистоты очистки на старение трансформаторного масла

Средний срок эксплуатации трансформаторного масла, гарантированный производителем, составляет от 6 до 8 лет. На практике до очистки или замены оно может служить 10 и более лет. Правильная эксплуатация позволяет продлить срок службы трансформаторного масла до 20-25, а в некоторых случаях и 30 лет. В противном случае электроизоляционные жидкости могут не отработать даже гарантированного срока.

Первые 6-8 лет эксплуатации масла характеризуются кислотностью на уровне 0,1 мг КОН/г (в случае надлежащего ухода за силикагелевыми патронами). По прошествии 8-10 лет кислотное число может достигать 0,5 мг КОН/г, поэтому возникает необходимость  в удалении шлама с активной части трансформатора. Если не провести очистку, то в течении последующих 2-3 лет рост кислотного числа может продолжиться до величины 1 мг КОН/г. После этого трансформаторное масло должно быть заменено новым или же поддаться регенерации.

Очистка трансформаторного масла при включенном трансформаторе

Окислительные процессы, протекающие в электроизоляционных жидкостях, могут ускоряться при взаимодействии со свободным воздухом и влагой при высокой температуре. Металлы, из которых изготовлены активная часть и бак трансформатора (медь, свинец и др.), в этом случае выступают в роли катализаторов.

Если взаимодействие трансформаторного масла с воздухом ограничено, то кислотное число возрастает медленнее. Во избежание интенсивности окисления все медные части трансформаторов обматываться специальной лентой, а бак и прочие металлические компоненты покрываются лаком высокого качества.

Влага считается самым опасным врагом трансформаторного масла, поэтому необходимо принимать все возможные меры для предотвращения ее попадания внутрь силового агрегата.

Даже небольшое содержание примесей приводит к снижению электрической прочности трансформаторного масла. В случае использования продукта предельной чистоты можно с уверенностью полагать, что размеры примесей соизмеримы с размерами углеводородных молекул масла. Очень чистая электроизоляционная жидкость без волокон, воздуха, смол, мыл, кислот и воды может иметь электрическую прочность порядка 150 кВ/мм. Но быстрая коагуляция примесей приводи к тому, что значение электрической прочности редко превышает 20 кВ/мм. И это при том, что большинство марок товарных масел характеризуются пробивной напряженностью 10-20 кВ/мм.

В 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции, лежащее в основе действия электрического трансформатора.

Нужно следить за однородностью электрического поля в изоляции. Тщательное разглаживание морщин и складок на изоляции и электродах трансформатора может предупредить многие повреждения. Если оставить все как есть, то в местах повышенной концентрации электрического поля будут собираться губительные целлюлозные волокна и влага, что неминуемо приведет к пробою.

При очистке масла не рекомендуется полностью удалять ингибиторы. Если все же это было сделано ошибочно, то необходимо ввести синтетические ингибиторы.

Правильная эксплуатация трансформаторного масла

Контакт с кислородом атмосферы – важный фактор влияния на эксплуатационные свойства трансформаторного масла. Кроме него на качество диэлектрической жидкости воздействует высокая температура, солнечный свет и др. Чем выше окисление трансформаторного масла, тем ниже его электрическая прочность. Степень воздействия кислорода можно оценить с помощью таких параметров, как реакция водной вытяжки и кислотное число. Первый показывает наличие в нефтепродукте нерастворимых кислот, а второй – количество миллиграммов едкого калия, которое необходимо затратить для нейтрализации всех свободных кислот. Хорошее трансформаторное масло должно иметь нейтральную реакцию водной вытяжки.

Если в процессе эксплуатации трансформатора с помощью проведенных анализов было выявлено, что жидкая изоляция перестала удовлетворять действующим требованиям, то необходимо задействовать процессы регенерации. Регенерация – это полное восстановление свойств трансформаторных масел, которое делает возможным их дальнейшее использование по прямому назначению.

В ходе эксплуатации наблюдается постепенное снижение уровня масла в баке трансформатора, что может быть вызвано испарением. Поэтому периодически необходимо проводить доливку диэлектрической жидкости.

При отсутствии профилактических мер качественные характеристики масла ухудшаются намного быстрее. В результате возрастает количество необходимых проверок изоляционной жидкости, ее очистки и замены. Понятно, что финансовые расходы на обслуживания маслонаполненного оборудования также существенно возрастают. Для замедления процессов старения масла применяют специальные термосифонные фильтры, наполненные силикагелем. Последний обладает хорошими поглощающими свойствами, за счет чего достигается непрерывное удаление продуктов старения и восстановление изоляционной жидкости.

