трансформаторное масло это какое масло
Трансформаторное масло: описание, свойства и применение
Силовые трансформаторы высокого напряжения — это важная и дорогостоящая часть системы распределения электричества. В таких устройствах применяют трансформаторное масло, чтобы наладить работу всей системы и достичь полной безопасности.
Трансформаторное масло — это специальная жидкость с высокой диэлектрической прочностью, используемая для отвода тепла и выполняющая изолирующую функцию.
Что такое трансформатор?
Трансформатор — это статическое устройство, выполняющее функцию преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого без изменения частоты. Это устройство имеет 2 или более изолированных проволочных или ленточных катушек (обмоток), связанных индуктивно на сердечнике (магнитопроводе).
Трансформаторы классифицируются по ряду параметров, и большинство из них нуждается в трансформаторном масле для правильной работы.
Зачем в трансформаторах масло?
Обмотки, о которых мы говорили ранее, являются неотъемлемым элементом трансформатора и нуждаются в постоянной защите. В процессе работы оборудование выделяет большое количество тепла, и, дабы избежать поломки всей дорогостоящей системы, всё тепло необходимо отводить. Для решения этой задачи (охлаждения) и применяется трансформаторное масло, а также для электрической изоляции и гашения дуги.
Трансформаторное масло — продукт перегонки очищенной сырой нефти. Такому маслу характерны определенные свойства, зависящие от того, какая нефть была использована. Трансформаторные масла имеют сложный состав, в который входят следующие компоненты:
Трансформаторное масло
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:
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.
Виды трансформаторных масел и области применения
Трансформаторное масло – это нефтепродукт, находящий широкое применение в электроэнергетике. Этим маслом заправляют аппараты, в которых необходима изоляция токоведущих частей, отведение тепла или гашение дуги. При выборе конкретной марки важно хорошо разбираться в предлагаемом ассортименте и представлять, какие виды трансформаторных масел нужно использовать в Вашем случае. Ниже анализируется продукция отечественного и зарубежного производства.
Отечественные производители
Трансформаторное масло Т-1500У
Обладает относительно хорошей газостойкостью и стабильностью против окисления, но не отвечает зарубежным требованиям по этим показателям. Содержание серы – не больше 0,3%. Область использования масла Т-1500У сходна с Т-1500 – электрооборудование напряжением до 500 кВ без дополнительных условий и до 750 кВ после изучения характеристик масла в нейтральной специальной лаборатории.
Трансформаторное масло ГК
Производится с использованием операций гидрокрекинга и каталитической депарафинизации из западносибирских нефтей. Главной особенностью этого масла является то, что оно содержит очень мало сернистых соединений и ароматических углеводородов. Имеет:
Стойкость к воздействию кислорода находится на уровне масел зарубежного производства. Это масло имеет относительно низкую устойчивость к воздействию электрического поля высокой напряженности. Основная область применения – электрооборудование напряжением до 1150 кВ. Нежелательно применение масла данной марки в высоковольтных вводах и измерительных трансформаторах тока и напряжения.
Знаете ли Вы, что трансформаторное масло ГК выпускается с 1983 года и сейчас используется более чем 100 индустриальными корпорациями?
Трансформаторное масло марки ТСп
Получают путем селективной очистки и низкотемпературной депарафинизации из западносибирских нефтей. Оно характеризуется относительно низким качеством, высоким содержанием серы (до 0,6%), высоким значением тангенса угла диэлектрических потерь, низкой стабильностью против окисления, неудовлетворительной совместимостью с конструкционными материалами, хорошей стойкостью к воздействию электрического поля высокой напряженности. Основная область использования – электрооборудование до 220 кВ включительно.
Трансформаторное масло ТКп
Получают из анастасиевской нефти. При его производстве используются процессы кислотно-щелочной очистки и контактной доочистки.
Трансформаторное масло марки АГК
Получают путем глубокой гидроочистки легкого газойля, выделением остаточной фракции и ее каталитической депарафинизацией. Базовые характеристики масла данного вида: низкая температура застывания, низкая вязкость, когда столбик термометра находится ниже и выше нуля. Применяют масло АГК в основном в районах, которые характеризуются холодным климатом.
