Трансформаторные масла

Трансформаторные масла относятся к группе электроизоляционных масел и являются жидкими диэлектриками, обеспечивающими электроизоляцию токоведущих частей электрооборудования, служащими теплоотводящей средой, и способствующими быстрому гашению электродуги в выключателях [109]. Эти масла применяются для заливки в силовые и измерительные трансформаторы, а так же в масляные выключатели.

Большая часть товарных трансформаторных масел вырабатывается на основе масляных фракций нефти. Наиболее подходящими для получения таких масел являются нафтеновые и парафинистые нефти. Все большее распространение получают синтетические трансформаторные масла (силиконовые или на основе сложных эфиров), обладающие лучшими показателями, по сравнению с минеральными маслами, но при этом более дорогие.

Трансформаторные масла эксплуатируются в относительно мягких условиях, при температурах, не превышающих 95 °С. В ходе их эксплуатации, для уменьшения контакта с воздухом, может использоваться пленочная диафрагма или азотная подушка; для удаления гидроперекисей и мыл металлов, являющихся промоторами окисления масла, могут быть использованы адсорбенты. При этом от трансформаторных масел требуется надежное и эффективное выполнение их функций в течение длительного срока службы. Так, срок службы высококачественных трансформаторных масел составляет 20-25 лет и более [109].

Минеральные трансформаторные масла – это продукты переработки масляных фракций, выделенных при вакуумной перегонке нефти. Их характеристики определяются такими факторами, как:

• свойства исходной масляной фракции;

• способ и глубина переработки;

• добавление присадок.

Многие физические свойства трансформаторных масел в значительной мере зависят от характеристик исходного сырья и, в частности от его фракционного состава. Так, температура вспышки определяется температурой начала кипения, значения вязкости – средней температурой кипения, а температура застывания (для депарафинированных масел) – температурой конца кипения исходной масляной фракции.

Из неспецифических показателей трансформаторных масел, одной из наиболее важных является температура текучести – наивысшая температура, при которой масло перестает течь. Рекомендуемые значения температуры текучести на 10 °С ниже наиболее низкой температуры включения нагрузки при холодном запуске трансформатора [110]. Следует отдельно отметить, что при производстве трансформаторных масел недопустимо использование депрессорных присадок [110].

Для того чтобы трансформаторные масла обеспечивали эффективный отвод тепла от нагревающихся частей электрооборудования они должны обладать наименьшей вязкостью при нормируемой температуре вспышки [110, 111]. Следует отметить, что для трансформаторных масел индекс вязкости не нормируется.

Одним из наиболее важных физико-химических показателей трансформаторных масел является стойкость к окислению – способность масла сохранять свои параметры в течение длительного срока службы при воздействии окислителя (кислорода воздуха). Существует несколько стандартных методик, позволяющих оценить этот показатель, к примеру, IEC 1125, ГОСТ 981-75. Эти методики предусматривают использование повышенных температур, тока воздуха или кислорода и катализатора (как правило – медного), что позволяет провести ускоренное окисление масла в строго контролируемых условиях [111, 112]. По завершению анализа фиксируется значение кислотного числа, масса осадка и концентрация продуктов окисления в испытуемом образце, которые и являются показателями, отражающими стойкость масла к окислению.

Следует отметить, что все сорта трансформаторных масел, производимых в России, ингибированы антиокислительной присадкой – 2,6-дитретбутил-п-крезолом (товарное название

Ионол или Агидол-1) [109]. Действие присадки основано на ее способности взаимодействовать с активными пероксидными радикалами, образующимися в процессе окислении углеводородов масла. Трансформаторные масла, ингибированные ионолом, окисляются с четко выраженным индукционным периодом. В рамках этого периода за счет действия присадки масло окисляется крайне медленно. После истощения присадки масло окисляется со скоростью, близкой к скорости окисления базового масла. Эффективность действия антиокислительной присадки определяется продолжительностью индукционного периода [109].

К специфическим показателям трансформаторных масел относятся их диэлектрические характеристики – пробивное напряжение (IEC 60156) и тангенс угла диэлектрических потерь (IEC 60247).

Пробивное напряжение – это минимальное напряжение, приложенное к диэлектрику, приводящее к образованию в нем проводящего канала [111, 113].

Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, рассеиваемую в изоляторе и переходящую в тепло под действием приложенного напряжения. Она оценивается по значению тангенса угла диэлектрических потерь – tg(δ), который равен соотношению активного и реактивного токов. Чем больше угол δ и, соответственно, значение tg(δ), тем выше диэлектрические потери. При отсутствии потерь tg(δ) = 0 [113].

Диэлектрические характеристики масла в первую очередь зависят от содержания воды, механических примесей и полярных соединений (кислот, спиртов, перекисей, мыл) [110-113], поэтому данные загрязнения должны полностью отсутствовать в составе свежих масел. Перед загрузкой в трансформатор все трансформаторные масла подвергаются термовакуумной обработке для удаления воды (до содержания менее 0,001 %) и воздуха (до содержания менее 0,5 %) [109].

Следует отметить, что ароматические и нафтеноароматические углеводороды, а так же и смолистые вещества сложным образом влияют на показатели трансформаторных масел. Так, полициклические ароматические и нафтеноароматические углеводороды и смолы ухудшают tg(δ) и могут привести к образованию осадка в ходе эксплуатации масла [114]. При этом наличие определенных типов ароматических углеводородов и смол в составе неингибированных масел улучшает их стабильность против окисления [114]. Вместе с тем, ароматические углеводороды и смолы снижают восприимчивость базовой основы трансформаторного масла по отношению к антиокислительной присадке. Таким образом, исходя из этих положений, и принимая во внимание, что трансформаторные масла работают в относительно мягких условиях, содержание ароматических углеводородов и смол в составе ингибированных трансформаторных масел должно быть сведено к определенному оптимуму [114]. При этом, избыточное удаление ароматических углеводородов нежелательно,

так как их отсутствие приведет к интенсивному окислению масла после израсходования антиокислительной присадки [114].

В ходе эксплуатации в составе трансформаторных масел могут накапливаться полярные кислородсодержащие соединения (продукты окисления и/или термического разложения масла), механические частицы, лаки, краски, мыла, что ведет к ухудшению их диэлектрических характеристик, изменению цвета, снижению силы поверхностного натяжения и увеличению кислотного числа [111-113].