Трансформаторное масло: характеристики, марки

Что такое трансформатор?

Трансформатором принято называть устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения его частоты. По своей конструкции он состоит из одной или нескольких изолированных ленточных или проволочных катушек (обмоток), которые намотаны на сердечник (магнитопровод).

Работа трансформаторов основана на принципе электромагнитной индукции. Переменный ток подается на первую обмотку и образует в катушке магнитное поле, которое во второй катушке образует электрический ток. Величина напряжения электродвижущей силы зависит от скорости изменения магнитного поля и числа витков в катушке.

Если в первичной обмотке число витков больше, чем во вторичной – это понижающий трансформатор. Если наоборот – то это повышающий. В зависимости от того, на какую обмотку подается переменное напряжение, один и тот же трансформатор может быть и повышающим и понижающим. Также выделяют высоко- и низкочастотные трансформаторы. Частота, при которой работает оборудование определяется материалом, из которого изготовлен сердечник. Если сердечник отсутствует, то это высокочастотный трансформатор.

Еще одним видом трансформаторов являются силовые. В них две или больше обмоток надеты на замкнутый магнитопровод из стальных листов. Одна из катушек соединяется с источником переменного тока, другая – с потребителем. Электрическая мощность передается от первичной ко вторичной обмотке благодаря магнитному потоку в сердечнике.

Зачем в трансформаторах масло?

Обмотки являются наиболее важной частью трансформатора и нуждаются в защите. В процессе преобразования высокого напряжения в низкое оборудование выделяет много тепла. Во избежание выхода трансформаторов из строя это тепло нужно отводить.

Для решения задач, связанных с эксплуатацией трансофрматоров, используют специальные масла.

Трансформаторное масло – это продукт перегонки очищенной сырой нефти. Температура его кипения составляет от +300 °C до +400 °C. В зависимости от того, какая нефть была использована, масла обладают определенными свойствами. Они имеют сложный состав, в который входят следующие компоненты:

• 10-15 % парафинов
• 60-70 % нафтенов или циклопарафинов
• 15-20 % ароматических углеводородов
• 1-2 % асфальто-смолистых веществ
• < 1 % сернистых соединений
• < 0,8 % азотистых соединений
• < 0,02 % нафтеновых кислот
• 0,2-0,5 % антиокислительной присадки

Назначение трансформаторных масел заключается в следующих функциях:

• Охлаждение
• Электрическая изоляция
• Гашение дуги

В оборудовании мощностью 50-500 кВА используется бумажно-масляная изоляция. Это пропитанная маслом изоляционная бумага. В трансформаторах мощностью 20-30 кВА применяются крупные стальные конструкции (баки) с большим количеством труб, которые выходят параллельно в одну или несколько сторон. Обмотки с сердечником помещаются в трубчатый бак, где их окружает масло, которое отводит тепло. Благодаря конвекции горячая жидкость поднимается вверх по трубе, охлаждается, и опускается обратно в резервуар. По мере нагрева масла этот процесс повторяется.

Область применения трансформаторного масла

Для начала, развеем некоторые стереотипы. Существует устойчивое заблуждение, что все жидкости являются проводниками. На самом деле далеко не все, и не так явно, как металлы.

Важное свойство трансформаторного масла – высокое сопротивление электрическому току. Настолько высокое, что жидкость фактически является диэлектриком (в разумных пределах, разумеется).

Такая характеристика, как смазывающая способность, в электрике интересна в последнюю очередь. А вот теплопроводность напротив, очень важна.

О свойствах поговорим отдельно, они вытекают из двух областей применения:

1. В электрических трансформаторах, масло выполняет роль диэлектрика и средства для эффективного отвода тепла. Всем известно, что электроустановки сильно греются. Воздушное охлаждение не настолько эффективно, поскольку не может обеспечить плотный контакт объекта охлаждения со средой отвода тепла. Трансформаторы приходится делать массивными, с большой площадью рассеивания. Назначение трансформаторного масла – эффективный отвод тепла при относительно компактной конструкции.
   Радиаторы присутствуют, и даже снабжены вентиляторами обдува.
   
   Но подобная система отвода тепла несоизмерима по габаритам с трансформаторами воздушного охлаждения (в пользу жидкостных).
2. Кроме того, трансформаторное масло используется в контактных группах выключателей. Разумеется, речь идет не о тех клавишах на стене, которыми вы включаете свет в ванной комнате. Масляные выключатели достигают размеров небольшого дома, и применяются на высоковольтных подстанциях, снабжающих электроэнергией как минимум промышленное предприятие, или целый город.
   

Эксплуатационные показатели подобных устройств поражают воображение: напряжение несколько сотен тысяч вольт, и сила тока до 50 тысяч ампер.

Масло в этих устройствах имеет две функции. Разумеется, изоляционные свойства, как и в трансформаторах. Но главное назначение – эффективное гашение электрической дуги.

При размыкании (замыкании) контактов на электрических коммутационных устройствах с такими параметрами, возникает электрическая дуга, способная разрушить контактную группу за несколько циклов.

Однако проблемы возникают лишь в воздушной среде. Если внутренняя полость заполнена трансформаторным маслом – искрения и дуги не возникнет.

Объективности ради, заметим: существует и другое решение. Помимо масляных, активно применяются вакуумные выключатели. Правда, они качественно выполняют лишь одну функцию: гашение дуги. Диэлектрические свойства вакуума сопоставимы с обычным воздухом. Однако, это тема другой статьи.