Трансформаторное масло марки МВТ
Представляет собой масло специального вида, которое имеет:
Основная область применения – районы с холодным климатом. Используется преимущественно в масляных выключателях.
Рассмотрены марки трансформаторных масел, которые выпускаются на территории бывшего СССР. Приведенный перечень неполный. Мы пытались охватить наиболее используемые масла. Для знакомства с характеристиками других марок можно обратиться к специальной литературе.
Интересно, что трансформаторные масла эксплуатируются также и в трансформаторах, которые работают на морских буровых платформах. Чтобы узнать об этом подробнее, можно просмотреть это небольшое видео:
Зарубежные производители
Дефицит высококачественных масел заставляет Украину и Казахстан завозить этот продукт из Швеции. Запорожский завод выпускает трансформаторы, изначально залитые шведскими маслами производства фирмы Nynas (марки Nytro10X и Nytro11GX). В их состав входит 0,3% антиокислительной присадки ДБПК. Nytro10X превосходит отечественные трансформаторные масла по стабильности против окисления и присутствии электрического поля. А марка Nytro11GX находится на уровне с ними.
Базовым сырьем для производства трансформаторного масла в Швеции является венесуэльская нефть. Она содержат мало сернистых соединений и твердых парафинов. В результате и масло, получаемое с венесуэльских нефтей, обладает лучшими низкотемпературными свойствами, чем масла ГК, Т-1500У.
На отечественном рынке присутствуют масла австрийской фирмы «Технолол» (Technol-2000). Их производят путем кислотной очистки из специальных нафтеновых австрийских нефтей.
Эта же фирма с целью восстановления показателей бумажной изоляции маслонаполненного оборудования предлагает применять специальные масла Регенол.
Очистка трансформаторного масла
GlobeCore предлагает специальное оборудование для очистки и восстановления эксплуатационных свойств абсолютно любых видов трансформаторных масел как отечественного, так и заграничного производства. Разнообразность используемых технологий (термовакуумная обработка, использование специальных сорбентов и т.д.) позволяет добиться полного восстановления физико-химических свойств отработанных масел до уровня свежих.
Теперь загрязненное масло не нужно утилизировать и покупать новое. Достаточно просто провести его обработку на масляных мобильных станциях типа СММ, и срок службы трансформаторного масла будет продолжен!
Регенерация трансформаторного масла в работающем трансформаторе
Трансформаторное масло представляет собой очищенную фракцию нефти, то есть является минеральным маслом. Его получают посредством перегонки нефти, где данная фракция кипит при 300 — 400°С. В зависимости от сорта исходного сырья свойства трансформаторных масел получаются различными. Масло отличается сложным углеводородным составом, где средний вес молекул варьируется от 220 до 340 а.е.м. В таблице приведены основные компоненты и их процент в составе трансформаторного масла.
Свойства трансформаторного масла, как электрического изолятора, определяются главным образом значением тангенса угла диэлектрических потерь. Поэтому наличие воды и волокон в масле полностью исключается, поскольку любые механические примеси ухудшают данный показатель.
Крайне важным свойством трансформаторных масел является их стабильность в условиях окисления, трансформаторное масло должно сохранять требуемые параметры на длительный период работы.
Что касается конкретно РФ, то здесь все сорта трансформаторных масел, применяемых на промышленном оборудовании, обязательно ингибированы антиокислительной присадкой — ионолом (2,6-дитретичный бутилпаракрезол, известный еще как агидол-1). Присадка взаимодействует с активными пероксидными радикалами, возникающими в цепи окислительной реакции углеводородов. Так, ингибированные трансформаторные масла имеют при окислении ярко выраженный индукционный период.
Сначала восприимчивые к присадкам масла окисляются медленно, поскольку возникающие цепи окисления прерываются ингибитором. Когда присадка истощена, масло окисляется с обычной скоростью, как без присадки. Чем больше индукционный период окисления масла, тем выше и эффективность присадки.
Немало эффективность присадки связана и с углеводородным составом масла, и с наличием примесей неуглеводородного рода, способствующих окислению, коими могут выступать азотистые основания, нефтеновые кислоты и кислородосодержащие продукты окисления масла.
Когда нефтяной дистиллят очищают, содержание ароматических углеводородов снижается, устраняются неуглеводородные включения, и в итоге стабильность ингибированного ионолом трансформаторного масла повышается. Между тем, существует международный стандарт «Спецификация на свежие нефтяные изоляционные масла для трансформаторов и выключателей».
