Для чего нужно масло в трансформаторе
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.
Где используется трансформаторное масло
В каком же высоковольтном оборудовании используется масло? Силовые трансформаторы, высоковольтные вводы, измерительные трансформаторы тока и напряжения, масляные выключатели.
Кроме норм и объемов испытаний электрооборудования, где прописаны допустимые значения различных марок трансформаторных масел при проведении различных видов испытаний, существуют и другие нормативные акты, определяющие понятия и термины в этой теме. Например, руководящие указания по эксплуатации трансформаторных масел.
Согласно этого документа цикл жизни масла состоит из нескольких этапов, согласно которых можно описать возможные состояния данного материала:
Сначала в бочках на объект поступает свежее масло, затем его при необходимости чистят, сушат, доводя показатели до установленных в нормах на испытания чистых масел.
Масло, залитое в электрооборудование называется эксплуатационным, оно должно соответствовать нормам на эксплуатационное масло.
По истечении определенного срока показатели масла ухудшаются и его сливают из оборудования в специальные емкости, такое масло является отработанным.
Далее масло восстанавливают или регенерируют. Возвращают допустимые характеристики. Различие в том, что регенерированное масло возвращают к характеристикам свежего масла. Если очистка не удается, то отработанное масло сдается на нефтебазу.
О назначении трансформаторного масла очевидно говорит его название, хотя для разных марок масла имеются свои особенности. Откроем пару ГОСТов и инструкций и посмотрим, что о применении пишут создатели.
Также масло применяется в аппаратах для испытания диэлектриков, испытательных трансформаторов.
Где лучше не использовать трансформаторную отработку?
Что касается применения трансформаторного масла в быту, то в данном вопросе речь идет скорее всего про отработанное масло, или как его еще называют отработку.
Если масло досталось, а что делать с ним не приходит в голову, то могу привести список возможных вариантов, о которых люди пишут на форумах (проверять я их естественно не рекомендую). Вся эта народная “медицина” не вызывает доверия.
Вместе с тем стоит помнить, что трансформаторное масло всё таки предназначено для гашения дуги, а не для смазки. Имеет слабые смазывающие свойства, разъедает резину, высокая впитываемость. А в отработанном содержатся вредные вещества, да и пары его вредны для здоровья.
Качественное трансформаторное масло=надёжный трансформатор
Статья посвящена трансформаторным маслам — неотъемлемому компоненту масляного трансформатора. Подробно описаны компоненты и свойства трансформаторных масел. Даны ссылки на нормативные документы, регламентирующие свойства, испытания и эксплуатацию трансформаторных масел. Изложена парадигма выбора трансформаторного масла, обеспечивающая, в конечно счете, надёжное электроснабжение.
Основные компоненты трансформаторного масла и связанные с ними эксплуатационные свойства
В технической литературе, рассматривающей применение трансформаторных масел в трансформаторах, подробно изложены как требования к ним, так и различные аспекты физико-химических свойств этого важного компоненты силового трансформатора 1.
Рис. 1. Декларируемые характеристики трансформаторного масла ВГ 
Рис. 2. Декларируемые характеристики трансформаторного масла Nytro 10XN
Нормативными документами, регулирующими использование трансформаторного масла, являются документы 7.
Трансформаторное масло в процессе эксплуатации силового или распределительного трансформатора выполняет комплексную функцию, включающую четыре основных:
Требования к трансформаторным маслам приведены в ГОСТ Р 54331-2011, который является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 60 296:2003 «Жидкости для применения в электротехнике. Неиспользованные нефтяные изоляционные масла для трансформаторов и выключателей» (IEC 60296:2003 «Fluids for electrotechnical applications — Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear»). В ГОСТ Р 54331-2011 включены требования только к ингибированным маслам, учитывающие потребности российской экономики и устанавливающие более жесткие требования к качеству продукции.
