Ulei de transformator - scop, aplicație, caracteristici

Uleiul de transformator este o fracțiune de ulei rafinat, adică ulei mineral. Se obține prin distilarea uleiului, unde această fracție fierbe la 300 — 400 ° C. În funcție de gradul materiei prime, proprietățile uleiurilor de transformatoare sunt diferite. Uleiul are o compoziție complexă de hidrocarburi în care greutatea moleculară medie variază de la 220 la 340 amu. Tabelul prezintă principalele componente și procentul acestora în compoziția uleiului de transformator.

Proprietățile uleiului de transformator ca izolator electric sunt determinate în principal de valoare tangenta de pierderi dielectrice… Prin urmare, prezența apei și a fibrelor în ulei este complet exclusă, deoarece orice impurități mecanice agravează acest indicator.

Temperatura de ieșire a uleiului de transformator este de la -45 ° C și mai mică, acest lucru este important pentru a asigura mobilitatea acestuia în condiții de funcționare la temperaturi scăzute. Cea mai scăzută vâscozitate a uleiului contribuie la disiparea eficientă a căldurii, chiar și la temperaturi de la 90 la 150 ° C în cazul apariției focarelor.Pentru diferite mărci de uleiuri, această temperatură poate fi de 150 ° C, 135 ° C, 125 ° C, 90 ° C, nu mai mică.

O proprietate extrem de importantă a uleiurilor de transformatoare este stabilitatea lor în condiții de oxidare; uleiul de transformator trebuie să mențină parametrii necesari pentru o perioadă lungă de funcționare.

În ceea ce privește în special RF, toate mărcile de uleiuri de transformatoare utilizate în echipamentele industriale sunt în mod necesar inhibate de aditivul antioxidant ionol (2,6-di-tert-butilparacrezol, cunoscut și sub denumirea de agidol-1). Aditivul interacționează cu radicalii peroxid activi care apar în lanțul de reacție de oxidare a hidrocarburilor. Astfel, uleiurile de transformatoare inhibate au o perioadă de inducție pronunțată în timpul oxidării.

Uleiurile susceptibile la aditivi se oxidează la început lent, deoarece lanțurile de oxidare rezultate sunt rupte de inhibitor. Când aditivul este epuizat, uleiul se oxidează la viteza normală ca și fără aditiv. Cu cât perioada de inducție a oxidării uleiului este mai lungă, cu atât eficiența aditivului este mai mare.

O mare parte din eficacitatea aditivului este legată de compoziția de hidrocarburi a uleiului și de prezența impurităților non-hidrocarburi care promovează oxidarea, care pot fi baze azotate, acizi petrolieri și produse de oxidare a uleiului care conțin oxigen.

Când distilatul de petrol este rafinat, conținutul aromatic este redus, incluziunile non-hidrocarburi sunt îndepărtate și, în cele din urmă, stabilitatea uleiului de transformator inhibat cu ionol este îmbunătățită. Între timp, există un standard internațional „Specificație pentru uleiuri izolatoare proaspete din petrol pentru transformatoare și întrerupătoare de circuit”.

Uleiul de transformator este inflamabil, biodegradabil, aproape netoxic și nu epuizează stratul de ozon. Densitatea uleiului de transformator variază de la 840 la 890 de kilograme pe metru cub. Una dintre cele mai importante proprietăți este vâscozitatea. Cu cât vâscozitatea este mai mare, cu atât rigiditatea dielectrică este mai mare. Cu toate acestea, pentru funcționarea normală în transformatoare de putere iar în întrerupătoare, uleiul nu trebuie să fie foarte vâscos, altfel răcirea transformatoarelor nu va fi eficientă și întrerupătorul nu va putea întrerupe rapid arcul.

Aici este necesar un compromis în ceea ce privește vâscozitatea. În mod obișnuit, vâscozitatea cinematică la 20 °C, majoritatea uleiurilor de transformatoare sunt în intervalul de la 28 la 30 mm2/s.

Înainte de a umple dispozitivul cu ulei, uleiul este purificat prin tratament termic profund cu vid. Conform acestui document de orientare „Scopul and Standards for Testing of Electrical Equipment” (RD 34.45-51.300-97), concentrația de aer din uleiul de transformator turnat în transformatoare ecranate cu azot sau film, în transformatoare de măsurare etanșate și în bucșe etanșe nu trebuie să fie să fie mai mare de 0,5 (determinat prin cromatografie gazoasă), iar conținutul maxim de apă este de 0,001% din greutate.

Pentru transformatoarele de putere fără peliculă de protecție și pentru bucșe permeabile, este permis un conținut de apă de cel mult 0,0025% din masă. În ceea ce privește conținutul de impurități mecanice, care determină clasa de puritate a uleiului, acesta nu trebuie să fie mai rău decât a 11-a pentru echipamentele cu o tensiune de până la 220 kV și nu mai rău decât a 9-a pentru echipamentele cu o tensiune mai mare de 220 kV. . Tensiunea de avarie, în funcție de tensiunea de funcționare, este prezentată în tabel.

