Olej transformatorowy — przeznaczenie, zastosowanie, właściwości

Olej transformatorowy to rafinowana frakcja oleju, czyli olej mineralny. Otrzymuje się go przez destylację oleju, gdzie frakcja ta wrze w temperaturze 300 — 400°C. W zależności od gatunku surowca właściwości olejów transformatorowych są różne. Olej ma złożony skład węglowodorowy, w którym średnia masa cząsteczkowa waha się od 220 do 340 amu. W tabeli przedstawiono główne składniki i ich udział procentowy w składzie oleju transformatorowego.

Właściwości oleju transformatorowego jako izolatora elektrycznego zależą głównie od wartości tangens strat dielektrycznych… Dlatego obecność wody i włókien w oleju jest całkowicie wykluczona, ponieważ wszelkie zanieczyszczenia mechaniczne pogarszają ten wskaźnik.

Temperatura wypływu oleju transformatorowego wynosi od -45°C i mniej, jest to ważne dla zapewnienia jego mobilności w warunkach pracy w niskich temperaturach. Najniższa lepkość oleju przyczynia się do efektywnego odprowadzania ciepła, nawet w temperaturach od 90 do 150°C w przypadku ognisk.W przypadku różnych marek olejów temperatura ta może wynosić 150 ° C, 135 ° C, 125 ° C, 90 ° C, a nie mniej.

Niezwykle ważną właściwością olejów transformatorowych jest ich stabilność w warunkach utleniających; olej transformatorowy musi zachować wymagane parametry przez długi okres eksploatacji.

W szczególności, jeśli chodzi o RF, wszystkie marki olejów transformatorowych stosowanych w urządzeniach przemysłowych są koniecznie hamowane przez dodatek przeciwutleniający jonol (2,6-di-tert-butyloparakrezol, znany również jako agidol-1). Dodatek oddziałuje z aktywnymi rodnikami nadtlenkowymi występującymi w łańcuchu reakcji utleniania węglowodorów. Zatem hamowane oleje transformatorowe mają wyraźny okres indukcji podczas utleniania.

Oleje wrażliwe na dodatki początkowo utleniają się powoli, ponieważ powstające w ten sposób łańcuchy utleniania są przerywane przez inhibitor. Po zużyciu dodatku olej utlenia się w normalnym tempie, jak bez dodatku. Im dłuższy okres indukcji utleniania oleju, tym większa skuteczność dodatku.

Duża część skuteczności dodatku jest związana ze składem węglowodorowym oleju i obecnością zanieczyszczeń innych niż węglowodory, które sprzyjają utlenianiu, którymi mogą być zasady azotowe, kwasy ropopochodne i zawierające tlen produkty utleniania oleju.

Podczas rafinacji destylatu ropy naftowej zmniejsza się zawartość związków aromatycznych, usuwa się wtrącenia niewęglowodorowe i ostatecznie poprawia się stabilność oleju transformatorowego z inhibitorami jonów. Tymczasem istnieje międzynarodowa norma „Specyfikacja świeżych olejów izolacyjnych naftowych do transformatorów i wyłączników automatycznych”.

Olej transformatorowy jest łatwopalny, biodegradowalny, prawie nietoksyczny i nie zuboża warstwy ozonowej. Gęstość oleju transformatorowego waha się od 840 do 890 kilogramów na metr sześcienny. Jedną z najważniejszych właściwości jest lepkość. Im wyższa lepkość, tym wyższa wytrzymałość dielektryczna. Jednak do normalnej pracy w transformatory mocy aw wyłącznikach olej nie może być bardzo lepki, w przeciwnym razie chłodzenie transformatorów nie będzie skuteczne, a wyłącznik nie będzie w stanie szybko przerwać łuku.

Konieczny jest tutaj kompromis w zakresie lepkości.Zwykle lepkość kinematyczna w temperaturze 20°C, większość olejów transformatorowych mieści się w zakresie od 28 do 30 mm2/s.

Przed napełnieniem urządzenia olejem olej jest oczyszczany poprzez głęboką termiczną obróbkę próżniową. Zgodnie z niniejszymi wytycznymi „Zakres i standardy badań urządzeń elektrycznych” (RD 34.45-51.300-97) stężenie powietrza w oleju transformatorowym wlewanym do transformatorów ekranowanych azotem lub folią, w uszczelnionych przekładnikach pomiarowych i w uszczelnionych przepustach nie może być wyższa niż 0,5 (oznaczona metodą chromatografii gazowej), a maksymalna zawartość wody wynosi 0,001% wagowych.

Dla transformatorów mocy bez folii ochronnej i dla przepustów przepuszczalnych dopuszczalna jest zawartość wody nie większa niż 0,0025% masowych. Jeśli chodzi o zawartość zanieczyszczeń mechanicznych, która określa klasę czystości oleju, to nie powinna być gorsza niż 11 dla urządzeń o napięciu do 220 kV i nie gorsza niż 9 dla urządzeń o napięciu -wyższym niż 220 kV . Napięcie przebicia, w zależności od napięcia roboczego, pokazano w tabeli.