Также одним из видов предохранения трансформаторного масла от окисления является азотная защита. Суть такого метода сводится к следующему. Азотные подушки, создаваемые в баке трансформатора, препятствуют соприкосновению масла с воздухом, предотвращая таким образом окисление нефтепродукта.

При снижении качественных показателей масла ниже установленных значений необходимо прибегнуть к их восстановлению. В случае отсутствия глубоких химических преобразований и наличия нерастворимых примесей, воды или угля, изоляционная жидкость может быть восстановлена за счет использования методов отстаивания, фильтрации или центрифугирования.

Регенерация масла используется тогда, когда другие способы не способны улучшить его качество. При обработке изоляционных жидкостей очень важно обеспечить бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией. Это возможно или в случае введения резервного трансформатора, или же при использовании оборудования, позволяющего проводить регенерацию прямо в работающем трансформаторе. Такие установки производит компания GlobeCore.

СММ-Р – это регенерационная установка, позволяющая восстанавливать качественные характеристики трансформаторных масел до нормированных значений за счет применения специального сорбента – Фуллеровой земли. Он отличается высокой поглотительной способностью и позволяет удалять из изоляционных жидкостей продукты окисления и старения.

После насыщения Фуллерова земля реактивируется непосредственно в установке и может дальше обрабатывать трансформаторное масло.

Использование комплексных мобильных установок типа СММ для полного восстановления свойств отработанного масла, снижает затраты на обслуживание и ремонт техники. Одна мобильная система для дегазации, очистки и регенерации способна обслуживать несколько трансформаторов, путем перемещения и переподключения ее на территории предприятия. Переналадка очистительного оборудования при этом не требуется.

С помощью установок для дегазации и регенерации удаляется также осадок и вредные накопления на внутренней изоляции, которые нельзя полностью удалить из внутренностей двигателя. За счет этого увеличивается срок эксплуатации масла. А также понижается вероятность поломки трансформатора.

Циркулируемое от трансформатора в установку для регенерации масло проходит несколько этапов. Отличие от простых процессов дегазации или фильтрации в том, что масло возвращается в трансформатор не только очищенным от вредных примесей и различных катализаторов старения, но и полностью восстанавливает свои свойства и характеристики. Таким образом, отработанный материал имеет незначительные отличия от свежей продукции и увеличивает производительность работы двигателей.

Комплексные системы для регенерации масла типа СММ являются современным финансово-выгодным заменителем простых установок для дегазации. Потребности и мощности промышленных предприятий возрастают с каждым годом. Потому рациональные вложения для покупки оборудования с возможностью замены одной установкой трех и более машин, обслуживанием нескольких силовых трансформаторов и получением не просто очищенного продукта, а полностью регенерированного и восстановленного в своих свойствах масла.

Трансформаторное масло: технические характеристики и свойства

Трансформаторное масло получают путем перегонки очищенной нефти (кипением при температуре + 300 ° C / + 572 ° F и 400 ° С / 752 ° F). Из оставшейся части (мазута) получают соляровый дистиллят. Завершающим этапом получения трансформаторного масла является очистка дистиллятов выкипающих при температуре 300- 400ºС  при атмосферном давлении. В зависимости от нефтяного сырья и его отличительных параметров, масло,  соответственно, получает различные свойства.

Масло имеет сложную структуру молекул углеводородов со средним весом 220-340 а.е., и содержит следующие основные компоненты.

1. Парафины 10-15%
2. Нафтены или циклопарафины 60-70%
3. Ароматические углеводороды 15-20%
4. Асфальт-смолистые вещества 2,1%
5. Соединения серы <1%
6. Азотные соединения <0,8%
7. Нафтеновые кислоты <0,02%
8. Антиоксидантные добавки (ионола) 0,2-0,5%

Технические характеристики трансформаторного масла

В трансформаторном оборудовании в качестве теплоотводящей и изолирующей среды масло отводит тепло от сердечника трансформатора в 28 раз лучше, чем воздух. Свойства трансформаторного масла определяются областью применения и являются следующими:

Цвет

Цвет не является основным параметром, но дает информацию о текущем качестве масла.

Объемный вес

Этот параметр трансформаторного масла не является нормированным. При нагревании, значение объемный вес будет уменьшаться, а при охлаждении – наоборот увеличиваться. Обычно для электроизоляционных масел численное значение этого показателя составляет 0,0007 на 1 ºС.

Вязкость

Это один из наиболее важных параметров трансформаторного масла. Масло, заливаемое в трансформатор должно иметь низкую вязкость. Это способствует лучшей передаче тепла из обмоток трансформатора.

Зольность

Этот параметр важен для свежих масел; он показывает качество их промывки. В случае плохой промывки, остатки соли и мыла в масле, могут при сжигании образовать неприемлемые количества золы .

Содержание серы

Сера в трансформаторном масле берет свое начало из сырой нефти и может пребывать в трех состояниях: в виде прочных соединений, соединений, легко отдающих серу и в свободном состоянии. Последние два состояния являются неприемлемыми, поскольку этот химический элемент может усилить коррозионные процессы и усилить сопротивление контактов в переключателях ответвлений трансформаторов. Содержание серы в трансформаторном масле измеряется  с помощью помещения в него медной пластины

Температура застывания

Этот параметр является наиболее важным для масляных выключателей, работающих на открытом воздухе. Загустевшее масло при низких температурах вызывает значительное сопротивление движению траверсы выключателя и нарушает процесс гашения дуги.

Натровая проба

Это метод определения качества отмывки трансформаторного масла от посторонних загрязнений. После плохой очистки масло содержит натровые мыла и другие примеси, ухудшающие натровую пробу. Также, натровая проба свежего масла  показывает его стабильность к окислению. Пробы не берутся во время эксплуатации масла

Общие требования

Изоляционные свойства масел в основном определяются тангенсом угла диэлектрических потерь. Эта важная “электрическая прочность” трансформаторного масла значительно уменьшается при наличии волокон, воды и других загрязнений в масле. Поэтому, очень важно, удалять эти загрязнения и примеси, прежде чем масло становится слишком поврежденным, и причинит необратимые повреждения сердечника трансформатора и изоляционной бумаги.

Температура застывания или текучести не выше -45 ° C -49 ° F также является важным качеством изоляционного масла. Низкая температура застывания указывает на способность масла течь при очень низких температурах. Не текучее масло не может выполнять свои функции в трансформаторе. Для обеспечения эффективного рассеивание тепла  трансформаторное масло должно иметь вязкость, по меньшей мере, 90 при температуре 150 ° C (+ 302 ° F).

Одним из наиболее важных свойств трансформаторного масла является способность масла противостоять окислению в течение более длительного периода использования в неблагоприятных условиях.

На сегодняшний день  во многих трансформаторах используют “ингибиторные масла.” Ингибиторные масла содержит антиоксидантные добавки, которые помогают замедлить и ингибировать процесс окисления. Отсюда и название “ингибиторное масло.” Наиболее распространенной антиоксидантной добавкой, используемой для ингибирования масла является 2,6 ди-трет-бутил-фенол  (DBPC). DBPC-2.6 также имеет название ионол и агидол. Такая добавка продлевает срок службы трансформаторного масла.

Эффективность добавки основана на ее способности взаимодействовать с активными пероксирадикалами, которые образуются в цепи углеводородов. Цепи окисления ломаются наличием ингибиторных добавок. На ранних этапах ингибированные масла устойчивы к окислению и окисляются очень медленно. Но со временем и после долгого употребления добавки антиоксидантов истощаются и масло начинает опять окисляется с той же скоростью, как и без добавок.

Положительное влияние добавок  Чем эффективнее антиоксидантная добавка, тем дольше время индукции и тем стабильнее масло, Эффективность также зависит от углеводородного состава масла, присутствии примесей не углеводородных соединений, а также от наличия промоторов окисления масла (азотистых оснований, нафтеновых кислот, кислородсодержащих продуктов окисления масла) в масле. Антиоксидантная добавка увеличивает срок службы масла, замедляется окисление.

Основные физико-химические свойства изоляционного масла

Некоторые из основных характеристик трансформатора изоляционного масла следующие: Масло является топливом, биоразлагаемым, практически не токсичным, и не повреждающим озоновый слой. Плотность трансформаторного масла, как правило варьируется в диапазоне (0.84-0.89) × 103 кг / м3. Также, одним из наиболее важных свойств  масла, используемого в трансформаторах, является вязкость.

С точки зрения высокой диэлектрической прочности, желательно иметь более высокую вязкость масла. Для выполнения дополнительных задач в трансформаторах (например, передача тепла и охлаждение), а также в переключателях, масло должно иметь более низкую вязкость.

Поэтому, необходимо выбрать компромиссное значение вязкости трансформаторного масла, которое обеспечит хорошую диэлектрическую прочность и хорошие характеристики теплопередачи,  трансформаторы будут должным образом охлаждаться, и в переключателях не образуется дуга. Для большинства масел кинематическая вязкость находится  при температуре + 20 ° C / + 68 ° F 28-30 × 10-6 м2 / с.

Использование масла

Перед заполнением электрических силовых трансформаторов изоляционным маслом, используются оборудование для термовакуумной обработки трансформатора, которое является частью процесса заливки масла. Допускается заливать масло с содержанием воды 0,0025% (мас.доля).  Содержание механических примесей, определяемое как класс чистоты, по стандарту ISO 8573 и NSA1638.

Класс чистоты не должен быть хуже 11-го класса для оборудования с напряжением до 220 кВ и не хуже 9-го класса для оборудования с напряжением выше 220 кВ. Показатели пробивного напряжения, в зависимости от рабочего напряжения оборудования, должны быть равны (кВ). После заливки масла в трансформатор, пробивное напряжение допус на 5кВ ниже, чем у масла до заливки. После заливки допускается понижение класса чистоты масла на один класс.

Как было указано выше, “температура застывания или текучести” означает температуру, при которой масло становится пластичным и не текучим. Низкая температура застывания имеет решающее значение для трансформаторов и масляных выключателей. Свежее масло должно застывать при температуре, не выше -45 ° C / -49 ° F. В тропических и субтропических климатических условиях, допустимо использовать масло с температурой застывания -35 °

В рабочем масле допускаются отклонения температуры застывания в зависимости от того, используется ли масло в трансформаторе или переключателе, и работает ли оно в помещении или на открытом воздухе.

Для специальных арктических сортов масла, температура застывания снижается до минимальной – 60 ° C / -76 ° F – 65 ° C / -85 ° F, но температура температура вспышки также сводится к + 90 ° C / +194 ° F до + 100 ° C / + 212 ° F. Арктические сорта масла не рекомендуется использовать в не арктическом климате, где высокая температура воздуха являются определяющим фактором.

Как трансформаторное масло влияет на обслуживание высоковольтных трансформаторов?

Силовой трансформатор высокого напряжения считается одним из самых дорогостоящих и важных элементов  по распределению электроэнергии. Не удивительно, что эксплуатационная надежность всей энергосистемы зависит от работы трансформатора.

Старения электроэнергетического оборудования не обходит ни одну развитую страну в мире. Вот несколько примеров.

Согласно исследованиям Электроэнергетического научно-исследовательского института США, по состоянию на 1997 год 65% всех трансформаторов в США служат более 25 лет.

В Японии около 30% энергетического оборудования находится в эксплуатации более 30 лет.

То же самое в России, где 45% трансформаторов работают на протяжении 20 лет,  и 35% – более 25 лет.

В Украине 40% трансформаторов превысили их предполагаемый срок службы.

Таким образом, надежность энергетических систем в будущем будет определяться сроком службы их трансформаторов.

Продлить срок службы силового трансформатора высокого напряжения до 30 или даже до 40 лет можно с правильной поддержкой  и своевременным устранением дефектов.

Выход из строя трансформатора высокого напряжения является проблемой, которая требует оптимального решения. В большинстве случаев трансформатор ломается в результате длительной эксплуатации без надлежащего профилактического обслуживания.

Основные причины выхода оборудования из строя следующие: 22% – старение материалов, 19,4% – дефекты конструкции и изготовления, 16.8% – неправильная эксплуатации, 10,3% – постороннее влияния, 5,8% – нерасчетные режимы в электрических сетях, 4,2% – дефекты ремонта, 3,5% – климатические и внешние воздействия.

Процент технологических нарушений, связанных с ухудшением свойств трансформаторных масел, приблизительно равен 20% всех нарушений.  Из них: 9,2% – содержание газа в масле, 7,47% – старение масла, 2,18% – загрязнение масла и  0,62% – окисление масла.

Эти цифры касаются только старения масла. Иногда негативное влияние продуктов старения на твердую изоляцию учитывается далеко не всегда.

