Трансформаторные масла нефтяные или
синтетические масла, применяемые в качестве электроизолирующей и теплоотводящей
среды в трансформаторах и другом маслонаполненном электрооборудовании, а также
в масляных выключателях (только нефтяные) для гашения электрической дуги при
отключении тока. Основная доля трансформаторных масел приходится на масла
нефтяные.
Трансформаторные масла получают очисткой соответствующих нефтяных дистиллятов с
помощью селективных растворителей (фенола, фурфурола), серной кислоты,
адсорбентов или гидрированием. Процесс получения
масел из сырья, содержащего парафиновые углеводороды, включает также стадию
депарафинизации. Практикой отмечено, что эксплуатационные качества масел,
различающихся происхождением и технологией получения, неодинаковы. Установлено,
что между химическим составом трансформаторных масел и их поведением в
эксплуатации существует определенная зависимость. Целью очистки является удаление из
дистиллята нежелательных компонентов, ухудшающих стабильность масла против
воздействия молекулярного кислорода, его электроизоляционные свойства, а также
подвижность при низких температурах. К таким «нежелательным» компонентам
относятся непредельные углеводороды, азотистые и ряд сернистых соединений,
асфальто-смолистые вещества, полициклические углеводороды с короткими боковыми
цепями, а также твердые углеводороды, в первую очередь парафины и церезины.
Трансформаторные
масла должны обладать высокой электрической прочностью и электрическим
сопротивлением, минимальным тангенсом угла диэлектрических потерь,
стабильностью к окислению, должны иметь малую вязкость, низкую испаряемость.
Нефтяные трансформаторные масла имеют вязкость 6—10мм2/сек при
50°С, температуру застывания не выше минус 45°С, температуру вспышки не ниже
135°С, тангенс угла диэлектрических потерь не более 0,026—0,005 при 90°С,
диэлектрическая проницаемость 2,2—2,3; они не должны содержать воду и
механические загрязнения.
В процессе эксплуатации
трансформаторных масел в них накапливаются продукты окисления, загрязнения и
другие примеси, которые резко снижают качество масел. Масла, содержащие
загрязняющие примеси, неспособны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям
и должны быть заменены «свежими» маслами. Отработанные трансформаторные масла
собирают и подвергают регенерации (очистке) с целью сохранения ценного сырья,
что является экономически выгодным.
Наиболее важное свойство трансформаторных
масел - стабильность против окисления, т. е. способность масла сохранять
параметры при длительной работе. Все трансформаторные масла, выпускаемые в
России, странах СНГ, а также импортные, поставляемые в Россию, должны содержать
антиокислительную присадку 2,6-дитребуил-4-метилфенол (фирменные названия -
агидол-1, ионол, керобит, тотанол-0, ДБПК и др.). Эффективность присадки основана на ее способности
взаимодействовать с активными пероксидными радикалами, которые образуются при
цепной реакции окисления углеводородов и являются основными ее носителями.
Трансформаторные масла, ингибированные антиокислительной присадкой, окисляются,
как правило, с ярко выраженным индукционным периодом.
В первый период трансформаторные масла,
восприимчивые к присадкам, окисляются крайне медленно, так как все
зарождающиеся в объеме масла цепи окисления обрываются ингибитором окисления.
После истощения присадки масло окисляется со скоростью, близкой к скорости
окисления базового масла. Действие присадки тем эффективнее, чем длительнее
индукционный период окисления масла, и эта эффективность зависит от
углеводородного состава масла и наличия примесей неуглеводородных соединений,
промотирующих окисление масла (азотистых оснований, нафтеновых кислот,
кислородсодержащих продуктов окисления масла).
Международная электротехническая комиссия
разработала стандарт (Публикация 296) "Спецификация на свежие нефтяные
изоляционные масла для трансформаторов и выключателей". Стандарт
предусматривает три класса трансформаторных масел:
I - для южных районов (с температурой застывания не выше минус 30
°С),
II - для северных районов (с температурой застывания не выше минус 45 °С),
III - для арктических районов (с температурой застывания минус 60 °С).
Трансформаторные масла работают в
сравнительно "мягких" условиях. Температура верхних слоев масла в
трансформаторах при кратковременных перегрузках не должна превышать 95°С.
Многие трансформаторы оборудованы пленочными диафрагмами или азотной защитой,
изолирующими масло от кислорода воздуха. Образующиеся при окислении некоторые
продукты (например, гидроперекиси, мыла металлов) являются сильными промоторами
окисления масла. При удалении продуктов окисления срок службы масла
увеличивается во много раз. Этой цели служат адсорберы, заполненные
силикагелем, подключаемые к трансформаторам при эксплуатации. Срок службы
трансформаторных масел в значительной мере зависит также от использования в
оборудовании материалов, совместимых с маслом, т. е. не ускоряющих его старение
и не содержащих нежелательных примесей.
Срок службы трансформаторов определяется
десятками лет. В связи с этим вопросом защиты от коррозии черных и цветных
металлов, находящихся в среде трансформаторного масла, уделяется большое
внимание.
В трансформаторостроении применяются
углеродистая и кремнистая стали, медь, алюминий, бронза, медно-фосфористый и
оловянно-свинцовый сплавы. Для покрытия черных и цветных металлов используют
цинк, олово, кадмий, никель и хром.
Коррозия металлов в среде
трансформаторного масла, прежде всего, приводит к образованию мыл органических
кислот, которые ускоряют окисление масла и обуславливают рост диэлектрических
потерь.
Коррозионная агрессивность
трансформаторных масел, не содержащих сернистых соединений, существенно зависит
от особенностей углеводородного состава масел.
Особо стоит вопрос о допустимой
концентрации серы в трансформаторных маслах. Известно, что некоторые сернистые
соединения являются ингибиторами окисления и пассиваторами металлов.
Выделенный из дистиллята концентрат
сернистых соединений, содержащий сульфиды, обладает ингибирующим действием.
Фракции сераорганических соединений, не содержащих сульфиды, не являются
ингибиторами.
Метод DIN 51353 для обнаружения коррозионной серы.
Метод с применением серебряной полоски. Настоящий
стандарт устанавливает метод обнаружения таких количеств коррозионной серы,
которые отрицательно воздействуют на работу электрооборудования. Применительно
к данному стандарту сера и ее соединения классифицируют как коррозионные, если в
условиях данного метода испытания они вызывают видимое изменение цвета серебряной
полоски, образуя сульфид серебра. Сущность метода заключается в том, что
серебряную полоску выдерживают в изоляционном масле в течение 18 ч при
температуре 100 °С и затем
проверяют на изменение цвета поверхности. Изоляционное масло можно считать
свободным от коррозионной серы, если оно вызывает заметное изменение цвета
серебряной полоски в условиях данного метода испытания. Термические напряжения,
действующие на серебряную полоску в испытании, могут, однако, дать очень слабое
золотисто-желтое окрашивание. Этим можно пренебречь. Изоляционные масла,
содержащие коррозионную серу, изменяют цвет серебряной полоски от светло-серого
или коричневого цвета до ярко-серого или черного.
Литература:
1.
Липштейн
Р.А., Шахнович М.И., Трансформаторное масло, 3 изд., М., 1983;
2.
Товарные
нефтепродукты, их свойства и применение, под ред. Н. Г. Пучкова, М., 1971;
Шахнович М. И.; Справочник под ред. В.М. Школьникова,
3.
Топлива.
Смазочные материалы. Технические жидкости, М., 1999;