ВНЕДРЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ГАЗОВ В ТРАНСФОРМАТОРНОМ МАСЛЕ

Среди современных устройств электроснабжения самым востребованным служит силовой трансформатор.

Его действие заключается в преобразовании системы тока переменного одного напряжения в систему тока переменного другого напряжения. При этом менять величину напряжения трансформатор может в любую сторону – и как в большую, и так и в меньшую сторону.

В самых разных областях использования — электронике,  электроэнергетике, радиотехнике трансформатор необходим для преобразования переменного напряжения и гальванической развязки.

В основу  конструкции трансформатора входят:

1. Магнитопровод, который изготавливаетсячаще всего, из тонких листов стали электротехнической или возможно и ферромагнитного материала в форме геометрической. Основное назначение магнитопровода для создания в  нём поля магнитного трансформатора. Магнитопровод зависит от конструкции и материала и набирается из пластин, может магнитопровод прессоваться, может навиваться из ленты тонкой, может собираться из двух, четырех и более «подков».

2. Обмотки представляют собой совокупность витков, которые образуют электрическую цепь, для суммирования ЭДС, создаваемые в витках.

3. Каркас, необходимый для обмоток трансформатора чаще производится из обычного плотного картона или специального электрокартона. Размеры каркаса зависят от размеров стального сердечника трансформатора.

4. Резервуар для масла трансформаторного, представляет собой бак, необходимый длясоздания физической защиты для компонента активного, а также необходим бак для опорной конструкции всех устройств вспомогательных и для аппаратуры управления.

6. Система охлаждения, необходимая для охлаждения трансформатора во время его работы в связи с нагревом обмоток и магнитопровода, возникающих из-за потерь энергии в них. Изоляция ограничивает максимальный нагрев элементов трансформатора, и эксплуатационный срок службы изоляции находится в зависимости от температуры нагрева.

Для изоляции частей и узловтрансформаторов силовых, находящихся под влиянием напряжения, убрать тепло от элементов, которые подвергаются нагреву в результатеэксплуатации, а также уберечь изоляцию от влияния влаги используют масло трансформаторное.

Трансформаторное масло представляет собой минеральное маслохорошей чистоты и малой вязкости, применяемое для заливки в измерительных и силовых трансформаторах, оборудованийс реакторами, а также выключателей масляных. Служит трансформаторное масло для обеспечения изоляции частей и узлов силового трансформатора, которые находятся под напряжением, для отвода тепла от частей трансформатора, нагревающихся во время работы, а еще для защиты изоляции от увлажнения. Основное назначение трансформаторного маслаэто обеспечение функции дугогасящей среды.

Специальный метод, служащий для выявления дефектов и повреждений конструкции узлов электрооборудования является хроматографический анализ газов растворенных в масле. Хотя этот метод не позволяет оценить качество и состояние самого масла. Такой анализ трансформаторов напряжением от 110 кВ необходимо проводить раз в шесть месяцев и чаще.

С помощью хроматографического анализа можно:

- разбираться при изучении места повреждения;

- следить за  развитием процессов в оборудовании;

- диагностироватьожидаемый характер дефекта и степень возникшего повреждения;

- на начальной стадии  развития обнаруживать дефекты, которые невозможно обнаружить обычными способами.

Во время анализа трансформаторного масла применяется комплекс химических, физических, и электрических тестирований всех величин.

Анализ натяжения поверхностного, температуры застывания, плотности относительной, вязкости, цвета, это все относится к физическим испытаниям.

Содержание воды, число кислотное, окисление ингибитора и полихлорированные бифенилы, это все оценивают с помощью химических тестов.

Анализ пробивного напряжения диэлектрика и коэффициента мощности относятся к электротехническим испытаниям.

Эти основные тесты выполняются на постоянной основе.

Все перечисленные испытания позволяютинформироватьо качестве масла.К сожалению, с помощью этих испытаний нет возможностипредоставитьполную диагностику от требований эксплуатации или здоровью аппаратов электрических.

Все же есть методика, применяемая для оценки трансформаторного масла, и результатоценки в дальнейшем возможно применитьдля диагностирования рабочего состояния электрооборудования. Такой метод выполняется в соответствии с методом «анализа растворенных газов в масле» и основой его является газовая хромография.