Când uleiul este umplut, tensiunea de avarie este cu 5 kV mai mică decât cea a uleiului înainte de completarea echipamentului. Este permisă reducerea clasei de puritate cu 1 și creșterea procentului de aer cu 0,5%.

Condiții de oxidare (metoda pentru determinarea stabilității - conform GOST 981-75)

Punctul de scurgere al uleiului este determinat printr-un test în care o țeavă cu ulei sigilat este înclinată la 45 ° și uleiul rămâne la același nivel timp de un minut. Pentru uleiurile proaspete, această temperatură nu trebuie să fie mai mică de -45 °C.

Acest parametru este esențial pentru comutatoare de ulei… Cu toate acestea, diferite zone climatice au cerințe diferite privind punctul de curgere. De exemplu, în regiunile sudice este permisă utilizarea uleiului de transformator cu o temperatură de turnare de -35 ° C.

În funcție de condițiile de funcționare ale echipamentului, standardele pot varia, pot exista unele abateri. De exemplu, soiurile arctice de ulei de transformator nu ar trebui să se solidifice la temperaturi de peste -60 ° C, iar punctul de aprindere scade la -100 ° C (punctul de aprindere este temperatura la care uleiul încălzit produce vapori care devin inflamabili atunci când sunt amestecați cu aer ) .

În principiu, temperatura de aprindere nu trebuie să fie mai mică de 135 ° C. Caracteristici precum temperatura de aprindere (uleiul se aprinde și arde cu el timp de 5 sau mai multe secunde) și temperatura de autoaprindere (la o temperatură de 350-400 ° C, uleiul se aprinde chiar și într-un creuzet închis în prezența aerului).

Uleiul de transformator are o conductivitate termică de 0,09 până la 0,14 W / (mx K) și scade odată cu creșterea temperaturii.Capacitatea termică crește odată cu creșterea temperaturii și poate fi de la 1,5 kJ / (kg x K) la 2,5 kJ / (kg x K).

Coeficientul de dilatare termică este raportat la standardele pentru dimensiunea vasului de expansiune, iar acest coeficient este de aproximativ 0,00065 1 / K. Rezistența uleiului de transformator la 90 ° C și în condiții de solicitare a câmpului electric de 0,5 MV / m în nici un caz nu trebuie să fie mai mare de 50 Ghm * m.

Pe lângă vâscozitate, rezistența la ulei scade odată cu creșterea temperaturii. Constanta dielectrică - în intervalul de la 2,1 la 2,4. Tangenta unghiului de pierderi dielectrice, așa cum s-a menționat mai sus, este legată de prezența impurităților, astfel încât pentru uleiul pur nu depășește 0,02 la 90 ° C în condiții de frecvență de câmp 50 Hz, iar în uleiul oxidat poate depăși 0,2 .

Rigiditatea dielectrică a uleiului a fost măsurată în timpul unui test de defalcare de 2,5 mm cu un diametru de electrod de 25,4 mm. Rezultatul nu trebuie să fie mai mic de 70 kV și apoi rigiditatea dielectrică va fi de cel puțin 280 kV / cm.

În ciuda măsurilor luate, uleiul de transformator poate absorbi gaze și poate dizolva o cantitate semnificativă din ele. În condiții normale, 0,16 mililitri de oxigen, 0,086 mililitri de azot și 1,2 mililitri de dioxid de carbon se dizolvă ușor într-un centimetru cub de ulei. Evident că oxigenul va începe să se oxideze puțin. Dimpotrivă, dacă se eliberează gaze, acesta este un semn al unui defect al bobinei. Deci, din cauza prezenței gazelor dizolvate în uleiul de transformator, defectele transformatoarelor sunt relevate prin analiza cromatografică.

Durata de viață a transformatoarelor și uleiului nu este direct legată.Dacă transformatorul poate funcționa fiabil timp de 15 ani, se recomandă ca uleiul să fie curățat în fiecare an și regenerat după 5 ani. Pentru a preveni epuizarea rapidă a resursei de petrol, sunt prevăzute anumite măsuri, a căror adoptare va prelungi semnificativ durata de viață a uleiului de transformator:

• Instalarea expansoarelor cu filtre pentru absorbția apei și oxigenului, precum și a gazelor separate din ulei;

• Evitarea supraîncălzirii uleiului de lucru;

• Curățare periodică;

• filtrare continuă a uleiului;

• Introducerea antioxidanților.

