Трансформаторное масло

Трансформаторным маслом заливают силовые трансформаторы, из всех жидких электроизоляционных материалов находит наибольшее применение в электротехнике. Его назначение двояко: во-первых, масло, заполняя поры в волокнистой изоляции, а также промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции; во-вторых, оно улучшает отвод теплоты, выделяемой за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Лишь некоторые силовые и измерительные трансформаторы выполняются без заливки маслом («сухие» трансформаторы). Еще одна важная область применения трансформаторного масла — масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги; это способствует охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению. Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполненных вводов, некоторых типов реакторов, реостатов и других электрических аппаратов.

Трансформаторные, а также другие, нефтяные («минеральные») электроизоляционные масла получают из нефти посредством ее сту­пенчатой перегонки с выделением на каждой ступени определенной (по температуре кипения) фракции и последующей тщательной очистки от химически нестойких примесей в результате обработки серной кислотой, затем щелочью, промывки водой и сушки. Часто электроизоляционные масла дополнительно обрабатываются адсорбентами, т. е. веществами (особые типы глин или же получаемые искусственным путем материалы), которые обладают сильно развитой поверхностью и при соприкосновении с маслом поглощают воду и различные полярные примеси. Такая обработка производится или перемешиванием нагретого масла с измельченным адсорбентом с последующим отстаиванием, или же фильтрованием масла сквозь слой адсорбента (перколяция). Применяются и другие способы очистки масла.

Трансформаторное масло — это жидкость от почти бесцветной до темно-желтого цвета, по химическому составу представляющая собой смесь различных углеводородов. Нефти разных месторождений отличаются по своим параметрам и зависимостям этих параметров от температуры.

Практически важные свойства трансформаторного масла нормируются стандартом ГОСТ 982-80. По средним фактическим данным (при различных способах очистки) кинематическая вязкость этого масла составляет 17-18,5 мм²/с при 20 °С и 6,5-6,7 мм²/с при 50 °С; кислотное число 0,03-0,1 г КОН/ кг; температуря вспышки паров 135-140 °С; температура застывания около минус 45 °С. Ограничение вязкости весьма важно, так как слишком вязкое масло хуже отводит теплоту потерь от обмоток и магнитопровода трансформатора.

Трансформаторное масло — горючая жидкость; большие количества (часто тысячи тонн) масла, находящиеся, в масляных хозяйствах энергосистем, представляют собой большую пожарную опасность. Поэтому в масляных хозяйствах необходимо тщательно соблюдать все требования, предписываемые правилами пожарной безопасности. Пожарная опасность масла оценивается по температуре вспышки.

Температура застывания масла — параметр, особенно важный для масла, заливаемого в масляные выключатели, устанавливаемые на открытых подстанциях в районах с суровой зимой. Специальное «арктическое» масло (марки ATM - 65) имеет температуру застывания минус 70 °С.

Помимо температуры застывания, для работающих при низких температурах окружающей среды электроизоляционных жидкостей имеющих плотность менее 1 Мг/м³, важна критическая температура плавучести льда. Ниже этой температуры кристаллики льда, образующегося при замерзании примесей воды, плавают в электроизоляционной жидкости и таким образом снижают ее электрическую прочность (иными словами, в этом интервале температур плотность электроизоляционной жидкости больше плотности льда). Электрическая прочность масла - величина, чрезвычайно чувствительная к его увлажнению. Незначительная примесь воды в масле резко снижает его электрическую прочность. Это объясняется тем, что воды (около 80) значительно выше, чем масла ( чистого масла около 2,2). Под действием сил электрического ноля капельки эмульгированной в масле воды втягиваются в места, где напряженность поля особенно велика и где, собственно, и начинается развитие пробоя. Еще более резко понижается электрическая прочность масла, если в нем, кроме воды, содержатся волокнистые примеси. Волокна бумаги, хлопчатобумажной, пряжи легко впитывают в себя влагу из масла, причем значительно возрастает их . Под действием сил поля увлажненные волокна не только втягиваются в места, где поле сильнее, по и располагаются по направлению силовых линий, что весьма облегчает пробой масла.

Вода легко может попасть в масло при его перевозке, хранении, переливке в недостаточно просушенную тару и т. п. Для сушки масла имеется несколько способов: пропускание под давлением сквозь фильтровальную бумагу в специальных установках — фильтропрессах; воздействие на масло центробежной силы в центрифуге, причем вода, имеющая плотность, большую, чем у масла, отжимается к периферии сосуда и отделяется от масла; уже упоминавшаяся обработка адсорбентами; распыление нагретого масла в камере, заполненной азотом, и т. п. При сушке электрическая прочность увлажненного масла восстанавливается.

Нормы электрической прочности трансформаторного масла

Согласно «Правилам технической эксплуатации электростанции» (ПТЭ) предусматриваются наименьшие значения электрической прочности трансформаторного масла. В соответствии с этими «Правилами» пробой образца масла производят между двумя погруженными в масло металлическими дисковыми электродами диаметром 25 мм с закругленными краями при расстоянии между ним 2,5 мм; определяют действующее значение пробивного напряжения при частоте 50 Гц (усредняемое для нескольких последовательных пробоев одного и того же образца). В таблице даны значения пробивного напряжения (в киловольтах), отнесенные к междуэлектродному расстоянию 2,5 мм. ПТЭ предусматривают различные нормы для чистого и сухого масла, подготовленного к заливке в трансформатор или иной аппарат, и для масла, находившегося в эксплуатации в маслонаполненном аппарате (из всякого маслонаполненного аппарата периодически должны отбираться пробы масла для испытания).

Зависимости трансформаторных масел от температуры имеют вид, характерный для неполярных диэлектриков.

Плотность трансформаторного масла 0,85 - 0,90 Мг/м³. Его температурный коэффициент объемного расширения около 0,00065 (эта величина важна для расчета расширителей трансформаторов, в которые выдавливается из бака часть масла при повышении температуры). При нормальной температуре удельная теплоемкость масла примерно 1,5 Дж/( ), а коэффициент теплопроводности — около 1 Вт/( ); при росте температуры, как удельная теплоемкость, так и коэффициент тепловодности масла увеличивается. Масло отводит теплоту потерь от погруженных в него обмоток и магнитопровода трансформатора в 25-30 раз интенсивнее, чем воздух (при свободной конвекции).