Технические характеристики

Данные жидкости должны быть сопоставимы с условиями эксплуатации электрического оборудования:

• кислотное число с указанием едкого калия (мг) для нейтрализации свободных кислот;
• вязкость, за счет которой масло обладает охлаждающими свойствами;
• температура вспышки, когда пары жидкости воспламеняются от источника открытого огня;
• реакция водной вытяжки с обозначением количества нерастворимых кислот в масле;
• пробивное напряжение и при максимальном уровне масла не допустит пробоя у изоляции обмотки;
• зольность, указывающая на качество промывки свежего масла, ведь иначе могут оставаться частицы мыла, солей;
• содержание серы, которой также не должно оставаться после переработки сырой нефти.

Справка! Серные соединения – химический элемент, провоцирующий коррозию и сопротивление контактов в переключателях.

Плотность

От плотности зависит качество, рабочие характеристики масла. Среднее значение при t +20 градусов – 900 кг/м3. По мере повышения температуры – снижается. При 0гр составляет 892 кг/м3.

Плотность – важный физический показатель масла, но полностью зависит от исходного сырья.

Коэффициент вязкости

Вязкость влияет на процессы теплообмена в наполненном агрегате маслом. Лучше, если этот показатель будет занижен для повышенной передачи тепла из обмоток.

Справка! По поводу вязкости трансформаторного масла нередко у специалистов возникают споры. Какое выбрать для заливки в электрическое оборудование? Высокая вязкость повышает электроизоляционные характеристики масла, низкая – отлично охлаждает. В целом вязкость должна зависеть от определенной температуры при работе агрегата. Силовые трансформаторы – тяжелые, габаритные. Вязкость – незаменимая часть при проведении экспертизы рабочей жидкости. Выявляется средний показатель, чтобы функциям.

Часто специалисты при выборе вязкости масла идут на компромисс. При расчетах используют такие понятия, как динамическая, кинематическая, удельная вязкость.

Динамический

Коэффициент вязкости измеряется вискозиметром Энглера (в градусах). Рассчитывается по эмпирическим формулам с учетом силы подачи на твердый шарик в жидкости:. η = f/6ПrVk, где:

• f – сила в (Н), действующая на твердый шарик;
• V – скорость движения шарика, м/с;
• r – радиус шарика (мм);
• k – поправочный коэффициент в зависимости от влияния стенок сосуда.

Справка! Вязкость в градусах Энглера – время, которое необходимо для израсходования масла (200 мл при t+ 50 градусов). Полученное время при расчетах делится на время истечения, объем дистиллированной воды (200 мл) при t+20 градусов.

Кинематический

Коэффициент, который получается при делении динамической вязкости на плотность трансформаторной жидкости.

Определяется вязкость за счет вискозиметра Цинкевича. Средний параметр – 28х10-6 м2/с3. При повышенном значении улучшаются электроизоляционные свойства масла. Хотя охлаждающая способность – снижается.

Совет! При выборе вязкости масла стоит опираться на среднее значение.

Кислотное число

Параметр важен при проведении полного, сокращенного анализа трансформаторной жидкости. Определяется в мг КОН, необходимых для нейтрализации 1 г нефтепродукта

Кислотное число – нормируемый показатель, указывающий на:

• степень износа, коррозию металлических поверхностей;
• возможное снижение диэлектрической прочности масла;
• количество нафтеновых кислот (%), продуктов распада в масле;
• необходимость проведения регенерации с целью продления срока службы силой установки, восстановления диэлектрической прочности, химического состава электроизоляционной жидкости.

Температура

Масло добывается из очищенной нефти путем доведения до кипения при t +300+400 градусов. Далее трансформаторная жидкость очищается.

Температура вспышки, застывания, кипения указывает на степень свежести масла, имеет важное значение в ходе проведения диагностики.

Вспышки

Вспышка – нагрев масла до температуры, когда в сочетании с воздухом образуется легковоспламеняющаяся смесь. Топливная жидкость при этом даже не успевает загореться.

Важно! Температура вспышки в норме – не выше + 135 г. В случае нагрева свыше t вспышки масло попросту загорится при поднесении спички.

Застывания

Температура застывания – до -40 градусов, в южных районах до -35.

Под данным термином понимают масло, которое начинает застывать до такой степени, что в случай наклона пробирки под углом 45 градусов, попросту не стекает 1 минуту со стенок.

Температура застывания в масляных выключателях – важный параметр. Масло в охлажденном виде не должно застывать при t свыше 45 гр. Хотя все зависит от места заливки масла (выключатель, трансформатор), режима работы оборудования (на открытом воздухе, в закрытом помещении).

Кипения

Температура кипения в норме +300+400 градусов. Это заключительный этап, в ходе которого получают чистое трансформаторное масло после очистки от дистиллятов.

Удельная массовая теплоемкость

Измеряется по системе СИ для промышленного масла в Дж/кг. Высокая теплоемкость масла позволяет рассеивать тепло от разных участков циркуляции в оборудовании. Но это не постоянная величина. Полностью зависит от окружающей температуры.

Среднее значение теплоемкости для трансформаторного масла – 1.67-2.5 кДж / кг. Коэффициент в ходе экспериментов исчисляется специальным номографом.

