Электронщик Какова роль масла в силовых трансформаторах

Трансформаторное масло, характеристики и свойства

Нефтяные масла используются в качестве смазочных материалов, как гидравлические и смазочно-охлаждающие жидкости, электроизоляционные среды, поверхностно-активные вещества, смягчители, компоненты пластичных смазок, лекарственных препаратов и др. Существует две основные системы классификации масла нефтяные: по способу их производства и по областям применения. По способу производства масла нефтяные делят на

  • дистиллятные, получаемые вакуумной перегонкой мазутов;
  • остаточные, получаемые из деасфальтизированных масляных гудронов;
  •  компаундированные — подобранные по вязкости и другим показателям смеси дистиллятных и остаточных масел.

По областям применения масла нефтяные разделяются на моторные масла, реактивные масла, трансмиссионные масла, индустриальные масла, цилиндровые масла (для паровых машин), электроизоляционные масла, технологические масла и так называемые белые масла, используемые в медицине и парфюмерии. Первые пять из перечисленных групп относятся к смазочным маслам, остальные — к несмазочным маслам.

Трансформаторные масла

Электроизоляционные масла применяют для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, масляных выключателей и аналогичного электрооборудования, в котором масло применяется в качестве изоляционной и теплообменной жидкости. Можно сказать, что сроком эксплуатации оборудования является срок жизни изоляционной системы. Порядка 85% поломок трансформаторов происходит из-за повреждения системы изоляции. В связи с этим, перед заполнением оборудования необходимо выбрать такое масло, которое будет соответствовать требованиям, предъявляемым к нему, и обеспечивать надежную, бесперебойную работу электрооборудования в тех условия, где планируется его использование.

Сегодня формирование требований к физико-химическим и эксплуатационным свойствам изоляционных масел основывается на широко известных и практически применяемых классификациях и спецификациях, в которых важнейшие характеристики масел заданы в виде результатов испытаний по известным (в большинстве случаев стандартизованным) методам. Это позволяет всем заинтересованным сторонам (изготовителям масел, машиностроителям, потребителям их продукции) обмениваться достаточно полной и единообразно понимаемой информацией о свойствах масел, целесообразном их использовании

Международная электротехническая комиссия (МЭК) разработала стандарт «Спецификация на неиспользованные нефтяные изоляционные масла для трансформаторов и выключателей». Стандарт предусматривает три класса трансформаторных масел:

I — для южных районов (с температурой застывания не выше -30°С),

Свойства

свойства масел определяются в основном угла диэлектрических потерь. трансформаторных масел, в свою очередь, в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в таких маслах должны полностью отсутствовать.

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 при 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. 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.

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. 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.

Проверка эксплуатационных свойств

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.

Влияние влаги на диэлектрические потери в масле

Экспериментально показано, что наличие в маслах растворенной воды даже в большом количестве (при высокой температуре) не ведет к повышению tgδ. Растворенная в масле вода находиться в молекулярном состоянии и практически не диссоциирована на ионы. Эмульсионная вода, в противоположность растворенной, повышает tgδ за счет электрофоретической проводимости. Таким образом, диэлектрические потери, обусловленные наличием воды, определяются не общим ее содержанием, а состоянием. Вода, образуя в масле истинный раствор, не оказывает влияния на потери в масле, а в нерастворенном состоянии — в виде эмульсии с очень малым размером частиц — вызывает резкий рост потерь. Существует порог концентрации воды в данном масле для заданных температур, выше которого tgδ сильно возрастает. Сказанное иллюстрируется данными рис.  5 .
Все указанное справедливо для глубоко и тщательно очищенных трансформаторных масел, практически не содержащих полярных примесей. В обычных товарных трансформаторных маслах кроме истинно молекулярно-растворенной воды присутствует вода, связанная с полярными примесями и, возможно, с полярными неуглеводородными компонентами. Количество связанной воды, как правило, больше чем содержание растворенной воды.

Рис. 5. Зависимость tgδ трансформаторного масла от наличия в нем воды.
Рис. 6. Изменение tgδ при 90 °С в процессе вакуумной сушки масла: У — масло Т-750; 2 — масло ТКп; 3 — масло из трансформатора после эксплуатации.

