ТРАНСФОРМАТОРНОЕ МАСЛО И ЕГО ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Трансформаторное масло изготавливается из нефти, которая в основном состоит из углерода и водорода. Кроме углеводородов, в нефти в незначительном количестве содержатся кислородные, сернистые и азотистые соединения. В зависимости от состава нефти и степени очистки в масле в незначительном количестве могут содержаться смолистые вещества и органические кислоты. При изготовлении масла, от нефти вначале отделяют наиболее легкие углеводороды: бензин, керосин, дизельное топливо. После перегонки оставшейся части (мазута) получают соляровый дистиллят. Трансформаторное масло получают очисткой дистиллятов, выкипающих при температуре +300-400 гр С при атмосферном давлении. Целью очистки является удаление из дистиллята компонентов, ухудшающих стабильность масла против воздействия молекулярного водорода и повышение его электроизоляционных свойств. К таким нежелательным компонентам относятся непредельные углеводороды, азотистые, сернистые соединения, асфальтосернистые вещества, твердые углеводороды (парафины, церезины) и т.п.
Трансформаторное масло применяется в силовых трансформаторах, измерительных трансформаторах тока и напряжения, высоковольтных трансформаторных вводах, испытательных трансформаторах- как основной диэлектрик и теплопроводящая среда.
Основные показатели, характеризующие изоляционные свойства трансформаторных масел: -электрическая прочность; -диэлектрические потери (тангенс угла диэлектрических потерь). Чистое трансформаторное масло, свободное от воды и примесей, независимо от его химического состава обладает высоким, достаточным для практики пробивным напряжением (более 30кВ/мм), определяемом в плоских медных электродах с закругленными краями и расстоянием между ними 2.5 мм и tg d менее 0,5%.
В процессе эксплуатации трансформаторов залитые в них масла претерпевают глубокие изменения, которые обычно называют старением. Под старением понимают изменения химических и физических показателей, которые характеризуют работоспособность масла в аппаратуре и оборудовании высокого напряжения. В результате старения трансформаторного масла ухудшаются его электроизоляционные свойства, затрудняется отвод теплоты и соответственно ускоряется старение целлюлозной изоляции и ухудшаются ее изоляционные свойства. Основной причиной диэлектрических потерь в масле и снижения его электрической прочности является наличие в трансформаторном масле различных примесей, обусловленных появлением продуктов окисления масла, растворимых в нем: вода, низкомолекулярные кислоты, перекиси, спирты, мыла и др.
Вода может находиться в масле в растворенной (распределенные между углеводородными молекулами масла молекулы воды, без взаимодействия между собой)), в эмульгированной (коллоидный раствор) и связанной (молекулы воды образовавшие соединения с кислородосодержающими продуктами окисления масла) форме. Разные формы воды, находящихся между собой в динамическом равновесии, которое зависит от различных эксплуатационных факторов (температура, электромагнитные поля, вибрация, наличие продуктов старения масла или деструкции твердой изоляции). Растворенная в масле вода находится в молекулярном состоянии и, практически, находясь в маслах даже в большом количестве, не влечет за собой существенного повышения tgd. Эмульгированная вода, в противоположность растворенной, повышает tgd за счет электрофоретической проводимости. Количество связанной воды, как правило, больше, чем содержание растворенной воды. Но связанная вода практически не определяется гидридкальциевым методом по ГОСТ 7822-75 и по методу Фишера (опыт определения влагосодержания), и судить о ее наличии в масле затруднительно. Связанная вода заметно повышает диэлектрические потери и понижает пробивное напряжение.
Степень снижения электрической прочности масла зависит не только от количества в нем влаги, но также от наличия сопутствующих примесей (волокон и т.п.). В связи с этим при одной и той же концентрации влаги в масле диапазон значений электрической прочности может быть довольно широким, особенно по мере увлажнения масла. В масле могут находиться механические примеси в виде осадка или во взвешенном состоянии. Это могут быть: -механические загрязнения и примеси, попавшие в масла в результате растворения красок, лаков, бакелитовой и хлопчатобумажной изоляции; -уголь, образовавшийся в результате горения электрической дуги; -осадок- шлам, образовавшийся при старении масла. Осадки обычно сильно гигроскопичны и их отложения на поверхности изоляции могут привести к перекрытиям, а примеси во взвешенном состоянии могут существенно снизить электрическую прочность масла.
Примеси во взвешенном состоянии могут образовывать коллоидные структуры, приводящие при общей тенденции, в процессе старения масла, изменения tgd в сторону повышения, к аномальному изменению в сторону снижения. Коллоидные структуры инициируют разрядные явления в масле или на поверхности изоляции. В процессе эксплуатации коллоидными структурами, накапливающимися в масле, могут быть: -компоненты лака обмоток и старого шлама масел; -мыла, образующиеся в результате взаимодействия кислых продуктов старения масел с металлами трансформатора; -кислые шламоподобные продукты (кислоты), смолы, асфальтены, карбены и другие продукты окисления. Выявить коллоидные структуры в масле возможно измерением температурной зависимости tgd масла. Резкое уменьшение при измерении на подъеме температуры или наличие гистерезиса такой зависимости при измерениях на подъеме и спаде температур указывает на наличие таких структур.
До проведения испытания масла первоначально определяется состояние масла по цвету и содержанию механических примесей. Цвет свежего масла обычно светло-желтый, а в эксплуатации под влиянием нагрева, загрязнений и образующихся при окислении смол и осадков масло темнеет и приобретает оттенки вплоть до темно-коричневого. Быстрое и сильное потемнение масла в эксплуатации указывает на его перегрев. Цвет масел, находящихся в эксплуатации, не является браковочным показателем и может служить для ориентировочной оценки качества масла.