Po napełnieniu olejem napięcie przebicia jest o 5 kV niższe niż napięcie oleju przed napełnieniem urządzenia. Dopuszcza się obniżenie klasy czystości o 1 i zwiększenie udziału procentowego powietrza o 0,5%.

Warunki utleniania (metoda oznaczania stabilności — zgodnie z GOST 981-75)

Punkt wycieku oleju określa się za pomocą testu, w którym rurę z uszczelnionym olejem przechyla się pod kątem 45 °, a olej pozostaje na tym samym poziomie przez jedną minutę. W przypadku olejów świeżych temperatura ta nie powinna być niższa niż -45°C.

Ten parametr jest kluczem do przełączniki olejowe… Jednak różne strefy klimatyczne mają różne wymagania dotyczące temperatury krzepnięcia. Na przykład w regionach południowych dozwolone jest stosowanie oleju transformatorowego o temperaturze zalewania -35 ° C.

W zależności od warunków pracy sprzętu normy mogą się różnić, mogą wystąpić pewne odchylenia. Na przykład arktyczne odmiany oleju transformatorowego nie powinny krzepnąć w temperaturach powyżej -60°C, a temperatura zapłonu spada do -100°C (temperatura zapłonu to temperatura, w której podgrzany olej wytwarza opary, które po zmieszaniu z powietrzem stają się palne) .

Zasadniczo temperatura zapłonu nie powinna być niższa niż 135 ° C. Takie cechy, jak temperatura zapłonu (olej zapala się i pali się z nim przez 5 lub więcej sekund) oraz temperatura samozapłonu (w temperaturze 350-400 ° C olej zapala się nawet w zamkniętym tyglu w obecności powietrza).

Olej transformatorowy ma przewodność cieplną od 0,09 do 0,14 W/(mx K) i maleje wraz ze wzrostem temperatury.Pojemność cieplna wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i może wynosić od 1,5 kJ/(kg x K) do 2,5 kJ/(kg x K).

Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest związany ze standardami wielkości zbiornika wyrównawczego, a współczynnik ten mieści się w zakresie 0,00065 1 / K. Rezystancja oleju transformatorowego w temperaturze 90 ° C iw warunkach naprężenia pola elektrycznego 0,5 MV / mw żadnym wypadku nie powinien być wyższy niż 50 Ghm * m.

Oprócz lepkości wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się odporność na olej. Stała dielektryczna — w zakresie od 2,1 do 2,4. Tangens kąta strat dielektrycznych, jak wspomniano powyżej, jest związany z obecnością zanieczyszczeń, więc dla czystego oleju nie przekracza 0,02 w temperaturze 90°C w warunkach pola o częstotliwości 50 Hz, a w oleju utlenionym może przekraczać 0,2 .

Wytrzymałość dielektryczną oleju mierzono podczas próby przebicia 2,5 mm z elektrodą o średnicy 25,4 mm. Wynik nie powinien być niższy niż 70 kV, a wtedy wytrzymałość dielektryczna będzie wynosić co najmniej 280 kV / cm.

Pomimo podjętych środków, olej transformatorowy może pochłaniać gazy i rozpuszczać znaczną ich ilość. W normalnych warunkach 0,16 mililitra tlenu, 0,086 mililitra azotu i 1,2 mililitra dwutlenku węgla łatwo rozpuszcza się w jednym centymetrze sześciennym ropy. Oczywiście tlen zacznie się trochę utleniać. Przeciwnie, jeśli uwalniają się gazy, jest to oznaką uszkodzenia cewki. Tak więc, ze względu na obecność gazów rozpuszczonych w oleju transformatorowym, wady transformatorów są wykrywane za pomocą analizy chromatograficznej.

Żywotność transformatorów i oleju nie jest bezpośrednio związana.Jeśli transformator może niezawodnie pracować przez 15 lat, zaleca się coroczne czyszczenie oleju i regenerację po 5 latach. Aby zapobiec szybkiemu wyczerpaniu zasobów ropy naftowej, przewidziano pewne środki, których przyjęcie znacznie wydłuży żywotność oleju transformatorowego:

• Montaż ekspanderów z filtrami do pochłaniania wody i tlenu oraz gazów oddzielonych od oleju;

• Unikanie przegrzania oleju roboczego;

• Okresowe czyszczenie;

• Ciągła filtracja oleju;

• Wprowadzenie przeciwutleniaczy.

Wysokie temperatury, reakcja oleju z przewodami i dielektrykami sprzyjają utlenianiu, czemu ma zapobiegać wspomniany na początku dodatek antyoksydacyjny. Ale nadal wymagane jest regularne czyszczenie. Wysokiej jakości czyszczenie olejem przywraca go do stanu używalności.