Теплопроводность

Теплопроводность (0-120 градусов) изменяется по мере старения, накопления вредных компонентов, воды, механических примесей, газов в масле. Если значительно снижается, то в трансформаторе нарушается электроизоляционная среда и отвод тепла от нагревающего элемента.

Коэффициент теплопроводности (λ, Вт/(м’К) полностью зависит от температуры масла. Например, при 0 градусов составляет – 0,1123, при +120 градусов – 0,1022.

Критерий Прандтля

Физический показатель среды трансформаторного диэлектрика высчитывается по формуле: Pr = n/a = mcp/l:

• n = m/r — кинематический коэффициент вязкости;
• m — динамический коэффициент вязкости;
• r — плотность;
• l — коэффициент теплопроводности;
• а = l/rcp — коэффициент температуропроводности;
• cp — удельная тепломкость среды при постоянном давлении.

Число позволяет определить физическую характеристику среды и ее термодинамическое состояние. Показатель будет изменяться при колебаниях температуры: 0 °C Pr = 866, 100 °C Pr = 43,9.

Натровая проба

Метод для выявления степени качества трансформаторной жидкости. Насколько она очищена от примесей, мыла, солей.

Натровая проба указывает на стабильность масла к окислению. Если завышена, значит, в жидкости остались посторонние загрязнения даже после промывки.

Химический состав трансформаторного масла и его строение

Трансформаторное масло получают из нефти, в строение которой входят углерод и водород, а также ряд других соединений, содержащих кислород, азот и серу. В процентном соотношении доли компонентов распределяются следующим образом: углерод – 84-85%, водород – 12-14%.

На свойства трансформаторного масла большое влияние оказывает происхождение исходного сырья, т.е. место добычи нефти. Масляные углеводороды могут принадлежать к одной из следующих четырех групп.

Метановые углеводороды

Еще называют углеводородами парафинового ряда. Они имеют хорошую химическую устойчивость и высокую температуру вспышки. Но одновременно такие вещества могут терять текучесть уже при комнатной температуре. Последнее обстоятельство существенно ограничивает применение метановых нефтей для получения изоляционных масел.

Нафтеновые углеводороды

Одна из основных составляющих частей масляных фракций. Нафтены демонстрируют большую устойчивость в сравнении с метанами и легко окисляются.

Ароматические углеводороды

Условно можно разделить на углеводороды симметрического строения и ароматики с длинными боковыми цепями.

Вещества первого типа окисляются достаточно трудно. Именно поэтому они являются ценной составляющей трансформаторного масла.

Вещества второго типа наоборот склонны к соединению с кислородом. Данная способность увеличивается пропорционально росту числа и длины боковых цепей.

Ароматические углеводороды входят во все трансформаторные масла. Именно из них обычно образуются шламы, но полностью избавится от такой составляющей, не «переочистив» масло, не представляется возможным.

Олефиновые углеводороды

Являются ненасыщенными углеводородами, поскольку могут относительно легко взаимодействовать с другими веществами. Они нестабильны, поэтому должны полностью удаляться из трансформаторных масел.

В большинстве случаев в состав нефтей входят все перечисленные группы углеводородов. Самые лучшие сорта масляной нефти содержат 75-83% нафтеновых углеводородов. Если количество метановых углеводородов превышает 25-30%, то такую нефть называют парафиновой.

Ароматические углеводороды содержатся в нефти в количестве 14-30%, а ненасыщенные олефиновые углеводороды – 0,1-0,5%.

Чем выше температура кипения нефтяной фракции, тем нефть богаче углеродом и беднее водородом. Также рост температуры приводит к усложнению структуры молекул углеводорода.

Очистка трансформаторного масла

GlobeCore предлагает специальное оборудование для очистки и восстановления эксплуатационных свойств абсолютно любых видов трансформаторных масел как отечественного, так и заграничного производства. Разнообразность используемых технологий (термовакуумная обработка, использование специальных сорбентов и т.д.) позволяет добиться полного восстановления физико-химических свойств отработанных масел до уровня свежих.

Теперь загрязненное масло не нужно утилизировать и покупать новое. Достаточно просто провести его обработку на масляных мобильных станциях типа СММ , и срок службы трансформаторного масла будет продолжен!

Регенерация трансформаторного масла в работающем трансформаторе

Технические характеристики трансформаторного масла

Так же, как и минеральное моторное, трансформаторное масло производится путем перегонки подготовленной сырой нефти (очищенной), методом кипячения сырья. После возгонки при температуре 300°C — 400°C, остается так называемый соляровый дистиллят.

Собственно, эта субстанция является основой для получения трансформаторного масла. Во время очистки, снижается насыщенность ароматическими углеродами и не углеродными соединениями. В результате повышается стабильность продукта.

При возгонке и выделении дистиллята, можно управлять физическими и химическими процессами. Манипулируя базовым сырьем и технологией, можно менять свойства трансформаторного масла. Они определяются полученным соотношением компонентов:

Интересно, что этот продукт экологически чист. При его производстве, использовании и утилизации, воздействие на природу не выше, чем у исходного сырья (сырой нефти). В состав не включаются добавки, синтезированные искусственным путем.

Как и нефть, масло для трансформаторов и выключателей не токсично (насколько это можно сказать о нефтепродуктах), не разрушает озоновый слой, и бесследно разлагается в природной среде.

Одна из важных характеристик – плотность трансформаторного масла. Типичная величина лежит в диапазоне 0,82 – 0,89 * 10³ кг/м³. Цифры зависят от температуры: рабочий диапазон в пределах 0°C – 120°C.

При нагреве она уменьшается, этот фактор принимается во внимание при проектировании радиаторной системы охлаждения трансформаторов.

Поскольку масла относительно универсальны, эта характеристика может варьироваться в зависимости от потребностей заказчика. Трансформаторные подстанции располагаются в различных климатических зонах, зачастую в условиях крайнего Севера и Сибири.

Не только плотность меняется в зависимости от температуры

Вязкость трансформаторного масла может радикально изменить общие показатели электроустановки.

Показатели	ТКп	Масло селективной очистки	Т-1500У	гк	вг	АГК	МВТ
Кинематическая вязкость, им2/с* при температуре
50°С	9	9	—	9	9	5	—
40°С	—	—	11	—	—	—	3,5
20°С	—	28	—	—	—	—	—
-30°С	1500	1300	1300	1200	1200	—	—
-40°С	—	—	—	—	—	800	150
Кислотное число, мг КОН/г, не более	0,02	0,02	0,01	0,01	0,01	0,01	0,02
Температура, °С
Вспышки в закрытом тигле, не ниже	135	150	135	135	135	125	95
Застывания, не выше	-45	-45	-45	-45	-45	-60	-65

Этот параметр – порождение компромисса. Для обеспечения электрической прочности масла, вязкость должна быть высокой. Практически, как твердый диэлектрик. Но изоляция проводников, это не единственное предназначение рассматриваемой жидкости.

Принцип работы масляного трансформатора — видео

• Теплоотвод – возможен при достаточно жидком теплоносителе. То есть, для нормального охлаждения электроустановки вязкость должна быть как можно более низкой.
• Гашение электрической дуги. Как это работает? В обычной воздушной среде, при размыкании (замыкании) контактов под высокой нагрузкой, возникает дуга, подобная сварочной.

Густое масло, механически не сможет быстро заполнить пространство при движении контактов. Образовавшиеся воздушные полости станут поводом для дугообразования. И напротив, достаточно жидкий наполнитель постоянно будет поддерживать среду без пузырьков.

Вспышка и воспламенение

Интересный с точки зрения физики процесса, такой параметр, как температура вспышки трансформаторного масла. Для любых нефтепродуктов, это температура воспламенения жидкой среды, при контакте с открытым источником пламени.

Однако внутри трансформатора не создаются условия для горения, по причине отсутствия достаточного количества кислорода. А вот открытое пламя теоретически возможно: если при размыкании контактов образуется кратковременная дуга.

Поэтому в свойства масел закладывается увеличение температуры вспышки. Это значение постепенно уменьшается, по причине дефектов трансформаторного оборудования. При нормальной работе, температура вспышки напротив, увеличивается. Допустимое значение – более 155°C.

Для понимания механизма – температура вспышки связана с испаряемостью масла. То есть, оно должно быть достаточно жидким, но при этом не переходить в газообразное состояние при нормальных условиях эксплуатации.

Кроме традиционного параметра, есть такое понятие, как температура самовоспламенения, характерное именно для трансформаторов. В нашем случае эта величина составляет 350°C – 400°C.

Если обмотки нагреются до такой температуры – возникает неконтролируемое горение и взрыв трансформатора. К счастью, подобные случаи происходят крайне редко. Разумеется, при условии соблюдения условий эксплуатации.

Поэтому, вместе с подбором качественного масла, необходимо постоянно следить за состоянием электроустановок. При проведении тестовых отборов жидкости, можно понять, какие проблемы есть в самом трансформаторе или высоковольтном выключателе.

После проведенных исследований, оцениваются такие показатели, как преломление вязкости, плотность, диэлектрические свойства, и пр. Результаты сравниваются с табличными значениями, установленными стандартом применения масел.

В таблице показаны основные показатели трансформаторного масла:

Температура t, °С	Плотность р, кг/м3	Cp, кДж/(кгК)	λ, Вт/(м’К)	а-10**8, м2/с	μ-10**4, Пас	v-10**6, м2/с	ß-10**4, К»1	Рг
0	892,5	1,549	0,1123	8,14	629,8	70:5	6,80	866
10	886.4	1,620	0,1115	7,83	335,5	37,9	6.85	484
20	880,3	1,666	0,1106	7,56	198,2	22,5	6,90	298
30	874,2	1,729	0,1008	7,28	128,5	14.7	6.95	202
40	868,2	1,788	0,1090	7,03	89.4	10,3	7,00	146
50	862,1	1,846	0,1082	6,80	65.3	7,58	7,05	111
60	856,0	1,905	0,1072	6,58	49,5	5,78	7,10	87,8
70	850,0	1,964	0,1064	6,36	38.6	4,54	7,15	71.3
80	843,9	2,026	0,1056	6,17	30.8	3,66	7,20	59,3
90	837.8	2.085	0,1047	6,00	25,4	3,03	7,25	50,5
100	831,8	2,144	0,1038	5,83	21.3	2,56	7,30	43.9
110	825,7	2,202	0,1030	5,67	18.1	2,20	7,35	38,8
120	819,6	2,261	0,1022	5,50	15.7	1,92	7,40	34,9

• cp — удельная массовая теплоемкость, без изменения рабочего давления;
• λ – теплопроводность: общий коэффициент;
• a – температурная проводимость: общий коэффициент;
• μ — динамический коэффициент вязкости;
• ν — кинематический коэффициент вязкости;
• β — объемное расширение: общий коэффициент;
• Pr — критерий Прандтля.

