Для чего заливают масло в трансформатор

Какова роль масла в силовых трансформаторах?

Главной частью трансформатора являются его обмотки, которые требуется защитить. В процессе понижения высокого в низкое напряжение аппарат генерирует много тепла. Если не удалять тепло, медь начнёт плавиться и электрический контакт будет потерян.

Зачем масло в трансформаторе

Надежная работа высоковольтных трансформаторов обусловлена применением масла:

В трансформаторах мощностью 50—500 кВА применяют бумажно-масляную изоляцию, в основе которой лежит изоляционная бумага, пропитанная маслом. У трансформаторов мощностью до 20—30 кВА применяют большие сварные конструкции из стального листа с многочисленными трубами, параллельно выходящими из одной или нескольких её сторон. Магнитопровод с обмотками помещается в трубчатый бак. Масло окружает электрические обмотки, и забирает от них тепло. Через конвекцию, в горячем виде оно поднимается в верхнюю часть трубы, охлаждаясь, опускается вниз, и стекает обратно в резервуар с более низкой температурой. Затем всё повторяется по той же схеме.

Направленное масляное охлаждение обеспечивает равномерную теплоотдачу между обмоткой и маслом, которое имеет:

Химическая стабильность является весьма важным показателем, характеризующим стойкость вещества вне зависимости от времени.
Трансформаторное масло обеспечивает хорошие условия для среды гашения дуги. Изоляция сокращает потери меди за счет нагрева, уменьшает шум, создающийся в трансформаторе, приводит к снижению уровня вибрации. Масло не проводит электричество вообще, что наилучшим образом соответствует условиям короткого замыкания.

Источник

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.

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.

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:

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.

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:

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.

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

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.

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.

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:

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:

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.

Источник

Назначение и технические характеристики трансформаторного масла, состав и свойства

Силовые высоковольтные трансформаторы работают под мощным напряжением, обеспечивая электричеством целые города и предприятия. Установки иннервируют много тепла. В процессе эксплуатации накапливают в себе продукты горения, вредные примеси. Если их не удалять вовремя, то электрические контакты будет утрачены, а медная проводка – расплавится. Значит, к трансформаторному изоляционному маслу – неотъемлемой составляющей и жидкому диэлектрику выдвигаются повышенные физические, химические, технические и эксплуатационные требования.

Добывают рабочую жидкость за счет перегонки очищенной сырой нефти с подачей температуры вскипания до 400 гр. На выходе получается масло с определенными свойствами, зависящими от изначально используемой нефти.

Назначение трансформаторного масла

Электрооборудование (трансформаторы, конденсаторы, кабели) с работой под высоким напряжением быстро сломаются и выйдут из строя, если их не заливать рабочим маслом. Его основное предназначение – изоляция токоведущих обмоток. Также жидкость:

Обмотка – играет в трансформаторе защитную функцию. Окружающее ее масло в резервуаре защищает от износа и выхода из строя. За счет конвекции поднимается вверх по трубе бака, охлаждается и вновь опускается вниз. Так циркулирует постоянно по мере нагревания.

Справка! Масло в резервуаре тушит вспыхнувшую дугу в случае пробоя обмотки. Это бессменный диэлектрик, заглушающий шум работы трансформатора, снижающий степень вибрации. Только благодаря масляной среде не происходит распространения электрического заряда.

Электрические трансформаторы

В трансформаторах электрического типа масло используется как диэлектрик и биоразлагаемое нетоксичное топливо, поэтому:

Заметка! Если мощность силового трансформатора – 50-500 кВА, то используется бумажно-масляная изоляция (пропитанная маслом изоляционная бумага). При мощности агрегата 20-30 кВА применимы сварные стальные конструкции в виде трубчатого бака, куда и помещается магнитопровод с обмотками. Между ними и маслом создается теплоотдача с хорошим коэффициентом теплопроводности, высокой точкой кипения. Рабочая жидкость не проводит электричество и не допустит короткого замыкания в системе.

Контактные группы выключателей

Выключатели на высоковольтных подстанциях подают электроэнергию в города, на промышленные предприятия. Их размеры соизмеримы с небольшим домом с работой под напряжением – 200 300000 Вт, силой тока до 50000 А.

Масло в выключателях служит:

Если возникнет электрическая дуга в случае замыкания контактов, то ситуация буквально за несколько циклов приведет к их разрушению. Если внутрь трансформатора залить свежее масло, то искрения попросту не произойдет.