Более ранними стандартами, регламентирующими характеристики трансформаторных масел, являются ГОСТ 982-80 «Масла трансформаторные. Технические условия» и ГОСТ 10121-76 «Масло трансформаторное селективной очистки. Технические условия». ГОСТ 982-80 распространяется на трансформаторные масла сернокислотной и селективной очисток, вырабатываемые из малосернистых нефтей. ГОСТ 10121-76 распространяется на трансформаторное масло селективной очистки, содержащее не менее 0,2 % антиокислительной присадки (ионол, топанол-0 и др.).
Трансформаторные масла в соответствии с ГОСТ Р 54331-2011 характеризуются функциональными свойствами, характеристиками очистки и стойкости, рабочими характеристиками и характеристиками безопасности применения и защитой окружающей среды.
Функциональные свойства трансформаторных масел — это свойства, которые влияют на его функцию как изоляционной и охлаждающей жидкости. Они включают: вязкость, плотность, температуру текучести, содержание воды, тангенс угла диэлектрических потерь и напряжение пробоя.
Характеристиками очистки и стойкости к окислению являются характеристики масла, на которые влияют качество и тип очистки и добавленные присадки. К данным характеристикам относятся: внешний вид. поверхностное натяжение. Общее содержание серы, кислотность, коррозионная сера, содержание 2-фурфурола.
Рабочие характеристики — это свойства, влияющие на длительность работы масла в условиях эксплуатации и/или его реакцию на электрическое напряжение и температуру. Примерами таких характеристик являются: стойкость к окислению, газостойкость.
Характеристиками масла, связанными с безопасностью применения и защитой окружающей среды являются температура вспышки, плотность, содержание полициклических ароматических углеводородов, содержание полихлорированных бифенилов/терфенилов.
Чтобы проанализировать и оценить эксплуатационные свойства конкретной марки трансформаторного масла, необходимо, во-первых: знать состав этого масла; во-вторых, четко представлять за что «отвечает» каждый компонент, входящий в состав трансформаторного масла, в процессе эксплуатации трансформаторного масла в силовом или распределительном трансформаторе.
Состав трансформаторных масел приведен в таблице 1. Влияние компонентов трансформаторного масла на его свойства представлены в таблице 2.
Таблица 1. Состав трансформаторных масел
Так как трансформаторное масло является продуктом переработки нефти, то его свойства сильно коррелированы с природными свойствами той нефти, из которой его получают. Технология получения трансформаторного масла из нефти в данной статье подробно не рассматривается. Ниже отмечены лишь основные технологические способы и особенности изготовления трансформаторных масел, которые необходимы для определения парадигмы выбора трансформаторного масла применительно к конкретным условиям эксплуатации силового или распределительного трансформатора.
Трансформаторное масло получается путем перегонки и очистки солярового дистиллята — остаточной фракции после выделения более легких смесей углеводородов (лигроина, бензина и керосина). В зависимости от качества добываемой нефти, используются разные способы очистки солярового дистиллята — рафинирования.
При селективной очистке дистилляты нефти, выкипающие при атмосферном давлении в пределах около 300-400 °С очищаются фенолом. Фенол связывает смолы и соединения серы. Далее при низких температурах удаляются парафины. Последний этап очистки выполняется отбеливающей глиной. Но полученное такой селективной очисткой трансформаторное масло использовать нельзя, так как оно может быстро окислиться. Для повышения стойкости к окислению в него добавляется специальная присадка. Чаще всего применяют ионол.
Кроме фенольной очистки, применяется очистка фурфуролом. После очистки фурфуролом специальные присадки не требуются, так как фенол растворяет большую часть сернистых соединений (являющихся антиокислителями), оставляя лишь чуть больше 0,2 %. При фурфурольной очистке сохраняется до 0,6 % антиокислителей (более 60 % общей концентрации серы).
Гидроочистка трансформаторного масла применяется в различных сочетаниях с основными процессами получения масла. Обычно масла подвергают гидроочистке после очистки отбеливающими глинами. Целью гидроочистки трансформаторного масла является улучшение цвета и стабильности, улучшение характеристики вязкости, существенное уменьшение содержания сернистых соединений. Как правило, гидроочистке подвергаются депарафинизированные масла из дистиллятных рафинатов после очистки фенолом или фурфуролом, а также депарафинизированные масла из остаточных фракций после деасфальтизации пропаном и фенольной очистки.
