Трансформаторное масло
Трансформаторное масло или изоляционное масло — это масло, стабильное при высоких температурах и обладающее отличными электроизоляционными свойствами. Применяется в маслонаполненных мокрых трансформаторах. [1] некоторые типы высоковольтных конденсаторов, балласты люминесцентных ламп , а также некоторые типы высоковольтных выключателей и автоматических выключателей. Его функции заключаются в изоляции , подавлении коронного разряда и искрения, а также в качестве охлаждающей жидкости.
Трансформаторное масло чаще всего изготавливается на основе минерального масла , но популярность альтернативных составов с другими техническими или экологическими свойствами растет.
Функция и свойства
[ редактировать ]
масла являются изоляция и охлаждение трансформатора Основными функциями трансформаторного . Поэтому он должен обладать высокой диэлектрической прочностью , теплопроводностью и химической стабильностью и сохранять эти свойства при выдерживании при высоких температурах в течение длительного времени. [2] Обычно они имеют температуру вспышки более 140 °C (284 °F), температуру застывания менее -40 °C (-40 °F) и пробой диэлектрика при среднеквадратическом напряжении более 28 кВ . [3] Для улучшения охлаждения больших силовых трансформаторов маслонаполненный бак может иметь внешние радиаторы, через которые масло циркулирует за счет естественной конвекции . Силовые трансформаторы мощностью в тысячи киловольт-ампер могут также иметь вентиляторы охлаждения , масляные насосы и даже водомасляные теплообменники . [4]
Силовые трансформаторы подвергаются длительным процессам сушки с использованием электрического самонагрева, применения вакуума или того и другого, чтобы гарантировать, что трансформатор полностью свободен от водяного пара перед введением изолирующего масла. Это помогает предотвратить образование коронного разряда и последующий электрический пробой под нагрузкой.
Маслонаполненные трансформаторы с расширительным масляным баком могут иметь реле детектора газа, такое как реле Бухгольца . Эти устройства безопасности обнаруживают скопление газа внутри трансформатора из-за коронного разряда , перегрева или внутренней электрической дуги . При медленном накоплении газа или быстром повышении давления эти устройства могут сработать защитный автомат, отключающий питание трансформатора. Трансформаторы без расширителей обычно оборудуются реле внезапного давления, которые выполняют ту же функцию, что и реле Бухгольца.
Альтернативы минеральному маслу
[ редактировать ]Минеральное масло, как правило, эффективно в качестве трансформаторного масла, но оно имеет некоторые недостатки, одним из которых является его относительно низкая температура вспышки по сравнению с некоторыми альтернативами. Если из трансформатора протекает минеральное масло, это может привести к возгоранию. Нормы пожарной безопасности часто требуют, чтобы в трансформаторах внутри зданий использовалась менее горючая жидкость или использовались трансформаторы сухого типа вообще без жидкости. Минеральное масло также является загрязнителем окружающей среды, и его изоляционные свойства быстро ухудшаются даже при небольшом количестве воды. По этой причине трансформаторы хорошо оснащены, чтобы удерживать воду вне масла.
пентаэритрит -тетражирных кислот Синтетические и натуральные эфиры становятся все более распространенной альтернативой минеральному маслу, особенно в применениях с высоким риском возгорания, например, внутри помещений, из-за их высокой температуры воспламенения , которая превышает 300 ° C (572 ° F). [5] Они биоразлагаемы , но стоят дороже минерального масла. Природные сложные эфиры имеют более низкую устойчивость к окислению при испытании с насыщением кислородом при температуре 120°C (около 48 часов) по сравнению с 500 часами для минеральных масел и поэтому используются в закрытых трансформаторах.
