ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ МАСЕЛ

АННОТАЦИЯ

Одним из главных факторов, влияющих на эксплуатационные свойства трансформаторного масла, являются различного рода механические примеси, которые представлены нерастворимыми веществами, содержащимися в масле. Для принятия мер по снижению содержания примесей в трансформаторных маслах на разных этапах необходимо знать их природу и распределение по размерам.

Ключевые слова: силовой трансформатор, трансформаторное масло, механические примеси, электрическая прочность.

Одним из основных показателей трансформаторного масла как диэлектрика является его электрическая прочность, влияющая на надежность и долговечность эксплуатации маслонаполненных трансформаторов. Более 80 % поломок масляных трансформаторов приходится на повреждения изоляции [1]. Таким образом, контроль и инспектирование состояния трансформаторного масла являются актуальной и важной задачей.

Пробивное напряжение как и удельная проводимость весьма чувствительно к присутствию воды и механических примесей. С повышением температуры вода в масле из эмульсионного состояния переходит в растворенное, что повышает электрическую прочность масла. Важно не допускать резкого снижения температуры трансформаторного масла в процессе его эксплуатации.

Механические примеси, представленные нерастворимыми веществами, всегда содержатся в трансформаторных маслах. Эти примеси чаще всего представляют собой осадок или взвесь в масляном объеме, сами же частички примесей – это различные волокна, пыль, продукты химической реакции защитных покрытий трансформатора с трансформаторным маслом, таких как лаки и краски [1].

Механические примеси присутствуют в трансформаторном масле и до его заливки в трансформатор, и в процессе эксплуатации. В свежем масле механические примеси присутствуют в виде волокон целлюлозы, конструкционных частиц трансформатора, а также частиц, образованных из примесей в сырой нефти и оставшиеся при ее обработке [2].

В процессе эксплуатации трансформаторного масла механические примеси образуются  в результате реакции масла с веществами, оставшимися на частях трансформатора при его изготовлении и сборке, в результате повреждения  маслонаполненного оборудования, приводящие к перегреву и возникновению электрических дуг, и в процессе старения (окисления) масла.

Механические примеси в виде осадков в трансформаторном масле делятся на три основные группы [3]:

- асфальтовые осадки представляют собой песок бурого цвета, который образуется в результате окисления нафтеновых смол; главная их опасность заключается в том, что при их отложении на обмотках, они ухудшают охлаждение трансформатора;

- мыловые осадки имеют цвет от светлого до темно-бурого, они образуются в результате окисления конструкционных металлов трансформатора; осадки данного вида опасны тем, что способны вызвать перекрытие или даже пробой внутри трансформатора;

- углистые осадки имеют черный цвет; данный вид осадков объясняется возникновением электрической дуги в масле, которая при горении образует уголь с высокой электропроводимостью.

В виде коллоидных примесей, образованных под действием дуги низкого напряжения [1], в маслах присутствуют компоненты лака обмоток, мыла, образуемые при взаимодействии кислых продуктов старения масел с конструкционными металлами маслонаполненного оборудования, а также кислые шламоподобные компоненты, такие как смолы, асфальтены и т.п.

Еще одним крупным источником механических примесей является бумажная изоляция. В конструкции силовых трансформаторов доля твердой изоляции  составляет 8 % от массы всего аппарата [4]. В процессе эксплуатации маслонаполненного электрооборудования происходит деградация бумажной изоляции с выделением целлюлозных волокон в масляный объем.

Металлические примеси от конструкционных материалов влияют на окисляемость трансформаторных масел, особенно медь и железо, являющиеся катализаторами окислительного процесса в масле, приводящего к образованию механических продуктов окисления.

Ранее были проведены исследования [2] по распределению механических частиц по размерам в трансформаторных маслах ГК (ТУ 38.281-80), ТАп (ТУ 38.101.281-80) и масляной фракции с Т_кип= 300-400 °С, полученной из нефти ромашкинского месторождения. Исследования показали, что размер механических примесей в маслах находится в интервале 5-50 мкм на 100 см³. Причем, в свежих маслах преобладают частицы размером 5-10 мкм, в маслах после пребывания в эксплуатационных условиях в течение 30 ч их количество снижается в 3,0-3,5 раза с образованием частиц размером 50-500 мкм. Содержание крупных частиц увеличивается в 5,0 раз. Таким образом, мелкие полярные частицы объединяются в хлопья, что приводит к образованию мостиков в масляном промежутке. При высокой напряженности вдоль этих мостиков могут возникать частичные разряды, снижающие, в свою очередь, электрическую прочность масла. Загрязненное и старое масло при его использовании может стать причиной увеличения диэлектрических потерь в нем. Кроме того, осажденные на элементах трансформатора механические примеси негативно влияют на процесс теплопередачи, ухудшая основную функцию трансформатора, и контактируя с целлюлозной изоляцией повышают ее износ.

Таким образом, зная происхождение механических примесей и распределение их по размерам в процессе эксплуатации трансформаторных масел, можно ставить задачи по снижению их содержания в маслах в процессе производства и эксплуатации. При использовании качественного трансформаторного масла с высокой стабильностью к окислению задача сводится с удалению мелких частиц размером 5-10 мкм на стадии производства масла.

Список литературы:

1. Юсупов Д. Т., Юсупов Ш. Б., Маркаев Н. М. Влияние механических примесей на эксплуатационные характеристики трансформаторного масла // Молодой ученый. — 2019. — №22. — С. 144-146.
2. Гайнуллина Л.Р. Распределение механических примесей в трансформаторном масле / Экономика энергетики и энергосбережение: материалы междунар. науч. конф., 10 апреля 2018 г. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2018. – С. 161-164.
3. Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. 3-е изд., перераб. и. доп. –М.: Энергоатомиздат, 1983. — 296с.
4. Гарифуллин М.Ш. Диагностика состояния бумажной изоляции по ИК-спектрам отражения и спектрам люминисценции // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 2013. № 5-6. С. 57-65.