В РФ наиболее широкое применение получили трансформаторные масла ГК, ВГ и Nytro (производство шведской компании Nynas). Масло ГК производится с 1984 г. на Ангарском нефтеперерабатывающем заводе (АНЗ) методом глубокого гидрирования (гидрокрекинга) при высоком давлении и последующей каталитической депарафинизации из сернистых парафинистых нефтей.
Масло ВГ (ТУ 38.401-58-177-96) выпускает ООО «ЛЛК Интернешнл» (компоненты поставляют заводы ПАО «ЛУКОЙЛ» «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез» г. Кстово, «Лукойл-Волгограднефтепереработка» г. Волгоград, «Лукойл-Пермнефтеоргсинтез» г. Пермь). Исходными являются парафинистые нефти; технологические процессы с применением гидрокрекинга. Масло содержит присадку ионол.
Характеристики масел ВГ и Nytro 10XN, декларируемые их производителями, представлены на рис. 1 и 2 (сканы реальных документов). Реальные протоколы испытаний этих масел, полученные по результатам испытаний, даны на рис. 3 и 4 (сканы реальных документов).
Сканы реальных документов приведены не случайно. Характеристики трансформаторного масла нельзя взять из сети Интернет и считать, что в приобретенных трансформаторах оно будет именно такого качества, как указано в рекламных буклетах. Как следует из вышеизложенного, качество конечного продукта — трансформаторного масла, — постоянно меняется в зависимости от:
Поэтому при закупках силовых и распределительных трансформаторов необходимо иметь на руках документы, подтверждающие соответствие всех характеристик трансформаторного масла требованиям нормативных документов. Только в этом случае будет обеспечена надежность электроснабжения (при условии качества и надежности всех остальных частей трансформатора).
Парадигма выбора трансформаторного масла
Базовым положением парадигмы выбора трансформаторного масла является пункт 1.2 ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды», который формулируется следующим образом:
«Изделия должны сохранять свои параметры в пределах норм, установленных техническими заданиями, стандартами или техническими условиями в течение сроков службы и сроков сохраняемости, указанных в технических заданиях, стандартах или технических условиях, после и (или) в процессе воздействия климатических факторов, значения которых установлены настоящим стандартом.
Изделия предназначаются для эксплуатации, хранения и транспортирования в диапазоне от верхнего до нижнего значения этих климатических факторов. ».
Смысл данного положения заключается в том, что если для изделия в целом установлены конкретное климатическое исполнение и категория размещения, указанные на табличке трансформатора, то завод-изготовитель гарантирует, что все составные части трансформаторы будут гарантированно надежно функционировать в соответствующем диапазоне температур окружающей среды при соответствующих условиях размещения.
Ни один трансформаторный завод на сегодня не выпускает универсальные трансформаторы, которые могут эксплуатироваться в любых районах мира. Поэтому предприятия выпускают сегодня помимо линейки стандартных трансформаторов модификации для различных климатических условий эксплуатации. Все типы климатических условий и категории размещения оборудования стандартизированы в упомянутом выше ГОСТ 15150-69. Климатическое исполнение и категория размещения в соответствии с ГОСТ Р 52719 обязательно должны быть указаны на табличке трансформатора либо в соответствующей части полного обозначения трансформатора, либо в отдельном поле, и имеет буквенно-цифровой вид, как это показано на рис. 5. В этом обозначении в соответствии с ГОСТ 15150-69:
В России основными климатическими исполнениями для силовых и распределительных трансформаторов являются «У» и «УХЛ», иногда встречается исполнение «М». Наиболее распространенные категории размещения 1 и 3. Подробные пояснения даны в таблицах 5 и 6.
