Влияние различных видов примесей на эксплуатационные характеристики масел силовых трансформаторов



В работе изучены и определены основные влияющие примеси на эксплуатационные характеристики трансформаторного масла. Проведенный анализ показал, что основными факторами являются увлажненные (вода), механические и растворимые примеси.

Ключевые слова: трансформаторное масло, эксплуатационные характеристики, механические примеси, растворимые примеси, увлажненные примеси.

Надежная и долговременная эксплуатация маслонаполненных трансформаторов, во многом зависит от качества масла. Качества масла также определяет продолжительность безотказной работы масляных трансформаторов [1].

Самым основным влияющим фактором на эксплуатационные характеристики трансформаторного масла является механические (твердые) примеси.

Механические примеси являются нерастворенными веществами, содержащиеся в масле в виде осадка или во взвешенном состоянии. Это — волокна, пыль, частицы металла и другие виды примесей.

Механические примеси, оказывая существенное воздействие на эксплуатационные характеристики (особенно на электрическую прочность и цвет) трансформаторного масла, определяют его качество. Они могут появиться при эксплуатации трансформаторного масла в результате растворения красок, лаков и изоляции. Механические примеси оказывают неблагоприятное влияние на работу силовых трансформаторов. Они могут вызвать перекрытие между изолированными друг от друга элементами, а также понизить электрическую прочность масла. Необходимо отметить, что загрязнение и старение трансформаторного масла в процессе его эксплуатации ведет к повышению диэлектрических потерь в масле [2].

Рассмотрим основные виды механических примесей в трансформаторном масле.

Одним из опасных видов механических примесей в трансформаторном масле является уголь. Электрическая дуга, горящая вблизи поверхности масла, образует уголь, обладающий хорошей проводимостью, который снижает его пробивное напряжение [2, 3].

Следующими наиболее распространенными примесями являются волокна, попадающие в масло из изолирующих материалов (целлюлозная изоляция) и выемной части трансформатора [2, 5]. Волокна целлюлозной изоляции оказывают вредное действие на электрическую прочность трансформаторного масла.

Одной из примесью, которая загрязняет трансформаторное масло, является пыль. Пыль в трансформаторное масло попадает из окружающей среды и сильно влияет на его цвет. Большое количество пыли замедляет движения масла в трансформаторе [2, 4].

Ещё одним загрязнителем трансформаторного масла являются металлы, которые нашли широкое применение в трансформаторостроении. Для обмоток и шин используют медь и алюминий. Медь наиболее активно ускоряет окисление трансформаторного масла.

По мере старения в масле накапливается шлам, который, осаждаясь на изоляцию силового трансформатора, ухудшает его диэлектрические свойства. Шлам, накопившийся на поверхности обмоток, отводах, шинах, в масляных каналах трансформатора, ухудшает процессы теплопередачи и, соприкасаясь с целлюлозной изоляцией, ускоряет её старение.

Следующим основным влияющим фактором на эксплуатационные характеристики трансформаторного масла является растворимые примеси. Растворимые примеси — это продукты окислительного старения масла.

Рассмотрим основные виды растворимых примесей в трансформаторном масле.

В процессе длительной эксплуатации трансформаторного масла происходит укрупнение коллоидных частиц, которые имеются в заводском масле [3]. Коллоидными частицами, накапливающимися в масле, являются кислые продукты, не содержащие в своем составе металлы, например, смолы, компоненты лака и другие продукты окисления [3]. Появление коллоидных частиц повышает кислотное число и диэлектрические потери трансформаторного масла. Например, присутствие 0,5 % смол повышает tgφ в 20 раз [3].

Кислоты, которые переходят в жидкий диэлектрик из пленок лаков, ускоряют процесс окисления трансформаторного масла [3, 4].

Асфальто-смолистые растворимые примеси представляют собой порошок темно-коричневого или бурого цвета, которые образуются окислением нафтеновых смол. Основная их вредность в том, что, отлагаясь на обмотках, они ухудшают процесс охлаждения трансформатора [3, 4].

Мыловые осадки от светлого до темно-бурого цвета, образуются от взаимодействия металлов и кислот. Эти осадки при взаимодействии с водой представляют большую опасность, так как могут быть причиной перекрытия или пробоя внутри трансформаторов. Данный вид примесей сильно влияет на тангенс угла потерь трансформаторного масла [3, 5].

Последним основным влияющим фактором на эксплуатационные характеристики трансформаторного масла являются увлажненные примеси (вода).

Вода в трансформаторное масло проникает из атмосферы или может развиваться как продукт химических реакций в самом трансформаторе. Основным показателем трансформаторного масла является электрическая прочность — величина, чрезвычайно чувствительная к его увлажнению. В зависимости от содержания влаги в трансформаторном масле вода может находиться в трёх состояниях [4, 5].

Свободная вода является более крупным компонентом по сравнению с другими видами. Она легко может отделяться от жидкой изоляции силового трансформатора и обычно находится на дне данного электрооборудования.

Эмульсионная вода состоит из мелких капель жидкости. Она трудно отделяется от трансформаторного масла и находится в его химическом составе. Капельки данной воды под действием электрического поля могут выстраиваться в цепочки и образовывать проводящие мостики [5], и вследствие этого, данный тип воды может оказать влияние на пробивное напряжение трансформаторного масла. Вода, нерастворенная в виде эмульсии с очень малым размером частиц вызывает резкий рост диэлектрических потерь.

Связанная вода является очень мелкой по объему. Её химический состав крепко связан с химическим составом трансформаторного масла. И поэтому избавится от неё очень трудно. Она также содержится в свежем масле. И с другой стороны, связанная вода не оказывает существенного вредного влияния на эксплуатационные характеристики жидкой изоляции силового трансформатора.

На процесс старения трансформаторного масла оказывает влияние смесь различных примесей (особенно частиц меди и других металлов, целлюлозных волокон, коллоидных частиц), причем их совместное влияние на эксплуатационные свойства трансформаторного масла намного сильнее, чем влияние одного из этих факторов в отдельности.

Литература:

1. Высогорец С. П., Васильев А. П. Метод оценки эффективности восстановления ресурса трансформаторных масел в процессе работы силовых трансформаторов // Электротехнические комплексы и системы управления, № 2, 2011. С.59–65.
2. Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. –М.: Энергоатомиздат, 1983 г. — 296с.
3. Маневич Л. О. Обработка трансформаторного масла. 2-е изд., перераб. и. доп. –М.: Энергоатомиздат, 1985. — 104с.
4. Юсупов Д. Т. Анализ влияния воды и механических примесей на некоторые эксплуатационные характеристики жидкой изоляции силового трансформатора // Научно-технический журнал ФерПИ, 2017 г. № 1. С.86–89.
5. Юсупов Д. Т., Юсупов Ш. Б., Маркаев Н. М. Влияние механических примесей на эксплуатационные характеристики трансформаторного масла // Молодой ученый. -2019. -№ 22. С. 144–146.