Трансформаторное масло – особенности применения и состава

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.
Трансформатор и емкость с трансформаторным маслом
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.
рабочая обмотка трансформатора погружена в масло

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.
    Высоковольтный трансформатор
    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.
    Масляные выключатели

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:
таблица 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.

ПоказателиТКпМасло селективной очисткиТ-1500УгквгАГКМВТ
Кинематическая вязкость, им2/с* при температуре
50°С99-995-
40°С--11---3,5
20°С-28-----
-30°С15001300130012001200--
-40°С-----800150
Кислотное число, мг КОН/г, не более0,020,020,010,010,010,010,02
Температура, °С
Вспышки в закрытом тигле, не ниже13515013513513512595
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.
тестовый отбор масла из трансформатора

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/сμ-10**4, Пасv-10**6, м2/сß-10**4, К"1Рг
0892,51,5490,11238,14629,870:56,80866
10886.41,6200,11157,83335,537,96.85484
20880,31,6660,11067,56198,222,56,90298
30874,21,7290,10087,28128,514.76.95202
40868,21,7880,10907,0389.410,37,00146
50862,11,8460,10826,8065.37,587,05111
60856,01,9050,10726,5849,55,787,1087,8
70850,01,9640,10646,3638.64,547,1571.3
80843,92,0260,10566,1730.83,667,2059,3
90837.82.0850,10476,0025,43,037,2550,5
100831,82,1440,10385,8321.32,567,3043.9
110825,72,2020,10305,6718.12,207,3538,8
120819,62,2610,10225,5015.71,927,4034,9
  • 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector