Трансформаторное масло - Transformer oil

Трансформаторное масло или же изоляционное масло это масло, устойчивое к высоким температурам и обладающее прекрасными электроизоляционными свойствами. Применяется в масляных трансформаторах, некоторых типах высоковольтных конденсаторов, люминесцентных лампах. балласты, а также некоторые типы высоковольтных выключателей и автоматических выключателей. Его функции заключаются в изолировать подавить коронный разряд и дуги, и служить хладагентом.

В основе трансформаторного масла чаще всего лежит минеральное масло, но становятся все популярнее альтернативные составы с лучшими инженерными или экологическими свойствами.

Назначение и свойства

Масляный трансформатор с теплообменниками с воздушным конвекционным охлаждением спереди и сбоку

Основные функции трансформаторного масла: изолировать и прохладно трансформатор. Следовательно, он должен иметь высокий диэлектрическая прочность, теплопроводность, и химическая стабильность, и должны сохранять эти свойства при длительном хранении при высоких температурах.[1] Типичные характеристики: точка возгорания 140 ° C или выше, температура застывания −40 ° C или ниже, напряжение пробоя диэлектрика 28 кВ (RMS) или выше.[2]

Для улучшения охлаждения больших силовых трансформаторов масляный бак может иметь внешний радиаторы через который масло циркулирует естественным конвекция. Силовые трансформаторы мощностью тысячи кВА может также иметь вентиляторы охлаждения, масляные насосы и даже масло-вода теплообменники.[3]

Силовые трансформаторы подвергаются длительным процессам сушки с использованием электрического самонагрева, применения вакуум, или и то, и другое, чтобы полностью освободить трансформатор от водяной пар перед введением изоляционного масла. Это помогает предотвратить корона формирование и последующие электрический пробой под нагрузкой.

Масляные трансформаторы с расширителем (масляным резервуаром) могут иметь реле детектора газа (Реле Бухгольца ). Эти предохранительные устройства обнаруживают скопление газа внутри трансформатора из-за коронный разряд, перегрев или внутренний электрическая дуга. При медленном накоплении газа или быстром повышении давления эти устройства могут срабатывать защитную автоматический выключатель снять питание с трансформатора. Трансформаторы без расширителей обычно оснащены реле внезапного давления, которые выполняют ту же функцию, что и реле Бухгольца.

Альтернативы минеральным маслам

Минеральные масла по-прежнему широко используются в промышленности. Минеральное масло обычно эффективно в качестве трансформаторного масла, но у него есть некоторые недостатки, одним из которых является его относительно низкая температура воспламенения по сравнению с некоторыми альтернативами. Если в трансформаторе протекает минеральное масло, это может стать причиной возгорания. Пожарные коды часто требуют, чтобы в трансформаторах внутри зданий использовалась менее воспламеняющаяся жидкость, или использовались сухие трансформаторы без жидкости. Минеральное масло также является загрязнителем окружающей среды, и его изоляционные свойства быстро ухудшаются даже под воздействием небольшого количества воды. По этой причине трансформаторы хорошо оборудованы, чтобы вода не попадала в масло.

Пентаэритритол тетра жирная кислота натуральный и синтетический сложные эфиры стали все более распространенной альтернативой минеральным маслам, особенно в областях с повышенным риском возгорания, например в закрытых помещениях, из-за их высокой точка возгорания, которая может превышать 300 ° C.[4] Они охотно биоразлагаемый. Пентаэритритол тетра жирная кислота натуральный и синтетический сложные эфиры дороже минерального масла. Трансформаторы требуют особого изменения конструкции для работы с Пентаэритритол тетра жирная кислота натуральный и синтетический сложные эфиры. Натуральные сложные эфиры имеют очень низкую стойкость к окислению (обычно только 48 часов в одном и том же тесте против 500 часов для минеральных масел, и они производят кислоты), как следствие, натуральные сложные эфиры являются действительно жизнеспособным решением для герметичных трансформаторов в контексте распределения. Поскольку трансформатор становится больше, чем 1 МВА и превышает 33 кВ, становится все сложнее достичь герметичной конструкции (из-за теплового расширения и сжатия). Силовые трансформаторы среднего и большого размера, как правило, имеют расширитель, и даже если используется резиновый мешок, следует тщательно рассмотреть вопрос об использовании натурального эфира, потому что при попадании кислорода природный эфир будет окисляться намного быстрее, чем коммунальные предприятия привыкли к минеральным. масла. Силиконовый или же фторуглерод масла на основе, которые даже менее воспламеняемы, также используются, но они более дорогие, чем сложные эфиры, и менее поддаются биологическому разложению.

Трансформатор 380 кВ с растительным маслом [5]

Исследователи экспериментируют с рецептурами на растительной основе, используя кокосовое масло например. Пока что они не подходят для использования в холодном климате или для напряжений более 230 кВ.[6] Исследователи также исследуют наножидкости для использования трансформатора; они будут использоваться в качестве присадок для улучшения стабильности, термических и электрических свойств масла.[нужна цитата ]

Полихлорированные бифенилы (ПХБ)

Полихлорированные бифенилы - это искусственные вещества, впервые синтезированные более века назад, и было обнаружено, что они обладают желательными свойствами, которые привели к их широкому использованию.[7] Полихлорированные бифенилы (ПХБ) раньше использовались в качестве трансформаторного масла, поскольку они обладают высокой диэлектрической прочностью и не горючи. К сожалению, они тоже токсичный, биоаккумулятивный, не поддается биологическому разложению и трудно утилизировать безопасно. При горении они образуют еще более токсичные продукты, такие как хлорированные диоксины и хлорированные дибензофураны. Начиная с 1970-х годов производство и новое использование ПХД были запрещены во многих странах из-за опасений по поводу накопления ПХД и токсичности их побочных продуктов. Например, в США производство печатных плат было запрещено в 1979 г. Закон о контроле за токсичными веществами.[8] Во многих странах реализуются важные программы по утилизации и безопасному уничтожению оборудования, загрязненного ПХД.[нужна цитата ] Одним из методов, который можно использовать для регенерации трансформаторного масла, загрязненного ПХБ, является применение системы удаления ПХД, также называемой системой дехлорирования ПХД. В системах удаления ПХБ используется щелочная дисперсия для отделения атомов хлора от других молекул в химической реакции. При этом образуется трансформаторное масло, не содержащее ПХД, и осадок, не содержащий ПХД. Затем их можно разделить с помощью центрифуги. Шлам можно утилизировать как обычные промышленные отходы, не содержащие ПХД. Обработанное трансформаторное масло полностью восстанавливается в соответствии с необходимыми стандартами, без какого-либо обнаруживаемого содержания ПХБ. Таким образом, его снова можно использовать в качестве изоляционной жидкости в трансформаторах.[9]

ПХД и минеральное масло смешиваются во всех пропорциях, и иногда для любого типа жидкости использовалось одно и то же оборудование (бочки, насосы, шланги и т. Д.), Поэтому загрязнение трансформаторного масла ПХБ по-прежнему вызывает беспокойство. Например, в соответствии с действующими правилами концентрации ПХД, превышающие 5 частей на миллион, могут привести к тому, что масло будет классифицировано как опасные отходы в Калифорнии.[10]

Тестирование и качество масла

Трансформаторные масла во время работы трансформатора подвергаются электрическим и механическим нагрузкам. Кроме того, существует загрязнение, вызванное химическим взаимодействием с обмотками и другой твердой изоляцией, катализируемое высоким Рабочая Температура. Исходные химические свойства трансформаторного масла постепенно меняются, и через много лет оно становится неэффективным по назначению.[11] Масло в больших трансформаторах и электрическом оборудовании периодически проверяется на его электрические и химические свойства, чтобы убедиться, что оно пригодно для дальнейшего использования. Иногда состояние масла можно улучшить фильтрацией и обработкой. Тесты можно разделить на:

  1. Анализ растворенного газа
  2. Фуран анализ
  3. Анализ печатных плат
  4. Общие электрические и физические испытания:
    • Цвет и внешний вид
    • Напряжение пробоя
    • Содержание воды
    • Кислотность (значение нейтрализации)
    • Коэффициент диэлектрического рассеяния
    • Удельное сопротивление
    • Осадки и шлам
    • Точка возгорания
    • Температура застывания
    • Плотность
    • Кинематическая вязкость

Подробности проведения этих испытаний доступны в стандартах, выпущенных IEC, ASTM, IS, BS, и испытания могут быть выполнены любым из методов. Тесты Furan и DGA предназначены не для определения качества трансформаторного масла, а для определения любых отклонений от нормы во внутренних обмотках трансформатора или бумажной изоляции трансформатора, которые нельзя обнаружить иным способом без полного капитального ремонта трансформатора. Предлагаемые интервалы для этого теста:

  • Общие и физические тесты - раз в два года
  • Анализ растворенного газа - ежегодно
  • Испытание на фуран - 1 раз в 2 года при условии, что трансформатор находится в эксплуатации не менее 5 лет.

Тестирование на месте

Основная статья: Испытание трансформаторного масла

Некоторые испытания трансформаторного масла можно проводить в полевых условиях с использованием переносного испытательного оборудования. Другие тесты, такие как растворенный газ, обычно требуют отправки пробы в лабораторию. Электронные детекторы растворенного газа можно подключать к важным или вышедшим из строя трансформаторам для постоянного отслеживания тенденций образования газа.

Для определения изолирующих свойств диэлектрического масла из испытуемого устройства берут образец масла и его напряжение пробоя измеряется на месте в соответствии со следующей последовательностью испытаний:

  • В емкости два стандартных испытательных электрода с типичным зазором 2,5 мм окружены изоляционным маслом.
  • Во время испытания на электроды подается испытательное напряжение. Испытательное напряжение непрерывно увеличивается до напряжения пробоя с постоянной скоростью нарастания, например 2 кВ / с.
  • В электрической дуге происходит пробой, приводящий к падению испытательного напряжения.
  • Сразу после зажигания дуги испытательное напряжение автоматически отключается.
  • Сверхбыстрое выключение имеет решающее значение, так как энергия, которая поступает в масло и сжигает его во время поломки, должна быть ограничена, чтобы снизить дополнительное загрязнение от карбонизации на минимальном уровне.
  • Среднеквадратичное значение испытательного напряжения измеряется в самый момент пробоя и выражается как напряжение пробоя.
  • После завершения испытания изоляционное масло автоматически перемешивается, и последовательность испытаний повторяется повторно.
  • Результирующее напряжение пробоя рассчитывается как среднее значение отдельных измерений.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гилл, Пол (2009). Техническое обслуживание и испытания электрооборудования (2-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press. п. 193. ISBN  978-1-57444-656-2.
  2. ^ Хиршлер, Марсело М. (2000). Электроизоляционные материалы: международные проблемы (Интернет-ред.). Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM. С. 82–95. ISBN  978-0-8031-2613-8.
  3. ^ Кеннет Р. Эдвардс, Трансформеры, American Technical Publishers Ltd., 1996 г. ISBN  0-8269-1603-1 стр.138-14
  4. ^ «Сравнение жидкостей». Midel.
  5. ^ «Сименс произвел первый в мире крупногабаритный трансформатор, в котором используется растительное масло».
  6. ^ «Кокосовое масло как альтернатива трансформаторному маслу» (PDF). Симпозиум ЕСВ. Ноябрь 2001 г.
  7. ^ «Серия PCB-RS - Система удаления печатных плат | HERING VPT: Стандарт в технологии очистки масла и сушки трансформаторов». Получено 2020-05-20.
  8. ^ Блэкмор, Кэролайн. «Классификация и обращение с отходами ПХБ» (PDF). Национальная лаборатория Лоуренса Беркли. Получено 20 октября 2017.
  9. ^ «Система дехлорирования ПХБ». Hering-VPT GmbH. Получено 20 октября 2017.
  10. ^ Свод правил Калифорнии, раздел 22, раздел 66261
  11. ^ «Деторирование трансформаторного масла - Почему необходима очистка трансформаторного масла?».
  • Негорючие и негорючие трансформаторы с жидкой изоляцией, класс сертификата номер 3990, Factory Mutual Research Corporation, 1997.
  • МакШейн К.П. (2001) Относительные свойства новых стойких к горению диэлектрических охлаждающих жидкостей на основе растительных масел для распределительных и силовых трансформаторов. IEEE Trans. по отраслевым приложениям, том 37, № 4, июль / август 2001 г., стр. 1132–1139, № 0093-9994 / 01, 2001 IEEE.
  • «Программа проверки экологических технологий», Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, VS-R-02-02, июнь 2002 г. [1]
  • Руководство IEEE по загрузке трансформаторов, погруженных в минеральное масло, Стандарт IEEE C57.91-1995, 1996.

внешняя ссылка