Технические жидкости для обеспечения работы трансформаторных подстанций закупаются в огромных объемах, это достаточно затратно. Каждая партия тестируется перед использованием, и в процессе работы.

Ежегодно, техническая жидкость требует масштабной очистки. Этим занимаются специальные службы. А каждые 5-6 лет, требуется регенерация (практически полная замена масла в электроустановке). Процедура недешевая, но без ее выполнения эксплуатация трансформатора станет небезопасной.

В качестве компромисса, широко применяется восстановление свойств. Отработка сдается на нефтехимическое предприятие, где масло приобретает первоначальные свойства. Стоимость добавленных присадок многократно ниже, в сравнение с полной заменой материала.

Варианты применения трансформаторного масла в быту

Жидкость применяется не только на промышленном оборудовании и силовых трансформаторах, но и в быту:

• для охлаждения, гашения электрической дуги;
• заливки в электрооборудование высоких классов напряжения;
• смазки вакуумных выключателей, высоковольтных трансформаторов.

Сроки эксплуатации трансформатора и масла не связаны между собой напрямую. Однако, высоковольтная установка прослужит безотказно до 15 лет, если производить ежегодную очистку масла и регенерацию 1 раз в пять лет, выводить антиокислители, проводить фильтрацию, устанавливать антиокислительные присадки и расширители с фильтрами для выведения газов, поглощения воды и кислорода.

Технические характеристики трансформаторного масла

Требования к трансформаторному маслу очень высокие. Их характеристики должны соответствовать условиям эксплуатации оборудования, а сам материал обеспечивать его надежную работу.

Все трансформаторные масла должны обладать электроизоляционными свойствами. Их диэлектрическая прочность напрямую зависит от наличия воды и волокон. Именно поэтому вода и механические примеси не должны присутствовать в масле, так как они снижают его электроизоляционные свойства.

Температура застывания масла не должна быть выше -45 °C, но для южных регионов допустимо применение жидкостей, температура застывания которых составляет -35 °C. Это необходимо для сохранения текучести при эксплуатации под воздействием отрицательных температур. Для эффективного отвода тепла жидкости должны иметь наименьшую вязкость при температуре вспышки. Для разных марок она составляет от +95 °C до +150 °C.

Одной из наиболее важных характеристик трансформаторного масла является окислительная стабильность – способность жидкости сохранять свои свойства при длительной эксплуатации. Данный параметр обеспечивается антиокислительной присадкой, эффективность которой зависит от того, насколько хорошо она взаимодействует с продуктами реакции окисления углеводородов.

Плотность жидкости находится в пределах (0,84-0,89)*103 кг/м3. Ее необходимо знать для расчета массы продукта. Также она позволяет узнать углеводородный состав жидкости.

Вязкость – важное свойство трансформаторного масла. Для получения высокой электрической прочности жидкость должна быть вязкой. Но для того, чтобы масло правильно работало в качестве охлаждающей среды в трансформаторах и в качестве среды для движущихся элементов привода выключателей, оно должно обладать невысокой вязкостью. Иначе охлаждение будет недостаточным, а выключатели не смогут разрывать электрическую дугу.

В связи с этим показатель кинематической вязкости при +20 °C должен составлять 28-30*10-6 м2/с.

Особенности применения

В зависимости от химического состава и эксплуатационных характеристик различные марки масел применяются для различных целей. В новое электрооборудование следует заливать только свежие жидкости, которые до этого нигде не применялись. Каждая партия используемого масла должна иметь сертификат завода-изготовителя.

Перед заливкой масла в оборудование его нужно предварительно подвергнуть глубокой термовакуумной обработке. Данную процедуру определяет руководящий документ РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования.» Согласно ему максимальное содержание воды в масле, применяемом для трансформаторов с пленочной или азотной защитой, измерительных трансформаторов и герметичных вводов, должно составлять 0,001 % массы, а концентрация воздуха не должна превышать 0,5 % массы.

В электрооборудовании без пленочной защиты и негерметичных вводах содержание воды в масле допустимо в количестве 0,0025 % массы. От чистоты жидкости зависит область ее применения. Жидкости, используемые в оборудовании напряжением до 220 кВ, должны быть не ниже 11 класса, а в аппаратах напряжением свыше 220 кВ – не ниже 9 класса.

Проверка масел

Параметры масел проверяют при помощи анализа следующих физико-химических и электроизоляционных характеристик:

• Электрической прочности
• Тангенса угла потерь
• Влагосодержания
• Содержания газа
• Количественного состава механических примесей

Замер влагосодержания производится при помощи реакции влаги, которая находится в масле, с гидритом кислорода. Содержание газа определяется по степени изменения остаточного давления в емкости после заливки в нее пробы исследуемой жидкости. Количество механических примесей определяется путем фильтрации растворенного в бензине масла через бумажный фильтр, который не содержит золы.

Электрическая прочность жидкости измеряется в ходе испытаний на пробой. Для этого используется разрядник 2,5 мм с диаметром электродов 25,4 мм. Полученный результат должен быть не менее 70 кВ, при котором электрическая прочность будет равна не менее 280 кВ/см.