Состав и свойства

Трансформаторное масло – минеральный жидкий диэлектрик со сложной структурой и формулой. В состав входят:

Свойства масла полностью зависят от сорта, параметров исходной фракции нефти. Основные:

Справка! Свойства масла может искажать воздействие высокой температуры, контакты с воздухом, лучами солнечного света и токами короткого замыкания. Нельзя допускать влияния данных факторов, иначе повысится кислотность, снизится электрическая прочность оборудования в случае разрушения изоляционной обмотки.

На свойства масла напрямую влияет тангенс угла диэлектрических потерь, поэтому недопустимо наличие волокон воды, жидкости, механических примесей в масле. Степень свежести нефтяного изоляционного масла для выключателей и трансформаторов должна соответствовать международным стандартам. Если из нефтяного дистиллята при очищении будут полностью устранены не углеводородные включения, то в результате ингибирования ионолом в разы повысится стабильность трансформаторного масла.

Технические характеристики

Данные жидкости должны быть сопоставимы с условиями эксплуатации электрического оборудования:

Справка! Серные соединения – химический элемент, провоцирующий коррозию и сопротивление контактов в переключателях.

Плотность

От плотности зависит качество, рабочие характеристики масла. Среднее значение при t +20 градусов – 900 кг/м3. По мере повышения температуры – снижается. При 0гр составляет 892 кг/м3.

Плотность – важный физический показатель масла, но полностью зависит от исходного сырья.

Коэффициент вязкости

Вязкость влияет на процессы теплообмена в наполненном агрегате маслом. Лучше, если этот показатель будет занижен для повышенной передачи тепла из обмоток.

Справка! По поводу вязкости трансформаторного масла нередко у специалистов возникают споры. Какое выбрать для заливки в электрическое оборудование? Высокая вязкость повышает электроизоляционные характеристики масла, низкая – отлично охлаждает. В целом вязкость должна зависеть от определенной температуры при работе агрегата. Силовые трансформаторы – тяжелые, габаритные. Вязкость – незаменимая часть при проведении экспертизы рабочей жидкости. Выявляется средний показатель, чтобы функциям.

Часто специалисты при выборе вязкости масла идут на компромисс. При расчетах используют такие понятия, как динамическая, кинематическая, удельная вязкость.

Динамический

Коэффициент вязкости измеряется вискозиметром Энглера (в градусах). Рассчитывается по эмпирическим формулам с учетом силы подачи на твердый шарик в жидкости:. η = f/6ПrVk, где:

Справка! Вязкость в градусах Энглера – время, которое необходимо для израсходования масла (200 мл при t+ 50 градусов). Полученное время при расчетах делится на время истечения, объем дистиллированной воды (200 мл) при t+20 градусов.

Кинематический

Коэффициент, который получается при делении динамической вязкости на плотность трансформаторной жидкости.

Определяется вязкость за счет вискозиметра Цинкевича. Средний параметр – 28х10-6 м2/с3. При повышенном значении улучшаются электроизоляционные свойства масла. Хотя охлаждающая способность – снижается.

Совет! При выборе вязкости масла стоит опираться на среднее значение.

Кислотное число

Параметр важен при проведении полного, сокращенного анализа трансформаторной жидкости. Определяется в мг КОН, необходимых для нейтрализации 1 г нефтепродукта

Кислотное число – нормируемый показатель, указывающий на:

Температура

Масло добывается из очищенной нефти путем доведения до кипения при t +300+400 градусов. Далее трансформаторная жидкость очищается.

Температура вспышки, застывания, кипения указывает на степень свежести масла, имеет важное значение в ходе проведения диагностики.

Вспышки

Вспышка – нагрев масла до температуры, когда в сочетании с воздухом образуется легковоспламеняющаяся смесь. Топливная жидкость при этом даже не успевает загореться.

Важно! Температура вспышки в норме – не выше + 135 г. В случае нагрева свыше t вспышки масло попросту загорится при поднесении спички.

Застывания

Под данным термином понимают масло, которое начинает застывать до такой степени, что в случай наклона пробирки под углом 45 градусов, попросту не стекает 1 минуту со стенок.

Температура застывания в масляных выключателях – важный параметр. Масло в охлажденном виде не должно застывать при t свыше 45 гр. Хотя все зависит от места заливки масла (выключатель, трансформатор), режима работы оборудования (на открытом воздухе, в закрытом помещении).