Трансформаторное масло обладает горючестью, оно биоразлагаемо, почти не обладает токсичностью и не вредит озоновому слою. Плотность трансформаторного масла лежит в пределах от 840 до 890 килограмм на кубометр. Одно из важнейших свойств — вязкость. Чем выше вязкость, тем выше электрическая прочность. Вместе с тем, для нормальной работы в силовых трансформаторах и в выключателях, масло не должно быть очень вязким, иначе охлаждение трансформаторов не будет эффективным, а выключатель не сможет быстро разорвать дугу.
Здесь нужен компромисс относительно вязкости. Обычно кинематическая вязкость при температуре 20°С, у большинства трансформаторных масел лежит в диапазоне от 28 до 30 мм 2 /с.
Прежде чем заполнить маслом аппарат, масло очищают при помощи глубокой термовакуумной обработки. Согласно действующему руководящему документу «Объем и нормы испытаний электрооборудования» (РД 34.45-51.300-97), концентрация воздуха в трансформаторном масле, заливаемом в трансформаторы с азотной или пленочной защитой, в герметичные измерительные трансформаторы и в герметичные вводы, не должна быть выше 0,5 (определяется методом газовой хроматографии), а максимальное содержание воды — 0,001% массы.
Для силовых трансформаторов без пленочной защиты и для негерметичных вводов допустимо содержание воды не более 0,0025% массы. Что касается содержания механических примесей, определяющего класс чистоты масла, то оно не должно быть для оборудования напряжением до 220кВ хуже 11-го, а для оборудования напряжением выше 220 кВ — не хуже 9-го. Пробивное напряжение, в зависимости от рабочего напряжения, приведено в таблице.
Когда масло залито, то пробивное напряжение на 5 кВ ниже, чем у масла до заливки в оборудование. Допустимо снижение класса чистоты на 1 и увеличение процента воздуха на 0,5%.
Условия окисления (метод определения стабильности — по ГОСТу 981-75)
Вообще, температура вспышки не должна быть ниже 135°С. Также важны такие характеристики, как температура воспламенения (масло воспламеняется и горит при ней в течение 5 и более секунд) и температура самовоспламенения (при температуре 350-400°С масло воспламеняется даже в закрытом тигле при наличии воздуха).
Трансформаторное масло обладает теплопроводностью от 0,09 до 0,14 Вт/(м х К), и она снижается с ростом температуры. Теплоемкость же с ростом температуры возрастает, и может быть от 1.5 кДж/(кГ х К) до 2.5 кДж/(кГ х К).
С коэффициентом теплового расширения связаны нормативы по размерам расширительного бака, и данный коэффициент находится в районе 0,00065 1/К. Удельное сопротивление трансформаторного масла при 90°С и в условиях напряженности электрического поля 0.5 МВ/м в любом случае не должно быть выше 50 Гом*м.
Равно как и вязкость, удельное сопротивление масла с ростом температуры снижается. Диэлектрическая проницаемость — в пределах от 2,1 до 2,4. Тангенс угла диэлектрических потерь, как было сказано выше, связан с наличием примесей, так для чистого масла он не превышает 0,02 при 90°С в условиях частоты поля 50 Гц, а в окисленном масле может превышать 0.2.
Электрическую прочность масла измеряют во время испытаний на пробой 2,5 мм разрядника с диаметром электродов 25,4 мм. Результат не должен быть ниже 70 кВ, и тогда электрическая прочность составит не менее 280 кВ/см.
Несмотря на принятые меры, трансформаторное масло может поглощать газы, и растворять в себе значительное их количество. В обычных условиях в одном кубическом сантиметре масла легко растворится 0,16 миллилитров кислорода, 0,086 миллилитров азота и 1,2 миллилитра углекислоты. Очевидно, кислород начнет окислять мало. Если газы наоборот выделяются, это признак появления дефекта обмотки. Так, по наличию растворенных в трансформаторном масле газов, посредством хроматографического анализа выявляют дефекты трансформаторов.