Jaki może być powód wycofania oleju transformatorowego z eksploatacji? Mogą to być zanieczyszczenia oleju substancjami trwałymi, których obecność nie doprowadziła do głębokich zmian w oleju i wtedy wystarczy przeprowadzić czyszczenie mechaniczne. Ogólnie istnieje kilka metod oczyszczania: mechaniczne, termofizyczne (destylacja) i fizyko-chemiczne (adsorpcja, koagulacja).

Jeśli zdarzył się wypadek, napięcie przebicia gwałtownie spadło, pojawiły się osady węgla lub analiza chromatograficzna ujawnił problem, olej transformatorowy jest czyszczony bezpośrednio w transformatorze lub w przełączniku, po prostu przez odłączenie urządzenia od sieci.

Żywotność oleju w transformatorach można wydłużyć stosując dodatki przeciwutleniające, filtry termosyfonowe itp. Jednak to wszystko nie wyklucza konieczności regeneracji olejów przepracowanych.

Dlatego zadaniem regeneracji olejów odpadowych jest uzyskanie dobrze oczyszczonego regeneratu spełniającego wszelkie normy oleju świeżego. Stabilizacja nietrwałych substancji regenerujących poprzez dodanie świeżego oleju lub dodatków przeciwutleniających umożliwia zastosowanie najprostszych i najtańszych metod regeneracji zużytych olejów transformatorowych.

Przy regeneracji oleju transformatorowego istotne jest uzyskanie dobrze oczyszczonych regeneratorów, niezależnie od metody regeneracji i stopnia zestarzenia oleju, a stabilizację, jeśli olej ma niską stabilność, należy przeprowadzić sztucznie – poprzez dodanie świeżego oleju lub dodatek o silnym działaniu stabilizującym, skuteczny w przypadku olejów regenerowanych.

Podczas regeneracji zużytego oleju transformatorowego uzyskuje się do 3 frakcji olejów bazowych do przygotowania innych olejów handlowych, takich jak oleje silnikowe, hydrauliczne, przekładniowe, płyny obróbkowe i smary.

Średnio po regeneracji uzyskuje się 70-85% oleju w zależności od zastosowanej metody technologicznej. Regeneracja chemiczna jest droższa. Podczas regeneracji oleju transformatorowego możliwe jest uzyskanie do 90% oleju bazowego o takiej samej jakości jak świeży.

Dodatkowo

Pytanie

Czy można wysuszyć olej w działającym transformatorze, podnosząc jego pokrywę przy suchej pogodzie? Czy woda odparuje z oleju, czy wręcz przeciwnie, olej stanie się wilgotny?

Odpowiedź

Suchy olej o napięciu przebicia 40-50 kV zawiera tysięczne części procenta wilgoci. Aby zwilżyć olej, charakteryzujący się spadkiem wytrzymałości na przebicie oleju do 15 - 20 kV, wymagane są setne części procenta wilgoci.

W transformatorach, które mają swobodną komunikację z powietrzem atmosferycznym poprzez ekspander (lub pod osłoną) następuje ciągła wymiana wilgoci z powietrzem. Jeżeli temperatura oleju spada, a zawartość wilgoci w nim jest mniejsza niż w powietrzu, olej wchłania wilgoć z powietrza zgodnie z prawem ciśnień cząstkowych par wilgoci. W ten sposób zmniejsza się napięcie przebicia oleju.

Wymiana wilgoci odbywa się również pomiędzy olejem a izolacją transformatora (bawełna, bakelit) umieszczoną w oleju. Wilgoć przemieszcza się w izolacji z części gorących do części zimnych. Jeśli transformator się nagrzewa, wilgoć przechodzi z izolacji do oleju, a jeśli się ochładza, to odwrotnie.

Ponieważ wilgotność powietrza jest wysoka w miesiącach letnich, napięcie przebicia oleju spada przy swobodnej wymianie wilgoci w porównaniu z miesiącami zimowymi.

Zimą, kiedy wilgotność powietrza jest najniższa, a różnica temperatur między powietrzem a olejem największa, olej nieco wysycha. Latem, kiedy wyładowania atmosferyczne częściej wpływają na izolację transformatora, wytrzymałość oleju transformatorowego na przebicie jest najniższa, podczas gdy powinna być najwyższa.

Aby wyeliminować swobodną wymianę wilgoci między powietrzem a olejem, stosuje się osuszacze powietrza z uszczelnieniem olejowym.

Tak więc, gdy pokrywa transformatora jest otwarta, może wystąpić wysychanie lub zwilżanie oleju.

Olej schnie lepiej przy mrozie, gdy powietrze zawiera najmniejszą ilość wilgoci i jest największa różnica temperatur między olejem a powietrzem. Ale takie suszenie jest nieefektywne i nieefektywne, więc nie jest stosowane w praktyce.