Temperaturile ridicate, reacția uleiului cu firele și dielectricii, toate favorizează oxidarea, pe care suplimentul antioxidant menționat la început își propune să o prevină. Dar curățarea regulată este încă necesară. Curățarea uleiului de înaltă calitate îl readuce la starea de utilizare.

Care ar putea fi motivul retragerii uleiului de transformator din serviciu? Acestea pot fi contaminarea uleiului cu substanțe permanente, a căror prezență nu a dus la modificări profunde ale uleiului, iar apoi este suficient să se efectueze curățarea mecanică. În general, există mai multe metode de curățare: mecanică, termofizică (distilare) și fizico-chimică (adsorbție, coagulare).

Dacă a avut loc un accident, tensiunea de avarie a scăzut brusc, au apărut depozite de carbon sau analiza cromatografică a dezvăluit o problemă, uleiul de transformator este curățat direct în transformator sau în comutator, pur și simplu prin deconectarea dispozitivului de la rețea.

Durata de viață a uleiului din transformatoare poate fi prelungită prin utilizarea de aditivi antioxidanti, filtre cu termosifon etc. Totuși, toate acestea nu exclud necesitatea regenerării uleiurilor uzate.

Prin urmare, sarcina regenerării uleiurilor uzate este de a obține o regenerare bine purificată, care să îndeplinească toate standardele de ulei proaspăt. Stabilizarea substanțelor regenerante instabile prin adăugarea de ulei proaspăt sau aditivi antioxidanti face posibilă utilizarea celor mai simple și mai accesibile metode de regenerare a uleiurilor uzate de transformatoare.

La regenerarea uleiului de transformator, este important să se obțină regeneranți bine purificați, indiferent de metoda de regenerare și de gradul de îmbătrânire a uleiului, iar stabilizarea, dacă uleiul este de stabilitate scăzută, trebuie făcută artificial - prin adăugarea de ulei proaspăt sau adaos cu un efect de stabilizare ridicat, eficient pentru uleiurile regenerate.

La regenerarea uleiului uzat de transformator, se obțin până la 3 fracții de uleiuri de bază pentru prepararea altor uleiuri comerciale, cum ar fi uleiuri de motor, hidraulice, de transmisie, fluide de tăiere și grăsimi.

În medie, după regenerare, se obține 70-85% din ulei, în funcție de metoda tehnologică aplicată. Regenerarea chimică este mai costisitoare. La regenerarea uleiului de transformator, este posibil să se obțină până la 90% din uleiul de bază cu aceeași calitate ca proaspăt.

În plus

O intrebare

Este posibil să uscați uleiul într-un transformator care funcționează ridicând capacul acestuia pe vreme uscată? Se va evapora apa din ulei sau, dimpotrivă, uleiul se va umezi?

Răspuns

Uleiul uscat cu o tensiune de avarie de 40-50 kV conține miimi de procent de umiditate. Pentru umezirea uleiului, caracterizată printr-o scădere a rezistenței de rupere a uleiului la 15 - 20 kV, sunt necesare sutimi de procent de umiditate.

La transformatoarele care au comunicare liberă cu aerul atmosferic printr-un expandor (sau sub capac), are loc un schimb continuu de umiditate cu aerul. Dacă temperatura uleiului scade și conținutul de umiditate din acesta este mai mic decât cel din aer, uleiul absoarbe umiditatea din aer conform legii presiunilor parțiale ale vaporilor de umiditate. În acest fel, tensiunea de avarie a uleiului este redusă.

De asemenea, are loc schimbul de umiditate între ulei și izolația transformatorului (bumbac, bachelită) introdusă în ulei. Umiditatea se deplasează în izolație de la părțile fierbinți la cele reci. Dacă transformatorul se încălzește, atunci umiditatea trece din izolație în ulei, iar dacă se răcește, atunci invers.

Deoarece umiditatea aerului este ridicată în lunile de vară, tensiunea de avarie a uleiului scade cu schimbul liber de umiditate comparativ cu lunile de iarnă.

Iarna, când umiditatea aerului este cea mai scăzută și diferența de temperatură dintre aer și ulei este cea mai mare, uleiul se usucă oarecum. Vara, când fulgerele sunt mai susceptibile de a afecta izolația transformatorului, rezistența la defalcare a uleiului de transformator este la cea mai scăzută, când ar trebui să fie la cea mai mare.

Pentru a elimina schimbul liber de umiditate între aer și ulei, se folosesc uscătoare de aer cu etanșare de ulei.

Astfel, atunci când capacul transformatorului este deschis, poate apărea uscarea sau umezirea uleiului.

Uleiul se va usca mai bine pe vreme înghețată, atunci când aerul conține cea mai mică cantitate de umiditate și există cea mai mare diferență de temperatură între ulei și aer. Dar o astfel de uscare este ineficientă și ineficientă, deci nu este folosită în practică.