Тангенс угла потерь определяется наличием примесей. В чистой жидкости его значение составляет не более 0,02 % при +90 °C в условиях частоты поля 50 Гц. В окисленном состоянии масла он может быть более 0,2 %.

Эксплуатация трансформаторного масла

Со временем ресурс антиокислительных присадок в масле заканчивается и оно начинает поглощать и растворять в себе большое количество газов. В стандартных условиях количество кислорода, азота и углекислоты составляет 0,16 мл, 0,86 мл и 1,2 мл. Если происходит выделение газов, это означает, что у обмотки появились дефекты. Также по наличию газов, растворенных в трансформаторном масле, можно посредством хроматографического анализа выявить дефекты трансформаторов.

Срок службы масла и трансформатора напрямую не связан. Независимо от срока эксплуатации трансформатора жидкость необходимо ежегодно подвергать очистке, а каждые 5 лет – регенерировать ее. Регенерация масла производится с применением силикагеля на специальных маслорегенерационных установках.

Тем не менее, в современном электротехническом оборудовании
предусмотрены некоторые меры, которые продлевают срок службы трансформаторного масла:

• Установка расширителей с фильтрами для поглощения кислорода, воды и выделяемых газов
• Периодическая очистка жидкости
• Непрерывная фильтрация
• Добавление антиокислительных веществ
• Предупреждение перегрева масла

Поводом для изъятия масла из эксплуатации может быть его загрязнение веществами, которое привело к изменению характеристик. В этом случае достаточно провести механическую очистку жидкости. Выделяют следующие методы очистки:

• Фильтрация
• Адсорбционная обработка
• Центрифугирование
• Вакуумная обработка

Парадигма выбора трансформаторного масла

Базовым положением парадигмы выбора трансформаторного масла является пункт 1.2 ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды», который формулируется следующим образом:

«Изделия должны сохранять свои параметры в пределах норм, установленных техническими заданиями, стандартами или техническими условиями в течение сроков службы и сроков сохраняемости, указанных в технических заданиях, стандартах или технических условиях, после и (или) в процессе воздействия климатических факторов, значения которых установлены настоящим стандартом. Изделия предназначаются для эксплуатации, хранения и транспортирования в диапазоне от верхнего до нижнего значения этих климатических факторов…».

Смысл данного положения заключается в том, что если для изделия в целом установлены конкретное климатическое исполнение и категория размещения, указанные на табличке трансформатора, то завод-изготовитель гарантирует, что все составные части трансформаторы будут гарантированно надежно функционировать в соответствующем диапазоне температур окружающей среды при соответствующих условиях размещения.

Ни один трансформаторный завод на сегодня не выпускает универсальные трансформаторы, которые могут эксплуатироваться в любых районах мира. Поэтому предприятия выпускают сегодня помимо линейки стандартных трансформаторов модификации для различных климатических условий эксплуатации. Все типы климатических условий и категории размещения оборудования стандартизированы в упомянутом выше ГОСТ 15150-69. Климатическое исполнение и категория размещения в соответствии с ГОСТ Р 52719 обязательно должны быть указаны на табличке трансформатора либо в соответствующей части полного обозначения трансформатора, либо в отдельном поле, и имеет буквенно-цифровой вид, как это показано на рис. 5. В этом обозначении в соответствии с ГОСТ 15150-69:

1. буквы обозначают климатическое исполнение (т. е., фактически регион установки);
2. цифра указывает на категорию размещения (т. е., где конкретно установлен трансформатор: на улице, в помещении и пр.).

Рис. 5. Климатическое исполнение и категория размещения на табличке трансформатора
В России основными климатическими исполнениями для силовых и распределительных трансформаторов являются «У» и «УХЛ», иногда встречается исполнение «М». Наиболее распространенные категории размещения 1 и 3. Подробные пояснения даны в таблицах 5 и 6.

Таблица 5. Пояснения к климатическим исполнениям

У	Для макроклиматического района с умеренным климатом (эксплуатация на суше, реках, озерах)
УХЛ	Для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом (эксплуатация на суше, реках, озерах)
М	Для макроклиматического района с умеренно-холодным морским климатом (эксплуатация в районах с морским климатом)

Таблица 6. Пояснения к категориям размещения

1

Эксплуатация на открытом воздухе

3

Эксплуатация в закрытых помещениях (объемах) с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе, например, в металлических с теплоизоляцией, каменных, бетонных, деревянных помещениях (отсутствие воздействия атмосферных осадков, прямого солнечного излучения; существенное уменьшение ветра; существенное уменьшение или отсутствие воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги)

В зависимости от климатического исполнения и категории размещения определяются верхние и нижние температурные границы эксплуатации трансформаторов и параметры влажности. Соответствующие значения приведены в таблице 7.

Таблица 7. Температурные диапазоны эксплуатации и параметры влажности

У1	Температура от +40 до −45 °С, влажность до 100 % (25 °С)
УХЛ1	Температура от +40 до −60 °С, влажность до 100 % (25 °С)
М1	Температура от +40 до −40 °С, влажность до 100 % (25 °С)
У3	Температура от +40 до −45 °С, влажность до 98 % (25 °С)
УХЛ3	Температура от +40 до −60 °С, влажность до 98 % (25 °С)
М3	Температура от +40 до −40 °С, влажность до 98 % (25 °С)

Например, буквенно-цифровой код «У1», указанный на табличке трансформатора на рис. 5, означает, что трансформатор предназначен для эксплуатации на улице в районах с умеренным климатом. Температура эксплуатации от +40 до −45 °С, влажность до 100 % (25 °С).