На протяжении десятилетий для анализа газов из нефтепродуктов находила применение газовая хромография.

В настоящее время эту методику называют «анализ растворенных газов в масле» и изготавливают в соответствии со стандартами ASTM D3612 или IEC 60567. Этот метод является самым востребованным диагностическим тестом для анализа трансформаторного масла в связи с тем, что разрушаетсяизоляция трансформатора от перегрузки или сильного перегрева. И в этом случае газ помогает указать на причины и условия происхождения повреждений.

В низких концентрациях можно обнаружить растворенные газы, и в результате возможно заблаговременное вмешательство до отказа электрооборудования, а также во время планового технического обслуживания.

Эта методика позволяла предоставить подробную диагностическую информацию для обнаружения образовывающих повреждений и оказалась настолько успешной, что и другие лаборатории стали использовать ее в своих исследованиях. Она стала самым важным тестом для изоляционных жидкостей в электрическом оборудовании, так как предполагает  извлечение или поглощение (абсорбцию) газов из масла, и впрыскивание их в газовый хроматограф.

Для того, чтобы определить степень концентрации газа используется пламенно-ионизационный детектор и детектор теплопроводности. Самый сложный этап в этой процедуре это  извлечение газа из масла.

Обработка проб масла должна проходить в условиях высокого вакуума в герметичной стеклянной системе, и только таким образом возможно извлечение наибольшей части газа. Далее газ собирается и замеряется  в специально градуированной трубке, затем газ выводится из градуированной колонки через перегородку газонепроницаемым шприцем и мгновенновпрыскивается в GC.

Недостатком этого процесса является применение ртути в данном измерительном приборе, потому что ртуть является опасной для жизни людей. Именно поэтому были произведены дополнительных два метода извлечения газа, в которых отсутствует ртуть.

Один из таких методов называется метод прямой инъекции ASTM D3612B. В этом методе внутри газового хроматографапроисходитизвлечение газов из масла и анализ газов, поскольку этот метод подразумевает впрыскивание образца масла в контур хроматографа.

Замер масла с контура передается через серию клапанов к металлической сфере испарителя во время запуска хроматографа, далее газоноситель переходит через испаритель и достает растворенные газы из масла. Эти газы переносятся в хроматографическую колонку, в которой происходит их дробление и они проходят через датчик. Потом масло смывается с поверхности сферы и происходит выдувка масла из системы до ввода последующей пробы.

Можно рассмотреть еще один современный метод, называемый методом парофазы ASTM D3612C или методом свободного пространства. Эта технология сложилась надежным методом сравнительно недавно, хотя применялась в течение десяти лет для анализа растворенных газов.

Суть этого метода заключается во введении посчитанного объема масла в герметичную и очищенную емкость. Далее проба масла разогревается и смешивается для равновесия между газовой и жидкой фазами. Через некоторое время доля газа удаляется из испытательной емкости с помощью автоматического пробоотборника и инъецируется в газовый хроматограф. Этот метод ASTM D3612A применяется давно.

Исходя из вышесказанного, укажем достоинства и недостатки методов

К достоинствам  этих методовотносятся:

- методвозможно автоматизировать, и этоуменьшает риск ошибки оператора при обработке модели в процессе подготовки и инъекции;

- пробу масла можно доставать в любой промежуток времени без остановки оборудования для обслуживания технического, что облегчает диагностику и определение потенциальных неисправностей.

К недостаткам этих методов можно отнести то, что методы не гарантируют абсолютное извлечение всех газов из масла. На это процесс влияет коэффициент растворимости каждого газа и его необходимо учитывать на заключительном этапе определения концентрации.

Основной частью оценки эффективности условий эксплуатации электрооборудованияявляетсяанализ масла.

И, исходя из этих примеров, анализ наличия газов в масле этосамый важный и эффективный диагностический тест для определения обширного круга проблем.

Список литературы:

1. Чернов Ю.А. Электроснабжение железных дорог: учеб. пособие. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2016. - 406 с.
2. Ковалев И.Н. Электроэнергетические системы и сети: учебник. - М.: ФГБОУ «УМЦ ЖДТ», 2015. - 363 с.