Сроки службы трансформаторов и масла не связаны напрямую. Если трансформатор способен работать безотказно лет 15, то масло каждый год желательно очищать, а через 5 лет — регенерировать. Однако, для предотвращения быстрого истощения ресурса масла предусмотрены вполне определенные меры, принятие которых значительно продлит срок службы трансформаторного масла:
Установка расширителей с фильтрами для поглощения воды и кислорода, а также выделяемых из масла газов;
Избегание рабочего перегрева масла;
Непрерывная фильтрация масла;
Что же может послужить поводом для изъятия из эксплуатации трансформаторного масла? Это могут быть загрязнения масла постоянными веществами, наличие которых не привело к глубоким изменениям в масле, и тогда достаточно провести механическую очистку. Вообще, существует несколько методов очистки: механический, теплофизический (перегонка) и физико-химический (адсорбция, коагуляция).
Если произошла авария, резко снизилось пробивное напряжение, появился нагар, или хроматографический анализ выявил неполадки, трансформаторное масло очищают прямо в трансформаторе или в выключателе, просто отключив аппарат от сети.
Срок службы масла в трансформаторах может быть удлинен за счет применения антиокислительных присадок, термосифонных фильтров и др. Все это, однако, не исключает необходимости в регенерации отработанных масел.
Следовательно, задача регенерации отработанных масел — получить хорошо очищенный регенерат, соответствующий всем нормам на свежее масло. Стабилизация нестабильных регенератов добавкой свежего масла или антиокислительных присадок дает возможность применения простейших и доступных методов регенерации отработанных трансформаторных масел.
При регенерации трансформаторного масла важно получить хорошо очищенные регенераты, независимо от метода регенерации и степени старения масла, а стабилизацию, если масло имеет низкую стабильность, следует производить искусственным путем — добавкой свежего масла или присадки, обладающей высоким стабилизирующим действием, эффективной для регенерированных масел.
При регенерации отработанного трансформаторного масла получают до 3 фракций базовых масел для приготовления других товарных масел, таких как моторные, гидравлические, трансмиссионные масла, смазочно-охлаждающие жидкости и пластичные смазки.
В среднем после регенерации получается 70-85% масла, в зависимости от применяемого технологического способа. Химическая регенерация является при этом более дорогостоящей. При регенерации трансформаторного масла возможно получить до 90% базового масла идентичного по качеству свежему.
Можно ли сушить масло в работающем трансформаторе, подняв его крышку в сухую погоду? Будет ли при этом испаряться вода из масла или, наоборот, масло будет увлажняться?
В сухом масле с пробивным напряжением 40 — 50 кВ содержатся тысячные доли процента влаги. Для увлажнения масла, характеризуемого снижением пробивной прочности масла до 15 — 20 кВ, требуются сотые доли процента влаги.
У трансформаторов, имеющих свободное сообщение с атмосферным воздухом через расширитель (или под крышкой), происходит непрерывный влагообмен с воздухом. Если температура масла понижается, а содержание влаги в нем меньше, чем ее содержится в воздухе, масло поглощает влагу из воздуха по закону парциальных давлений паров влаги. Пробивное напряжение масла при этом уменьшается.
Влагообмен происходит также между маслом и изоляцией трансформатора (хлопчатобумажная, бакелитовая), помещенной в масло. Влага перемещается в изоляции от нагретых частей к холодным. Если трансформатор нагревается, то влага переходит из изоляции в масло, а если охлаждается, то наоборот.
Поскольку в летние месяцы влажность воздуха бывает высокой, то при свободном влагообмене пробивное напряжение масла снижается по сравнению с зимними месяцами.
Зимой, когда влажность воздуха наименьшая и разность температур между воздухом и маслом наибольшая, масло несколько подсушивается. Летом, когда на изоляцию трансформаторов чаще воздействуют грозовые перенапряжения, пробивная прочность масла трансформаторов оказывается наименьшей, в то время как ее следует иметь наибольшей.
Для ликвидации свободного влагообмена между воздухом и маслом применяют воздухоосушители с масляным затвором.
Таким образом, при открытой крышке трансформатора может происходить сушка или увлажнение масла.
Сушка масла будет происходить лучше в морозную погоду, когда в воздухе содержится наименьшее количество влаги и имеет место наибольшая разность температуры между маслом и воздухом. Но такая сушка малопроизводительна и малоэффективна, поэтому она на практике не применяется.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: