Назначение и технические характеристики трансформаторного масла, состав и свойства

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.

Электрическая дуга или как горят трансформаторы – видео

https://youtube.com/watch?v=Dlqt5oYaLJ4

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:

• 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.

Испытание трансформаторного масла на пробой – видео

https://youtube.com/watch?v=RiESUnU-bwo

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.

Физические свойства трансформаторного масла

Углеводороды, которые содержатся в трансформаторном масле, при относительно низких температурах и отсутствии кислорода не должны подвергаться изменениям. Случаи потемнения легких нефтепродуктов списывали на недостаточно полное удаление кислорода. Но вот если вести речь о герметичных трансформаторах, то тут нужно отметить, что кислорода в их масле мало.

Полициклические ароматические и нафтено-ароматические углеводороды способны переходить в радикальное состояние минуя диссоциацию. В результате образуются бирадикалы, которые конденсируются. При этом выделяется водород.

Ароматические углеводороды

Т.е. в герметичных трансформаторах, содержащих ароматические углеводороды, может наблюдаться процесс старения масла с выделением водорода. Параллельно появляются окрашивающие продукты, повышающие тангенс диэлектрических потерь.

Наиболее стабильными являются ароматические углеводороды, имеющие короткие боковые цепи. Процесс их окисления проходит с образованием продуктов уплотнения. Если длина цепи увеличивается, то и стабильность снижается. Углеводороды нафтено-ароматической группы обычно окисляются довольно активно, образуя ряд продуктов, в том числе и смол.

Углеводороды из нафтеновой и парафиновой групп

При длительных испытаниях показывают меньшую стабильность, чем ароматические, образуя в большинстве случаев кислоты и оксикислоты и небольшое количество продуктов уплотнения.

Процесс окисления можно резко затормозить, если во фракцию насыщенных углеводородов ввести до 10% ароматических без боковых цепей или углеводороды, в состав которых входят фенильные радикалы.

Наличие смол в масле

Не менее важным моментом является понимание того, а стоит ли оставлять в масле определенное количество смол?

Тут нужно вспомнить, что если из трансформаторного масла чрезмерно удаляются некоторые виды смол, то его стабильность против окисления резко снижается.

Одновременно повышенное количество смол приводит к образованию в масле кислых продуктов, асфальтенов и карбенов. Очень четко прослеживается зависимость между структурой смол и антиокислительными свойствами.

Для электроизоляционных масел наличие смолистых веществ нежелательно, так как они ведут к повышению диэлектрических потерь в жидком диэлектрике. Также кроме них нежелательно присутствие в электроизоляционном масле большого количества ароматических углеводородов, поскольку они ускоряют процесс старения электроизоляционной среды и повышают ее проводимость.

Окисление углеводородов

Значительный интерес представляет изучение особенностей процесса окисления углеводородов, а также их смесей и нефтяных фракций в условиях, идентичных тем, в которых функционируют трансформаторные масла.

Они характеризуются низкой температурой, так называемым «кислородным голоданием», наличием большой поверхности твердых изоляционных и конструкционных материалов, которые могут приводить к обрыву окислительных цепей и адсорбции активных продуктов окисления. Наиболее остро на свойствах трансформаторных масел сказывается негативное воздействие смолистых веществ и полициклических ароматических углеводородов. Процесс окисления ингибируется в недостаточной мере. Кроме того они склонны к образованию осадков и ухудшают тангенс угла диэлектрических потерь.

Оптимальная глубина очистки

От условий окисления масла также зависит оптимальная глубина очистки. Их высокая стабильность в жестких условиях (большое количество кислорода, высокие температуры) будет достигаться только тогда, когда количество ароматических углеводородов определенного строения и смолистых веществ будет оптимальным. При более мягких условиях окисления (относительно низкая температура, «кислородное голодание») стабильность масла будет достигаться только тогда, когда оно будет содержать меньше ароматических углеводородов и небольшое количество смол.

Таким образом, мы подошли к главному выводу. Электроизоляционные масла обладают высокой стабильностью электрохимических и электрофизических показателей, поэтому при эксплуатации их очистка должна быть более глубокой, чем у обычных смазочных масел.

Температура — воспламенение — масло

Температура воспламенения масла должна быть значительно выше рабочей температуры трансформатора, чтобы при работе трансформатора не возник пожар. Обычно трансформаторное масло имеет температуру воспламенения 180 С. Допускается использование масел с температурой воспламенения не ниже 150 С. Таким образом, помимо старения трансформаторное масло обладает еще одним очень существенным недостатком — оно является горючим материалом. Поэтому установка масляных трансформаторов во многих случаях требует принятия специальных мер пожарной безопасности.
 

Температура воспламенения масла — это температура, при которой масло начинает гореть непрерывно после того, как произошло воспламенение паро-воздушной смеси.
 

Температура воспламенения масла должна быть значительно выше рабочей температуры трансформатора, чтобы при работе трансформатора не возник пожар. Обычно трансформаторное масло имеет температуру воспламенения 180 С. Допускается использование масел с температурой воспламенения не ниже 150 С. Таким образом помимо старения трансформаторное масло обладает еще одним очень существенным недостатком — оно является горючим материалом. Поэтому установка масляных трансформаторов во многих случаях требует принятия специальных мер пожарной безопасности.
 

Температура воспламенения масла должна быть значительно выше рабочей температуры трансформатора, чтобы при его работе не возник пожар. Температура воспламенения масла обычно составляет 180 С, допускается использование масел с температурой воспламенения не ниже 150 С.
 

Температуру воспламенения масла определяют в открытом тигле Бренкена или в приборе Мартене — Пенского.
 

Температуру воспламенения масла определяют обычно непосредственно после определения температуры вспышки, продолжая нагревать масло с такой же скоростью ( 4 С / мин), через определенные интервалы подносят пламя спички к краю тигля до того момента, пока не загорится масло и будет гореть не менее 5 с.
 

Температурой воспламенения масла называют температуру, при которой нагреваемое в строго определенных условиях масло горит в течение 5 — 6 с после поднесения к нему пламени.
 

Необходимо различать температуру вспышки и температуру воспламенения масла. Последняя указывает температуру, при которой не только вспыхивают пары масла при поднесении к ним огня, но загорается и само масло.
 

После определения температуры вспышки определяют температуру воспламенения масла. Для этого продолжают испытание пламенем зажигательного приспособления через каждые 21С подъема температуры масла. За температуру воспламенения масла принимают температуру, при которой испытуемое масло воспламенится и будет гореть в течение не менее 5 сек.
 

Точно таким же путем устанавливают и температуру воспламенения масла.
 

Точно таким же путем устанавливают и температуру воспламенения масла.
 

После того как температура вспышки найдена, определяют температуру воспламенения масла. Для этого продолжают нагревание бани так, чтобы температура масла поднималась на 4 в минуту, и повторяют испытание пламенем зажигательного приспособления через каждые 2 подъема температуры испытуемого масла.
 

После того как температура вспышки найдена, определяют температуру воспламенения масла.
 

Испарение смазочного масла начинается при температурах, которые ниже температуры воспламенения масла на 60 — 70 С.
 

Ремонт самодельных обогревателей

Многие домашние мастера предпочитают делать отопительные приборы своими руками. Процесс не представляет особых сложностей, зато результат может весьма порадовать. Самодельные радиаторы обычно отличаются очень высокой прочностью и долговечностью, поскольку домашние мастера подходят к изготовлению со всей ответственностью, используя толстую сталь или чугун.

Конечно, внешний вид таких конструкций обычно оставляет желать лучшего. Собственно, их чаще всего используют не в домашнем интерьере, а для обогрева хозяйственных помещений и гаражей. Зато такие устройства весьма эффективны.

Еще одним положительным качеством самодельных установок является нетребовательность к наполнителю. В общем-то, сюда подойдет любое из вышеперечисленных масел, и даже отработанное моторное.

Связано это с тем, что «кустарные» обогреватели обычно обладают более значительными габаритами, чем магазинные. Соответственно, объем их внутренней части позволяет игнорировать и высокую вязкость масла, и содержание в нем различных механических взвесей. На производительности прибора это практически не сказывается.

Единственное требование, которое все же необходимо соблюдать — это смешивание масел одного вида. Комбинирование разных разновидностей может дать непредсказуемый эффект, поскольку заранее невозможно узнать, как поведут себя составляющие при взаимодействии. Например, такая смесь может дать осадок, который впоследствии негативно скажется на работоспособности ТЭНа.

Ремонт ребристого обогревателя

Внешним видом такие обогреватели напоминают привычные нам чугунные батареи. Они делаются из стали, толщина которой составляет полсантиметра. Секции формируются с помощью прессование, а сборка происходит методом сварки лазером.

Поскольку материал, из которого изготовлен радиатор, не отличается особой толщиной, следует учитывать, что он подвержен воздействию коррозийных процессов. В связи с этим корпус покрывается специальной порошковой краской. Если этот слой оказывается поврежден вследствие механического воздействия, то сначала проржавеет один небольшой участок, а затем коррозия «съест» значительную часть корпуса, при этом возникнут сквозные повреждения, сквозь которые масло вытечет наружу.

Соответственно, процесс ремонта такого прибора включает в себя три этапа. Первым делом, необходимо восстановить целостность корпуса. Затем заполнить его новой порцией масла, а в завершении обеспечить полную герметичность конструкции.

Следует учесть, что в некоторых ребристых обогревателях ТЭН завальцован в корпус. В таких случаях ремонт, к сожалению, не производится, поскольку для восполнения объема масла просто нет возможности.

А в том случае, когда трубчатый электронагреватель является съемным, проблем не возникает. Его можно убрать, затем вылить старое масло, залить новое и вернуть ТЭН на законные позиции.

При этом важно знать, какой именно наполнитель можно использовать для масляных обогревателей. Существует два подходящих варианта:. –трансформаторное масло. Производится из нефти методом перегонки

Характеристики различных составов могут отличаться друг от друга. Тем не менее, разные трансформаторные масла можно успешно смешивать без ущерба качеству. Само по себе это вещество является диэлектриком. Оно обладает отличными теплопроводными свойствами, причем не теряет их даже в условиях отрицательных температур — вплоть до -45 градусов;

–трансформаторное масло. Производится из нефти методом перегонки. Характеристики различных составов могут отличаться друг от друга. Тем не менее, разные трансформаторные масла можно успешно смешивать без ущерба качеству. Само по себе это вещество является диэлектриком. Оно обладает отличными теплопроводными свойствами, причем не теряет их даже в условиях отрицательных температур — вплоть до -45 градусов;

-минеральное масло. Вообще, оно предназначается для автомобильных трансмиссий, но и для наших целей вполне подойдет. Его вязкость почти не отличается от соответствующего показателя трансформаторного масла. Это позволяет быть уверенным в том, что конвекционный обмен будет происходить должным образом.

Стоит отметить, что из всех автомобильных масел можно использовать исключительно минеральное. Синтетическое здесь не подойдет, поскольку оно обладает гораздо меньшей вязкостью. В принципе, обогреватель все равно будет работать, но конвекция обретет чрезмерную активность. Вследствие этого прибор будет шуметь, трещать и всячески действовать на нервы людей, особенно в ночное время.

Моторное масло также нельзя использовать. У них, в отличие от синтетического, вязкость может быть чрезмерной. ТЭНу придется прилагать гораздо больше усилий для создания конвекционных потоков, что непременно приведет к его перегреву. Кроме того, стоимость такого наполнителя для нашего случая неоправданно высока. В состав моторных масел входят различные присадки, необходимые для автомобиля, но совершенно бессмысленные для обогревателей. Получается, вы переплатите за то, что вам вовсе не нужно.

Следует учитывать, что допустимо смешение масел только в рамках одной разновидности. Например, можно смешать трансформаторное с трансформаторным, даже если они от разных производителей и обладают различными характеристиками. Но недопустимо смешивать трансформаторный наполнитель с минеральным или синтетическим. Разница в вязкости, непонятное взаимодействие присадок — все это может привести к нарушению работоспособности радиатора и даже к полной его поломке.

Отработанное моторное масло также запрещено использовать в данном случае. В нем слишком много посторонних примесей: тут и металлические взвеси, и вещества, образованные в результате сгорания топлива. Весь этот «мусор» забьет радиатор изнутри, сильно снизив его теплоотдачу, да и на долговечности прибора скажется крайне отрицательно.

Профилактика неполадок

Несмотря на то, что замена масла в большинстве случаев производится довольно просто, лучше все же не доводить ситуацию до подобного. Если соблюдать важные правила эксплуатации, то масляный обогреватель будет служить верой и правдой без каких-либо эксцессов.

Главной рекомендацией является выбор места установки. А точнее, крайне нежелательно располагать такой отопительный прибор в детской комнате. На это есть две причины:

-в процессе работы корпус радиатора очень сильно раскаляется. Это является главным недостатком данной разновидности отопительного оборудования. Даже при случайном прикосновении к поверхности корпуса можно сильно обжечься. А всем известно, что дети довольно активны и не всегда смотрят перед собой. В общем, в целях безопасности лучше не совмещать масляный радиатор с детской комнатой. Впрочем, если вам хочется использовать именно эту разновидность прибора, то вы можете приобрести модель, оснащенную защитным кожухом. Он защитит детей от ожогов, поскольку полностью прикрывает корпус изделия;

-корпус сделан из довольно тонкого материала. Это приводит к тому, что он не особо устойчив к механическим повреждениям. Детская любознательность и любовь к активным играм могут сделать необходимость процедуры замены масла более чем регулярным явлением. Кроме того, при повреждении корпуса, как уже говорилось выше, масло быстро вытекает наружу. Если оно в этот момент максимально разогрето — сами понимаете, чем это чревато при контакте с детьми. Лучше не рисковать.