Кипения

Температура кипения в норме +300+400 градусов. Это заключительный этап, в ходе которого получают чистое трансформаторное масло после очистки от дистиллятов.

Удельная массовая теплоемкость

Измеряется по системе СИ для промышленного масла в Дж/кг. Высокая теплоемкость масла позволяет рассеивать тепло от разных участков циркуляции в оборудовании. Но это не постоянная величина. Полностью зависит от окружающей температуры.

Среднее значение теплоемкости для трансформаторного масла – 1.67-2.5 кДж / кг. Коэффициент в ходе экспериментов исчисляется специальным номографом.

Теплопроводность

Теплопроводность (0-120 градусов) изменяется по мере старения, накопления вредных компонентов, воды, механических примесей, газов в масле. Если значительно снижается, то в трансформаторе нарушается электроизоляционная среда и отвод тепла от нагревающего элемента.

Коэффициент теплопроводности (λ, Вт/(м’К) полностью зависит от температуры масла. Например, при 0 градусов составляет – 0,1123, при +120 градусов – 0,1022.

Объемное расширение

Показатель – ненормируемый, зависящий от температуры. При t +20 градусов равняется 0,856-0,886.

Несложно догадаться, что значение будет понижаться с повышением температуры и повышаться в случае охлаждения жидкости. При t +1 составляет 0,0007. При t +100 градусов объем расширения изменится на 7%.

Объемное расширение у трансформаторного масла предопределяется прибором Ареометром:

Важно! Силовые теплоагрегаты работают в диапазоне широких температур. Соотношение объема расширителя к объему масла должно быть на уровне 8-9%. Численный коэффициент для электроизоляционного масла в среднем равен 0,0007 на 1 ºС.

Критерий Прандтля

Физический показатель среды трансформаторного диэлектрика высчитывается по формуле: Pr = n/a = mcp/l:

Число позволяет определить физическую характеристику среды и ее термодинамическое состояние. Показатель будет изменяться при колебаниях температуры: 0 °C Pr = 866, 100 °C Pr = 43,9.

Масло в свежем виде – светло-желтое. По мере изнашивания изменяется на темно-коричневый оттенок.

Цвет – не основной параметр масла, но может отражать степень свежести.

Зольность

В процессе отработки масла неизбежно накапливаются мыла, соли. Даже незначительное их количество – показатель плохой промывки с оставлением нежелательного осадка.

Содержание серы

Масло добывается из сырой нефти, поэтому может оставаться частично серное соединение. Этот химический элемент провоцирует коррозию, усиление сопротивления контактов в переключателях.

Содержание серы (%) вычисляется с помощью медной пластины, помещенной в трансформаторное масло в ходе проведения диагностики.

Натровая проба

Метод для выявления степени качества трансформаторной жидкости. Насколько она очищена от примесей, мыла, солей.

Натровая проба указывает на стабильность масла к окислению. Если завышена, значит, в жидкости остались посторонние загрязнения даже после промывки.

Механизм вспышки и воспламенения

При вспышке масло попросту вспыхивает от высоких температур, воздействия источника огня. Определяется вспышка путем подачи самой низкой температуры. Специалисты при диагностике вычисляют:

Важно! Если t вспышки – низкая. Значит, в оборудовании имеются дефекты, провоцирующие образование воспламеняющих летучих фракций. Во избежание возникновения пожара и горения в трансформаторе температура воспламенения должна быть выше рабочей температурой агрегата. Если вспышка составляет 180 гр, то воспламенение должна быть не ниже 150.

По мере старения трансформаторное масло горит непрерывно, если конечно, произойдет воспламенение паровоздушной смеси после поднесения к пламени спички через 5-6 секунд. Температура воспламенения определяется после выявления вспышки. Дело в том, что смазочное масло начинает испаряться тогда, когда температура вспышки масла ниже температуры воспламенения на 60-70 гр.

Как проверяют

Показатели, по которым проверяют масло на свежесть:

Методы очистки

От чистоты трансформаторного масла зависит исправность работы изоляционной системы. Но в процессе эксплуатации рабочая жидкость стареет, загрязняется с накоплением продуктов распада, окислением посторонних примесей (кислород, вода, окислы металлов, спирты, альдегиды).

Отходы при оседании на изоляции:

Справка! Чистое изоляционное масло обеспечивает электрическую прочность системы до 80%, предотвращает окисление в ходе работе двигателя даже под действием высоких температур, не допускает серьезные поломки в системе изоляции.