Таблица 5. Пояснения к климатическим исполнениям
| У | Для макроклиматического района с умеренным климатом (эксплуатация на суше, реках, озерах) |
|---|---|
| УХЛ | Для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом (эксплуатация на суше, реках, озерах) |
| М | Для макроклиматического района с умеренно-холодным морским климатом (эксплуатация в районах с морским климатом) |
Таблица 6. Пояснения к категориям размещения
| 1 | Эксплуатация на открытом воздухе |
|---|---|
| 3 | Эксплуатация в закрытых помещениях (объемах) с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например, в металлических с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения; существенное уменьшение ветра; существенное уменьшение или отсутствие воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги) |
В зависимости от климатического исполнения и категории размещения определяются верхние и нижние температурные границы эксплуатации трансформаторов и параметры влажности. Соответствующие значения приведены в таблице 7.
Таблица 7. Температурные диапазоны эксплуатации и параметры влажности
| У1 | Температура от +40 до −45 °С, влажность до 100 % (25 °С) |
|---|---|
| УХЛ1 | Температура от +40 до −60 °С, влажность до 100 % (25 °С) |
| М1 | Температура от +40 до −40 °С, влажность до 100 % (25 °С) |
| У3 | Температура от +40 до −45 °С, влажность до 98 % (25 °С) |
| УХЛ3 | Температура от +40 до −60 °С, влажность до 98 % (25 °С) |
| М3 | Температура от +40 до −40 °С, влажность до 98 % (25 °С) |
Например, буквенно-цифровой код «У1», указанный на табличке трансформатора на рис. 5, означает, что трансформатор предназначен для эксплуатации на улице в районах с умеренным климатом. Температура эксплуатации от +40 до −45 °С, влажность до 100 % (25 °С).
Наибольшую сложность при составлении технического задания на закупку силового или распределительного масляного трансформатора очень часто представляет именно установка требования по трансформаторному маслу.
Для оптимального выбора трансформаторного масла необходимо представлять годовой температурный профиль региона, в котором предполагается эксплуатировать силовой или распределительный трансформатор. На рисунках 6-9 представлены четыре карты температурных профилей. Из ГОСТ 15150-69 представлены карты макроклиматического района холодного климата России (рис. 6) и макроклиматические районы земного шара (рис. 7). Более детально для России на рис. 8 приведены минимумы января, а на рис. 9 — абсолютные минимумы года. Такие температурные профили помогут не ошибиться с выбором конкретного трансформаторного масла.
Рис. 6. Границы макроклиматического района с холодным климатом на территории РФ
Рис. 7. Макроклиматические районы земного шара 
Рис. 8. Распределение температуры воздуха в январе на территории РФ 
Рис. 9. Абсолютные минимумы года на территории РФ
В результате обобщения вышеприведенной информации и многолетнего опыта в сфере продаж силовых и распределительных трансформаторов, представляется возможным сформулировать общее правило выбора трансформаторного масла, которое должно быть залито заводом-изготовителем в закупаемый трансформатор:
При эксплуатации трансформатора за пределами макроклиматического района с холодным климатом на территории РФ (или в любой точке земного шара) целесообразно в большинстве случаев использовать трансформаторное масло с диапазоном рабочих температур климатического исполнения У. В пределах макроклиматического района с холодным климатом необходимо использовать трансформаторное масло с диапазоном рабочих температур УХЛ1. В соответствии с указанным правилом, трансформатор в пределах большей части федеральных округов (СЗФО, ЦФО, ПФО, СКФО, ЮФО, КФО) должен иметь климатическое исполнение соответственно У1. Необходимость климатического исполнения УХЛ1 следует рассматривать при эксплуатации на территории УрФО, СФО и ДВФО.
Заключение
Трансформаторное масло, наряду с активной частью, является важнейшим компонентом, обеспечивающим надежную работу трансформатора в самых сложных климатических условиях. Выбор трансформаторного масла — важный и ответственный момент при закупке трансформатора. Однако, необходимо точно представлять себе, на основе температурных профилей региона эксплуатации, в каком диапазоне температур будет работать трансформатор.
Автор выражает искреннюю благодарность руководству и ведущим специалистам завода «Трансформер» за предоставленные материалы и принципиальное, конструктивное обсуждение положений и выводов данной статьи.
Список литературы
Автор: кандидат технических наук, независимый эксперт Савинцев Юрий Михайлович.