Еще одной рекомендацией является приобретение устройства, в конструкцию которого входят датчики перегрева и опрокидывания. О них уже говорилось выше. Подобные регуляторы, автоматически отключающие прибор в случае форс-мажоров, могут неоднократно спасти оборудование от серьезных поломок.

В целом, масляный радиатор является отличным отопительным прибором. Если не брать в расчет процедуру ремонта, которая при правильной эксплуатации и не понадобится, то это устройство вовсе не вызывает хлопот.

Оно обладает отличным внешним видом, причем оборудование представлено в магазинах как в напольном, так и в настенном варианте, что позволяет подобрать оптимальную модель именно для вашего интерьера. Эффективность устройства очень высока, а все необходимые действия хозяев заключаются в подключении оборудования к сети.

Кроме того, некоторые модели обладают расширенным функционалом. Например, таймер включения и выключения сделает процесс эксплуатации максимально комфортным. Приятным бонусом при этом послужит экономия электроэнергии, поскольку отопительный прибор не будет работать впустую.

В общем, это вполне достойное приобретение, и ради его использования вполне можно и нужно повозиться с ремонтом. Масляный обогреватель без усилий подарит вашему дому тепло и комфорт. Уверены, что после сегодняшней статьи у вас не возникнет вопросов по поводу подбора масла и наличия возможности его замены.

Способы очистки и регенерации

В современном трансформаторном оборудовании масло работает в достаточно жестких условиях: высокая напряженность электрического поля, высокая температура и др. В процессе эксплуатации трансформаторные масла подвергаются термохимическому и электрическому старению, что приводит к снижению их эксплуатационных характеристик. После замены отработанное масло подлежит либо утилизации, либо регенерации. Ниже приведены основные способы очистки и регенерации трансформаторных масел.

Отстаивание — один из наиболее простых методов очистки трансформаторных масел. Он заключается в выпадании из масла взвешенных твердых частиц и микрокапель воды под действием силы тяжести, если эти включения имеют достаточные размеры, а их плотность значительно превышает плотность масла.

Обработка центрифугированием — этот способ обработки трансформаторного масла заключается в удалении из масла влаги и взвешенных механических частиц при воздействии на них центробежной силы. Можно удалить из трансформаторного масла только влагу, находящуюся в состоянии эмульсии и твердые частицы, удельная масса которых больше удельной массы обрабатываемого трансформаторного масла. Центрифугирование применяется в основном при подготовке масла для заливки в силовые трансформаторы напряжением до 35 кВ, либо в качестве предварительной очистки масла. Длительная обработка масла способствует окисляемости чистого масла из-за возможного удаления антиокислительных присадок.

Обработка масла фильтрованием — обработка трансформаторного масла фильтрованием заключается в пропускании его через пористые перегородки, на которых задерживаются имеющиеся в нём примеси.

Адсорбционная обработка — процесс очистки трансформаторного масла при помощи адсорбции основан на поглощении воды и других примесей различными адсорбентами. В основном для этого применяются синтетические цеолиты, которые имеют высокую адсорбентную способность, особенно к молекулам воды. Обработка трансформаторного масла с помощью цеолитов позволяет удалить из него влагу, находящуюся в растворенном состоянии.

Обработка в вакуумных установках. Основным элементом является дегазатор. Сырое трансформаторное масло предварительно нагревается до температуры 50-60°С, после чего распыляется в первой ступени дегазатора. Затем оно тонким слоем стекает по поверхности колец Рашига. Одновременно первая ступень вакуумируется вакуум-насосом. Откачка выделяющихся паров влаги и газа осуществляется через цеолитовый патрон и воздушный фильтр. Из полости первой ступени дегазатора трансформаторное масло самотёком поступает в полость второй ступени, где происходит его окончательная осушка и дегазация. Далее трансформаторное масло через фильтр тонкой очистки подается в трансформатор или ёмкость.

При очистке и регенерации масел могут применяться комбинированные методы, основанные на одновременном использовании нескольких из вышеперечисленных подходов.