Трансформаторное масло: требования и правильная эксплуатация

очистка отработанного масла

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.
Тангенс угла диэлектрических потерь в свою очередь тоже отвечает за надежность диэлектрической прочности трансформаторного масла, которая защищает системы от вероятности пробоя.
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.
трансформаторное масло
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.

Трансформаторное масло: требования и правильная эксплуатация

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.