Связанная вода практически не определяется гидридкальциевым методом в условиях кратковременного (2—4 часового) испытания по ГОСТ 7822—75 и по методу Фишера.
Смолистые вещества и другие продукты окислительного старения, а также соли нафтеновых кислот входят в число веществ, обуславливающих образование связанной воды. Связанная вода заметно повышает диэлектрические потери в масле.
В процессе длительной вакуумной сушки масел при измерении их tgδ наблюдаются три характерные области (рис. 6):
область / — резкого уменьшения tgδ — относится ко времени удаления следов микроэмульсии; в области II, в которой tgδ практически не изменяется, удаляется растворенная вода (не влияющая на tgδ масла) и, возможно, удаляется часть легко связанной воды; в области ///наблюдается снижение tgo* масла, которое можно объяснить удалением связанной воды. Удаление связанной воды сопровождается не только снижением tgδ, но и возрастанием удельного объемного сопротивления.
В зависимости от химического состава масел (наличие неуглеводородных компонентов, полярных примесей и др.) в процессе вакуумной сушки по-разному протекает изменение электроизоляционных свойств масел.

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.

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.

Предыдущая

Присадки

Следующая

Редукторное масло

Применение — трансформаторное масло

Действие факторов, являющихся специфическими для условий применения трансформаторного масла, — влияние электрического поля, твердых изоляционных и конструкционных материалов — будет описано ниже.

К обработке адсорбентами чаше всего приходится прибегать в случае применения трансформаторного масла и сильно загрязненных отработавших масел.

В гидропрессе РГП-7м рабочей жидкостью служит отфильтрованный автол или машинное масло. Применение трансформаторного масла или других масел подобной консистенции недопустимо во избежание течи через сальники и уплотнения.

В качестве рабочей жидкости пресса следует применять автол или машинное масло. Применение трансформаторного масла во избежание течи в уплотнениях и: сальниках воспрещается.

Из представительных сколов изготовляют образцы цилиндрической формы, размеры которых определяются конструкцией кернодержателя измерительной аппаратуры. Образцы пород ( керны) получают механической обработкой сколов с применением трансформаторного масла в качестве охлаждающей жидкости.

Из представительных сколов изготовляются образцы цилиндрической формы, размеры которых определяются конструкцией кернодержателя измерительной аппаратуры. Образцы пород ( керны) изготовляют механической обработкой сколов с применением трансформаторного масла в качестве охлаждающей жидкости.

МКС-6 — масса для кабелей связи состоит из тех же компонентов с добавкой воска пчелиного и полиизобутилена. Ее употребляют для заливки газонепроницаемых муфт на кабелях с кордоль-но-бумажной, воздушно-бумажной и хлопчатобумажной изоляцией. Для изготовления массы МКС-6 наряду с машинным маслом допускается применение трансформаторного масла.

Относительно электрических свойств нефти и углеводородов отметим только, что нефть и ее продукты являются диэлектрикам и. Электропроводимость их совершенно ничтожна. На этом основано применение нефтяного парафина в качестве изоляционного материала в электротехнической промышленности, а также применение хорошо очищенного трансформаторного масла в трансформаторах и масляных выключателях в качестве изолирующей среды. Нефть и нефтепродукты как диэлектрики могут некоторое время сохранять на своей поверхности заряды статического электричества, возникающего при трении. Разряд этих зарядов может вызвать пожар от искры.

График съема металла V и шероховатости поверхности Кг в зависимости от силы тока короткого замыкания.| Профилограмма поверхности, полученной при режимах.

Скорость съема металла и чистота поверхности детали, получаемая при использовании смеси масел МС и индустриального 20 ( 1: 1), а также трансформаторного масла, примерно одинаковы. Однако в первом случае при напряжении 19 в процесс нестабилен, ввиду большой вязкости. При токах короткого замыкания менее 60 а происходят частые короткие замыкания, электрод-инструмент омедняет деталь и получается шероховатость поверхности на класс ниже, чем при обработке с применением трансформаторного масла. Износ электрода-инструмента составляет 10 — 15 % от веса снятого металла.

При осмотре узлов гидросистемы проверяются и при необходимости подтягиваются все соединения. Особенно тщательно проверяется чистота полостей маслобака. При загрязнении маслобак следует тщательно очистить и промыть. При обнаружении засорения фильтров, как приемных, так и установленных на линии нагнетания, их необходимо очистить и промыть. В гидросистемах буровых станков, где применены гидрораспределители с электромагнитным управлением, их проверяют на четкость срабатывания. Если при подаче напряжения на клеммы электромагнита золотник гидрораспределителя не перемещается или отмечается повышенное гудение электромагнита, то это свидетельствует о неисправности, которую необходимо устранить. Далее гидросистема заполняется маслом. В зимнее время при температуре до — 30 С можно применять минеральное И-12 А и веретенное АУ. Морозостойким является также и трансформаторное масло. Однако при применении трансформаторного масла необходимо помнить, что оно агрессивно по отношению к резиновым уплотнениям. Не рекомендуется применение в гидросистемах смесей различных марок масел. Часто отказы в работе гидросистемы происходят при ее первом запуске. Поэтому необходимо соблюдать порядок запуска.

Влияние кислородосодержащих соединений на tg масла

В процессе термического старения трансформаторных масел кроме воды образуются перекиси, низкомолекулярные водорастворимые кислоты, жирные высокомолекулярные кислоты, а также фенолы, спирты, альдегиды, смолы, мыла и другие кислородо и серосодержащие соединения. При достижении концентрации кислотосодержащих соединений в масле выше предела растворимости (образование второй фазы в виде микроэмульсии или коллоида) tgδ масла резко возрастает.
Если масло и кислогосодержащее соединение взаиморастворимы в любых соотношениях, диэлектрические потери в смеси определяются значением tg8 у смешиваемых компонентов. Вода, кислоты и другие кислородосодержащие соединения в растворе в масле не диссоциированы на ионы, и в связи с этим диэлектрические потери, связанные с ионной электропроводимостью этих продуктов в жидких диэлектриках не наблюдаются.
Наибольшее влияние на tgδ, по данным авторов , оказывают смолистые нейтральные и кислые вещества, а также мыла. При наличии смол в объеме 0,5 % tgδ повышается в 10 раз.
Известно также, что углеводородные растворы мыл с полувалентными катионами являются полуколлоидами. В зависимости от условий, мыло в растворе может находиться либо в истинно растворенном состоянии, либо в коллоидном. При разогреве масел с мылами при температуре до 100°С tgδ масла может резко изменяться как в сторону повышения, так и понижения. Это указывает на коллоидный характер раствора.

Причины ухудшения состояния трансформаторного масла

Одним из главных катализаторов, которые приходят к быстрому изнашиванию трансформаторных масле, а вместе с ними системы изоляции и общих рабочих характеристик силовых трансформаторов, является вода. Ее попадание во внутренние системы в различных количествах неизбежно. В результате воздействия влаги вместе с другими загрязнителями, трансформаторное масло стареет, способствует появлению разных продуктов окисления, осадка, шлама, вступает в различные реакции с металлами обшивки.

При появлении в масле воздуха и влаги, старение изоляционного масла происходит даже при небольших рабочих нагрузках. Вода, которая попадает в трансформаторное масло, состоит из чистой воды, воды растворенной в продуктах распада масла, растворенной воды и воды, которая имеет химическую связь. Полностью вывести воду из твердой изоляции невозможно.

Трансформаторное масло способно растворить больше воды под воздействием высоких температур. Если смесь масла с водой охладить, вода уйдет в осадок. Отторженная вода впитается в изоляцию, или снова вступит в реакцию с маслом. Изоляционная бумага поглощает воду с масла и удерживает ее внутри, в местах самого высокого напряжения. Кислоты, сформированные в процессе старения трансформаторного масла, так же негативно воздействуют на целлюлозу и металлы и создают мыльный металл, альдегид, спирт, которые осаждаются как кислотные грязи на изоляции, боковых стенах бака, в дыхательной системе, системе охлаждения, и т.п.

И хотя тепло и вода являются главными врагами твердой изоляции, при правильном обслуживании охладительной и изоляционной систем, срок их эксплуатации можно продлить до 60 лет. Ранее применявшееся оборудование только для осушки трансформаторного масла теперь безнадежно устарели. Полезные качества масла можно полностью восстановить. К тому же таким образом они будут практически идентичны аналогичным характеристиками свежего масла. Срок использования изоляционного масла при хорошем обслуживании можно продлить на неограниченный срок.

ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ МАСЛА ИЗ СЕРНИСТЫХ НЕФТЕЙ

Потребность народного хозяйства в трансформаторных маслах из года в год возрастает. Вовлекаемые в переработку сернистые нефти восточных месторождений (Башкирия, Татария, Саратовская, Куйбышевская, Пермская и другие области) содержат значительные количества парафина (до 6%), смол (до 35%) и серы (1,4—1,7%). Как видно, нефти восточных месторождений по своему составу (в первую очередь, по наличию сернистых соединений и парафиновых углеводородов) значительно отличаются от бакинских нефтей, которые издавна служили основным сырьем для производства трансформаторных масел.
Трансформаторные масла из сернистых нефтей вырабатываются двух типов: селективной (фенольной) очистки и гидроочистки.

Масла селективной очистки

Селективная очистка заключается в избирательном извлечении растворителем из трансформаторного дистиллята нежелательных компонентов. Действие селективных растворителей основано на различной растворимости в них отдельных групп химических соединений, составляющих дистиллят.
Технология селективной очистки масла следующая. Полученный на атмосферно-вакуумной трубчатой установке трансформаторный дистиллят подвергают фенольной очистке, затем проводят низкотемпературную депарафинизацию рафината, после чего депарафинированное масло очищают отбеливающей глиной. Фенол извлекает из трансформаторного дистиллята смолы, активные сернистые соединения и др. К трансформаторному маслу фенольной очистки добавляют антиокислительную присадку, так как без присадки это базовое масло не удовлетворяет требованиям по стабильности против окисления, особенно по образованию низкомолекулярных кислот в начале старения. Наиболее эффективной антиокислительной присадкой к маслу фенольной очистки является ионол (не менее 0,2%).
Проведенными во ВНИИ НП исследованиями установлена возможность получения трансформаторного масла путем очистки дистиллята фурфуролом. Изготовленное таким способом масло без антиокислительной присадки удовлетворяет требованиям по стабильности против окисления.
Доказано, что в зависимости от применяемого растворителя (фенола или фурфурола) в готовом масле сохраняются в разных количествах естественные антиокислители — соединения, содержащие сульфидную серу и существенно влияющие на стабильность масла против окисления. В маслах фурфурольной очистки остается 0,56— 0,6% сульфидной серы (62—66% от общего содержания серы), а в маслах фенольной очистки 0,24% (около 45% от общего содержания).
Масло селективной очистки, содержащее не менее 0,2% ионола, выпускается по ГОСТ 10121 —62 (см. табл. 1). Согласно этому ГОСТ, к маслу предъявлены жесткие требования по кислотному числу, склонности к образованию водорастворимых кислот, общей стабильности против окисления (с присадкой) и содержанию серы.

Масла гидроочистки

Прогрессивным способом очистки масел из сернистых нефтей является каталитическая гидроочистка — обработка трансформаторного дистиллята водородом при давлении 40 am и температуре 400— 425° С в присутствии алюмокобальтмолибденового катализатора. Масло этим методом получают по следующей схеме: гидрирование дистиллята — разгонка гидрогенизата — депарафинизация — доочистка адсорбентом (отбеливающей глиной).
При гидроочистке сера, содержащаяся в маслянном дистилляте в виде сероорганических соединений, связывается с водородом с образованием сероводорода; непредельные углеводороды, а также смолистые соединения и частично ароматические углеводороды, гидрируются — насыщаются водородом. Образуется небольшое количество легких углеводородов, являющихся побочными продуктами гидрирования, которые могут быть использованы как товарные топлива. Выход масла при гидроочистке на 16—19% выше по сравнению с селективной очисткой и 99% в расчете на взятое сырье.

Согласно МРТУ 12 Н-95—64, в трансформаторном масле из сернистых нефтей после гидроочистки содержание серы не превышает 0,2%, а кислотное число этого масла не более 0,02 мг КОН!г (см. табл. 1). Масло отличается пониженной склонностью к образованию низкомолекулярных кислот при старении, низким тангенсом угла диэлектрических потерь и высокой газостойкостью  в электрическом поле, однако оно склонно к интенсивному образованию осадка в процессе окисления.

Список источников

  • forca.ru
  • leg.co.ua
  • 10i5.ru
  • www.ngpedia.ru
  • pomaslam.ru
  • howlingpixel.com
  • oils.globecore.ru
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector