Надежные и долговечные эксплуатации маслонаполненных трансформаторов, во многом зависят от качества масла. Качества масла также определяет степень работы масляных трансформаторов. Так, 85 % поломок масляных трансформаторов происходит из-за повреждения изоляции [1].
Ключевые слова: силовой трансформатор, механические примеси, эксплуатационные свойства, частицы металла, уголь, микрометр.
Одним из основных факторов, влияющих на эксплуатационные свойства трансформаторного масла, является механические примеси различного рода. Они являются нерастворенными веществами, содержащиеся в масле в виде осадка или во взвешенном состоянии. Это — волокна, пыль, продукты растворения в масле компонентов, применяемых в конструкции трансформатора (лаков, красок и т. п.). Другие примеси появляются в масле после внутренних повреждений трансформатора (электрической дуги, мест перегревов) в виде обуглившихся частиц. По мере старения в масле накапливается шлам, который, осаждаясь на изоляцию силового трансформатора, ухудшает ее диэлектрические свойства [2–3].
В зависимости от их происхождения мелкие частицы в масле трансформатора можно подразделить на три вида:
– примеси, находившиеся в масле при заливке трансформатора;
– примеси, попавшие в масло с частей трансформатора, куда они были занесены при изготовлении и сборке;
– примеси, образовавшиеся в процессе эксплуатации.
Механические примеси, оказывая существенное воздействие на электрофизические свойства трансформаторного масла, определяют его качество. Они могут появиться при эксплуатации трансформаторного масла в результате растворения красок, лаков и изоляции. Примеси могут быть также в виде угля, который образуется при электрической дуге, и, наконец, в виде осадка (шлама), представляющего продукты распада масла. 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 [3].
Осадок, накопившийся на поверхности обмоток, отводах, шинах, в масляных каналах трансформатора, ухудшает процессы теплопередачи и, соприкасаясь с целлюлозной изоляцией, ускоряет её старение. Вполне реально опасность образования из частиц осадка проводящих мостиков в изоляции трансформаторов, что связано с уменьшением её электрической прочности [3].
Согласно [3–4], классификации осадки в трансформаторном масле делятся на три группы:
- Асфальтовые осадки представляют собой порошок темно-коричневого или бурого цвета, происходят от окисления нафтеновых смол. Основная их вредность в том, что, отлагаясь на обмотках, они ухудшают охлаждение трансформатора.
- Мыловые осадки от светлого до темно-бурого цвета, образовавшиеся от взаимодействия металлов и кислот. Эти осадки при взаимодействии с водой представляют опасность, так как могут быть причиной перекрытия или пробоя внутри трансформаторов.
- Углистые осадки черного цвета, получаемые при горении электрической дуги в масле. Дуга, горящая вблизи поверхности масла, образует уголь, обладающий хорошей проводимостью.
Дуга высокого напряжения при малой силе тока, горящая под толстым слоем масла, дает тонкую угольную пыль, почти не оседающую на дно.
Дуга низкого напряжения при большой силе тока дает крупные хлопья угля, оседающие на всех поверхностях трансформатора.
В процессе эксплуатации трансформаторного масла происходит укрупнение коллоидных частиц, которые наблюдаются уже у базового (заводского) масла [5]. Коллоидными веществами, накапливающимися в масле, могут быть [5–6]:
1) компоненты лака обмоток и старого шлама масел, например, изучение влияние на масло лаков, применяемых в трансформаторах, показало, что при отсутствии кислорода в условиях, моделирующих герметичные трансформаторы, пленки лаков выделяют в горячем масле компоненты кислого характера, обусловливающие значительное повышение кислотного числа масла;
2) мыла, образующиеся в результате взаимодействия кислых продуктов старения масел с металлами трансформатора;
3) кислые шламоподобные продукты, не содержащие в своем составе металла, например, смолы, асфальтены и другие продукты окисления.
Другим наиболее распространенным загрязнением являются волокна, попадающие в масло из изолирующих материалов (целлюлозная изоляция) выемной части трансформатора [6]. Волокна целлюлозной изоляции оказывают свое вредное действие на электрическую прочность трансформаторного масла, и проявляют особенно сильно во влажном масле. В сухом масле волокна на пробивное напряжение влияют слабо. Большое значение имеет структура и размер волокон: крупные волокна целлюлозной изоляции меньше снижают пробивное напряжение, чем мелкие хлопчатобумажные.
Ещё одним загрязнителем трансформаторного масла являются металлы, которые нашли широкое применение в трансформаторостроении. Для обмоток, шин, и т. д. используют медь и алюминий. Из сталей изготавливают баки, опорные и крепежные детали и другие узлы трансформатора. Магнитопровод набирают из листов специальной кремнистой стали. По данным [6] медь наиболее активно ускоряет окисление трансформаторного масла. Другие металлы (алюминий, сталь, олово, сплав и т. д.) мало влияют на окисляемость масла.
Исследованиями последних лет выявлено [7], что механические примеси, имеющие размер менее 5 мкм, являются наиболее опасными для функционирования трансформатора, так как они представляют примерно 95 % от общего числа загрязнителей в масле, являются в основном продуктами окисления масла и базой для образования более крупных частиц. Эти загрязнители полярны и имеют свойство притягиваться и налипать на внутренние поверхности трансформатора по достижению маслом определенного уровня загрязненности. В процессе эксплуатации трансформатора наблюдается процесс укрупнения частиц, называемый «хлопьеобразованием». При этом содержание частиц размером >50 мкм может увеличиться в несколько раз по сравнению с первоначальным содержанием. Опасность загрязнений размером менее 5 мкм заключается в их высокой способности проникать внутрь твёрдой изоляции и менять их электрофизические свойства.
На рисунке 1 приведены виды механических примесей, появляющихся в результате длительной эксплуатации трансформаторного масла.
Рис. 1. Виды механических примесей в трансформаторном масле.
Литература:
- Богачков И. М., Савиных Ю. А. Регенерация трансформаторного масла вращающимся электромагнитным полем. Научно-технический журнал «Геология, география и глобальная энергия», 2010 г., № 3 (38), стр. 79–80.
- Бурьянов Б. П. Эксплуатация трансформаторного масла. М:.-1951 г. 264с.
- Джуварлы Ч. М., Иванов К. И., Курлин М. В., Липштейн Р. А., Мухарская Л. А. Электроизоляционные масла //М.: Государстввенное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. -275с.
- Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. 3-е изд., перераб. и. доп. –М.: Энергоатомиздат, 1983. — 296с.
- Маневич Л. О. Обработка трансформаторного масла. 2-е изд., перераб. и. доп. –М.: Энергоатомиздат, 1985. — 104с.
- Суслин М. А. и др. // Микроволновой термовлагометрический метод контроля органических соединений, Вестник ТГТУ, 2004 г., Том 10, № 2., С.21–23.
- Курочкин А. С. и др. Метод сверхглубокой очистки трансформаторного масла и маслонаполненного оборудования как способ повышения надежности работы трансформаторов // Международная научно-практическая конференция «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы». 13–17 сентября 2010 г., Россия, г. Екатеринбург. С.233–243.