Наибольшую сложность при составлении технического задания на закупку силового или распределительного масляного трансформатора очень часто представляет именно установка требования по трансформаторному маслу.

Для оптимального выбора трансформаторного масла необходимо представлять годовой температурный профиль региона, в котором предполагается эксплуатировать силовой или распределительный трансформатор. На рисунках 6-9 представлены четыре карты температурных профилей. Из ГОСТ 15150-69 представлены карты макроклиматического района холодного климата России (рис. 6) и макроклиматические районы земного шара (рис. 7). Более детально для России на рис. 8 приведены минимумы января, а на рис. 9 — абсолютные минимумы года. Такие температурные профили помогут не ошибиться с выбором конкретного трансформаторного масла.

Рис. 6. Границы макроклиматического района с холодным климатом на территории РФ

Рис. 7. Макроклиматические районы земного шара

Рис. 8. Распределение температуры воздуха в январе на территории РФ

Рис. 9. Абсолютные минимумы года на территории РФ
В результате обобщения вышеприведенной информации и многолетнего опыта в сфере продаж силовых и распределительных трансформаторов, представляется возможным сформулировать общее правило выбора трансформаторного масла, которое должно быть залито заводом-изготовителем в закупаемый трансформатор:

При эксплуатации трансформатора за пределами макроклиматического района с холодным климатом на территории РФ (или в любой точке земного шара) целесообразно в большинстве случаев использовать трансформаторное масло с диапазоном рабочих температур климатического исполнения У. В пределах макроклиматического района с холодным климатом необходимо использовать трансформаторное масло с диапазоном рабочих температур УХЛ1. В соответствии с указанным правилом, трансформатор в пределах большей части федеральных округов (СЗФО, ЦФО, ПФО, СКФО, ЮФО, КФО) должен иметь климатическое исполнение соответственно У1. Необходимость климатического исполнения УХЛ1 следует рассматривать при эксплуатации на территории УрФО, СФО и ДВФО.

Диэлектрическая постоянная масла

Одним из главных показателей технических масел является ɛ − диэлектрическая постоянная масла (диэлектрическая проницаемость масла), характеризующая ее диэлектрические свойства.

Свежие технические масла являются неплохими диэлектриками, среди которых особо высокими диэлектрическими свойствами обладают электроизоляционные масла – трансформаторные, кабельные, конденсаторные. В целом же, диэлектрическая постоянная масел находится в пределах 2,3- 2,6.

В ходе эксплуатации масло постепенно изменяет свой химический состав за счет загрязнения водой, металлическими продуктами износа, технологическими жидкостями, продуктами истощения присадок, продуктами неполного сгорания топлива, сажей и др. Изменение физико-химического состава масла приводит к увеличению его диэлектрической постоянной, причем величина приращения диэлектрической постоянной масла напрямую связана со степенью загрязнения масла инородными примесями.

В связи с тем, что диэлектрическая проницаемость масла изменяется под действием целого ряда загрязнений, то точно выявить причину приращения диэлектрической постоянной не представляется возможным, однако по результатам практических исследований, установлены коэффициенты корреляции между диэлектрической проницаемостью и показателями моторных масел.

Рис.1 − Значение коэффициентов корреляции между диэлектрической проницаемостью и показателями моторных масел

В практике сервисных служб промышленных предприятий знание точного количественного значения ɛ является не столь важным, в то время как вся диагностическая информация о текущем состоянии масла сосредоточена в характере изменения диэлектрической постоянной масла ɛ с течением времени эксплуатации. Контролируя это изменение через построение трендов, и дополняя их контролем других показателей масла, вы всегда можете прогнозировать приближение состояния масла к пороговому значению и своевременно провести его замену – не ранее и не позднее необходимого срока.

Для периодического контроля диэлектрической постоянной ɛ непосредственно по месту установки оборудования очень важно выполнение следующих условий:

• проведение измерений собственным обслуживающим персоналом, без привлечения сторонних специалистов,
• проведение контроля без использования специальных реактивов и громоздкого оборудования,
• обеспечение высокой скорости проведения измерений.

Всем этим требованиям соответствует портативный анализатор BALTECH OA-5000, принцип действия которого основан на сравнении диэлектрической постоянного свежего и эксплуатируемого масла.

Процедура измерений исключительно проста и включает:

1. Калибровку прибора по капле свежего масла с сохранением измеренного значения ɛ в памяти прибора.
2. Очистку камеры анализа от капли свежего масла.
3. Тестирование эксплуатируемого масла нанесением его капли в камеру анализа.
4. Получение результатов измерений по цветовой шкале анализатора:

• индикатор в «зеленом» секторе дисплея – удовлетворительное состояние масла, допускающее его дальнейшую эксплуатацию;
• индикатор в «красном » секторе дисплея – неудовлетворительное состояние масла, требующее его замену.