Для очищения от загрязнений используются химические, физические, физико-химические способами (кислотная и ионообменная очистка, коагуляция, адсорбция, гравитация, фильтрация).

Центрифугирование

На центрифуге проводится предварительная очистка жидкости в случае выявления низкой электрической плотности ниже20 кВ. Масло очищается от механических примесей путем осушки с помощью вакуумных сепараторов с подачей температуры +50+60 градусов.

Фильтрование

Метод заключается в пропуске масло через фильтр-пресс производительностью до 3000 л/ час. Для фильтрации применимы:

Способ – простой, надежный. Хотя желательно сочетать 2-3 метода для восстановления и регенерации свойств загрязненного масла полностью.

Адсорбционная обработка

В рабочую жидкость добавляются адсорбенты, удерживающие вредные примеси на поверхности масла:

Вакуумная обработка

С помощью установки вакуума и отсасывания кислорода извлекаются:

Справка! Трансформаторное масло при отсутствии кислорода долго не портится.

Особенности эксплуатации

В ходе эксплуатации необходимо:

Свежее, полностью очищенное масло прослужит до 25 лет. Хотя очищать, регенерировать при эксплуатации важно минимум через 5 лет.

Марки

Самые востребованные эффективные марки трансформаторного масла от отечественных, зарубежных поставщиков.

Т-1500У

Масло со стойкой окислительной способностью. Используется в агрегатах до 500 кВт. В составе сера – до 0,3%.

Добывается из западносибирской нефти. Проходит селективную очистку и депарафинизацию. Может заливаться в агрегаты до 200 кВт мощностью, устойчиво к воздействию электрического поля высокого напряжения. Хотя не приспособлено к окислению сернистых соединений. Содержит воду до 0,6%.

Рабочая жидкость для заливки трансформаторное оборудование до 500 кВт. Изготавливается из нафтеновой нефти. Проходит контактную, кислотно-щелочное очистку.

Для заливки в оборудование высших классов под напряжение. Преимущества:

Добывается из парафинистой нефти.

Применение: масляные выключатели, арктические трансформаторы. Особенности: малая вязкость при любой температуре, низкая температура застывания и вспышки.

Mobil Mobilect 44 N

Подходит для заливки в:

Изготавливаются из нафтеновой нефти. В составе – малый коэффициент серы и парафинов. Отличительная особенность – наличие антиокислительных низкотемпературных свойств благодаря добавленным нейтральным присадкам.

Shell Diala

Добывается из ингибированных нефтяных фракций. Отличается повышенными эксплуатационными характеристиками. Это надежное масла на протяжении всего срока эксплуатации.

Синтетическое масло. Добавляется в электродвигатели погружных насосов. Оснащено присадками для повышения термо-окислительных свойств.

Масло устойчивая к образованию осадков, низким температурам. Доказало безупречную окислительную способность.

Понятие старения

Старение – необратимый процесс в трансформаторном масле, ведь по мере эксплуатации так или иначе попадает влага, продукты окисления. Начинает снижаться эксплуатационные, химические, физические свойства и передачи тепла. Перестает нормально работать трансформатор.

Стоит проводить профилактику, выявлять дефекты путем забора образцов масла для анализа.

Восстанавливаются свойства масла путем сушки, регенерации, очистки.

В масле накапливаются устойчивые продукты окисления: органические перекиси, вода, низкомолекулярные кислоты. Постепенно рабочая жидкость темнеет, мутнеет. Повышается зольность, кислотное число. На поверхности начинают плавать твердые продукты полимеризации, закупоривая охлаждающие каналы трансформатора.

Заменители

Заменителями масла – аналоги – нафтеновые парафины на биологической основе. Они ничем не уступают по свойствам, теплопередаче. Также устойчивы к окислению. Добываются при перегонке, температуре кипения + 300 400 градусов. Представляет собой очищенные фракции от нефти.

Варианты применения трансформаторного масла в быту

Жидкость применяется не только на промышленном оборудовании и силовых трансформаторах, но и в быту:

Сроки эксплуатации трансформатора и масла не связаны между собой напрямую. Однако, высоковольтная установка прослужит безотказно до 15 лет, если производить ежегодную очистку масла и регенерацию 1 раз в пять лет, выводить антиокислители, проводить фильтрацию, устанавливать антиокислительные присадки и расширители с фильтрами для выведения газов, поглощения воды и кислорода.

Источник