В настоящее время, доказано, что продукты окисления масла (гидроперикиси и водорастворимые кислоты) снижают полимеризацию целлюлозы, и влияет на прочность бумажной изоляции. Кроме того, электрическая прочность и срок службы изоляции во многом зависят от содержания влаги.

Высокое содержание влаги в изоляции, отделяет бумажные волокна, которые  затем попадают в масло, уменьшая его электрическую прочность. Наличие в масле пузырьков  снижает диэлектрическую прочность на 20-50%,. В результате, появляются частичные разряды, которые уменьшают диэлектрическую прочность масла и твердой системы изоляции.

Принимая во внимание все причины сбоев трансформаторов, нет никаких сомнений в том, что их нормальная работа определяется – чистотой трансформаторного масла.

Система азотной защиты

Кроме вышеприведенных процессов – для предотвращения окисления масла используется система азотной защиты. Однако, стоит отметить, что азотная защита не работает, если концентрация кислорода в масле превышает допустимые пределы.

Чтобы замедлить разрушительные процессы кислот и нежелательных примесей – в трансформаторное масло часто добавляют антиокислительные ингибиторные присадки.

Присадки делятся на группы:

• ингибиторы антиокислители, — соединения, прерывающие цепной процесс окисления;
• деактиваторы металлов — соединения, переводящие растворенные в масле соединения металлов в неактивную форму;
• пассиваторы металлов — соединения, способствующие образованию на поверхности металла пленки — предохраняющей масло от действия металла;

Старение трансформаторного масла

В трансформаторном масле происходят необратимые процессы старения. Масло теряет свои химические и эксплуатационные свойства при попадание влаги и с образованием продуктов окисления. Процесс окисления также ускоряют солнечный свет, высокая рабочая температура, и растворенные соли металлов.

Из-за продуктов старения и загрязняющих веществ, накапливающихся на активных частях трансформатора – масло перестает передавать тепло. Следовательно, для поддержания работы масла в трансформаторе, необходимо профилактическое техническое обслуживание, частью которого является периодический контроль  и непрерывный мониторинг масла и твердой изоляции.

Для выявления дефектов, во-первых, берутся образцы для лабораторного анализа. Если анализ показывает, что эксплуатационные характеристики масла ниже международного стандарта – для восстановления свойств масла.применяется очистка, сушка и регенерация.

Установки для регенерации трансформаторного масла от компании GlobeCore

Для регенерации трансформаторного масла используется оборудование GlоbeCоre СММ-Р. Оно осуществляет регенерацию масла, на включенном или выключенном  трансформаторе.

Передовые установки СММ-Р компании GlobeCore  отличаются своей экономичностью, экологичностью и мобильностью.

GlobeCore установки восстанавливают все эксплуатационные характеристики диэлектрического масла. Масло используется дальше, и устраняется проблема его замены и утилизации. А также,  продлевается срок службы твердой изоляции и трансформаторов.

В отличие от аналогичного оборудования, установки GlobeCore СММ-Р используют сорбент Землю Фуллера, с уникальными фильтрующими и отбеливающими способностями. Установки GlоbeCоre могут быть использованы рядом с трансформатором, что значительно сокращает расходы на транспортировку масла.

Установка регенерации трансформаторного масла СММ-Р

Оборудование использует непрерывный процесс регенерации трансформаторного масла при помощи специальных фильтров и адсорбции. Когда сорбент насыщается, система автоматически переключается из режима переработки масла на реактивацию сорбента и обратно, когда процесс реактивации завершен. Система состоит из металлических колонн, заполненных сорбентом. Сорбент в колоннах поглощает влагу и продукты окисления из циркулирующего масла.

GlobeCore производит оборудование, которое обеспечивает эксплуатационные характеристики трансформаторного масла.

GlоbeCоre оборудование очищает, сушит и дегазирует не только трансформаторные масла, но индустриальные, турбинные и гидравлические масла.

Поэтому, GlоbeCоre оборудование  пользуется широкой популярностью в более чем 70 странах мира.

Особое внимание следует обратить на оборудование регенерации трансформаторного  масла GlоbeCоrе.

В ходе процесса регенерации масла, свойства диэлектрического масла восстанавливаются до исходных значений и останавливается  процесс старения.

Это позволяет предприятиям продлить срок службы масла в трансформаторах  высокого напряжения. Таким образом, предприятия могут избежать значительных финансовых затрат на покупку большое количество нового масла.