Несмотря на высокую достоверность результатов измерений анализатором, во многих случаях контроль лишь диэлектрической проницаемости масла ɛ является недостаточным, поэтому для получения количественных значений основных показателей масла (вязкость, ОКЧ, ОЩЧ, содержание загрязнений и продуктов износа и др.) и диагностической информации о состоянии оборудования, компания MVR рекомендует к приобретению одну из наших минилабораторий. С функциональными возможностями каждой модели вы можете ознакомиться на нашем сайте.

Если же по финансовым или иным соображениям приобретение наших систем для маслоанализа не представляется для вас возможным, то специалисты отдела выездного обслуживания и энергосервиса (ОВОЭ) компании MVR не только проведут всесторонний анализ ваших масел, но, и по вашему желанию, проведут весь комплекс работ по тепловизионному обследованию, вибродиагностике и виброналадке вашего оборудования.

Второстепенные характеристики трансформаторного масла

Устойчивость масла к окислению – это не что иное, как противодействие старению. Есть две негативные стороны этого явления:

1. Связывание молекулами кислорода активных добавок, которые обеспечивают базовые параметры жидкости.
2. Отложение продуктов окисления на поверхностях деталей трансформатора: обмотках, проводниках, контактных группах. Это приводит к снижению теплоотвода, с последующим закипанием масла в точках соприкосновения.
3. Зольность – наличие посторонних примесей и причина их появления. После промывки нового масла, в его составе остаются химические моющие средства (это касается и регенерации старой жидкости).

Если их не удалить – образуются зольные фракции, которые оседают на рабочих частях трансформаторов и выключателей. Для борьбы с этим явлением, в масло добавляются присадки, нейтрализующие солевые и мыльные отложения.

Температура текучести (застывания) характеризует превращение жидкости в консистентную смазку. Этот показатель (от — 35°C до — 50°C) применим лишь при холодном пуске электроустановки. Работающий трансформатор сам является источником тепла, и поддерживает жидкость в рабочем состоянии.

Марки

Масла для трансформаторов эксплуатируются в различных условиях, подчас, достаточно сложных: при отрицательных температурах в Арктике, или, наоборот – при очень высоких в странах с жарким климатом.

Трансформаторы на морских нефтяных платформах также функционируют в экстремальных режимах.

Для разных условий эксплуатации существуют разные виды трансформаторных масел. Разница рабочих качеств обусловлена различными технологиями их изготовления, а технологии подбираются в зависимости от исходного сырья, т.е. нефти.

Различные марки масел представлены, в основном, российскими, шведскими и австрийскими производителями. Зарубежные аналоги чаще всего незначительно превосходят российские по качеству, поскольку требования к показателям масел за рубежом более жесткие. Их стоимость относительно высока.

Марка ТСП

Производят из нефти, добытой в западной части Сибири. Качество этой марки не слишком высокое, не рекомендуется использовать его в агрегатах мощностью свыше 220 кВ. Марка ТКп вырабатывается из нефти, имеющей малую сернистость. Рассчитано на напряжения до 500 кВ.

Российские масла Т750 и Т1500

К примеру, производятся устаревшими методами, при их изготовлении используется серная кислота, в результате в маслах содержится довольно много серы.

Но для оборудования, напряжение которого не превышает 500 кВ, эти масла вполне подходят, а при дополнительной обработке могут заливаться и в технику, рассчитанную до 750 кВ.

Масло марки ГК

Также российского производства, производится по более современной технологии гидрокрекинга. Применение каталитической гидропарофинизации придает ей высокие гидроизоляционные свойства, что позволяет эксплуатировать масла этой марки на оборудовании с мощностью до 1150 кВ. Масло ВГ устойчиво к окислению, производится из парафинистой нефти.

Отличные изоляционные свойства позволяют использовать в технике, рассчитанной на очень высокие напряжения.

Масло АГК

Относится к классу арктических масел и характеризуется стабильной работой при низких температурах. Его малая вязкость рассчитана на эксплуатацию при отрицательных температурах. Подходит для оборудования с высшими классами напряжения.

Марка МВТ

Применяется для использования в северных широтах. Помимо малой вязкости, имеет низкую температуру застывания, а также низкую температуру вспышки.

Шведская компания Nynas производит масла марок Nitro10X и Nitro11GX

Обе марки производятся из венесуэльской нефти, которая содержит очень мало твердых парафинов и сернистых соединений. Масла, изготовленные из этого сырья, превосходят российские по низкотемпературным свойствам.

Mobil из США выпускает масло Mobilect 44N

Производят из техасских нафтеновых нефтей, в которых тоже низкий уровень парафинов и серы. Благодаря добавлению присадок, у масла хорошие низкотемпературные и антиокислительные показатели.

Помимо перечисленных компаний, выпуском трансформаторных масел занимаются Shell (Нидерланды), Technol (Азербайджан), British Petroleum (Великобритания) и многие другие, а количество марок трансформаторного масла очень велико.

Трансформаторные масла имеют множество параметров и показателей, поэтому подбор нужной марки с подходящим составом – задача для неспециалиста очень сложная. В результате неверного выбора высока вероятность выхода из строя дорогостоящего оборудования. К тому же, трансформаторы – устройства с высоким напряжением, так что вполне возможны и человеческие жертвы.

Поэтому к выбору смазки необходимо отнестись очень серьезно, права на ошибку здесь нет.

Помимо правильного выбора, необходим постоянный контроль за состоянием масла. При соблюдении этих условий производители гарантируют долгую и надежную работу трансформаторов.