Герметические уплотнения важны для трансформаторов большей мощности из-за теплового расширения и сжатия. Силовые трансформаторы среднего и большого размера, как правило, имеют консерватор и резиновый мешок с использованием природного эфира, чтобы уменьшить попадание кислорода и предотвратить более быстрое окисление природного эфира, чем то, к чему привыкли коммунальные предприятия с минеральными маслами. Также используются масла на основе силикона или фторуглерода , которые еще менее горючи, но они дороже эфиров и не биоразлагаемы. [ нужна ссылка ]
В настоящее время в эксплуатации находится более 3 миллионов трансформаторов с составами на растительной основе, при этом в трансформаторах напряжением до 500 кВ используются составы на основе сои или рапса. Однако составы на основе кокосового масла непригодны для использования в холодном климате или при напряжении более 230 кВ. [7] Исследователи также изучают наножидкости для использования в трансформаторах; они будут использоваться в качестве присадок для улучшения стабильности, тепловых и электрических свойств масла. [8]
Полихлорированные дифенилы (ПХБ)
[ редактировать ]Полихлорированные дифенилы (ПХБ) — это синтетические диэлектрики, впервые изготовленные более века назад и обладающие желательными свойствами, которые привели к их широкому использованию. [9] Полихлорированные дифенилы раньше использовались в качестве трансформаторного масла, поскольку они обладают высокой диэлектрической прочностью и негорючи. К сожалению, они также токсичны , обладают способностью к биоаккумуляции , не поддаются биологическому разложению и их трудно безопасно утилизировать. При сгорании они образуют еще более токсичные продукты, такие как хлордиоксины и хлордибензофураны .
Начиная с 1970-х годов производство и новое использование ПХД было запрещено во многих странах из-за опасений по поводу накопления ПХБ и токсичности их побочных продуктов. Например, в США производство ПХД было запрещено в 1979 году Законом о контроле за токсичными веществами . [10] Во многих странах существуют значительные программы по утилизации и безопасному уничтожению оборудования, загрязненного ПХД. [ нужна ссылка ] Одним из методов, который можно использовать для утилизации трансформаторного масла, загрязненного ПХБ, является применение системы удаления ПХД, также называемой системой дехлорирования ПХБ.
В системах удаления ПХБ используется щелочная дисперсия для отделения атомов хлора от других молекул в ходе химической реакции. При этом образуется трансформаторное масло, не содержащее ПХД, и шлам, не содержащий ПХБ. Затем их можно разделить с помощью центрифуги. Шлам можно утилизировать как обычные промышленные отходы, не содержащие ПХБ. Обработанное трансформаторное масло полностью восстановлено и соответствует требуемым стандартам, без какого-либо обнаруживаемого содержания ПХД. Таким образом, его снова можно использовать в качестве изолирующей жидкости в трансформаторах. [11]
ПХБ 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 ПХД продолжает вызывать беспокойство. Например, согласно действующим правилам, концентрации ПХБ, превышающие 5 частей на миллион, могут привести к тому, что масло будет классифицировано как опасные отходы в Калифорнии. [12]
Тестирование и качество масла
[ редактировать ] |
Трансформаторные масла подвергаются электрическим и механическим нагрузкам во время работы трансформатора. Кроме того, существует загрязнение, вызванное химическим взаимодействием с обмотками и другой твердой изоляцией, катализируемое высокой рабочей температурой . Исходные химические свойства трансформаторного масла изменяются постепенно, что делает его неэффективным по назначению через многие годы. [13] Масло в больших трансформаторах и электроаппаратуре периодически проверяется на электрические и химические свойства, чтобы убедиться в его пригодности для дальнейшего использования. Иногда состояние масла можно улучшить фильтрацией и обработкой. Тесты можно разделить на:
- Анализ растворенных газов
- Фурановый анализ
- анализ печатных плат
- Общие электрические и физические испытания:
- Цвет и внешний вид
- Напряжение пробоя
- Содержание воды
- Кислотность (значение нейтрализации)
- Коэффициент диэлектрических потерь
- Удельное сопротивление
- Отложения и шлам
- Точка возгорания
- Для точки
- Плотность
- Кинематическая вязкость
Подробности проведения этих испытаний доступны в стандартах, выпущенных Международной электротехнической комиссией , ASTM International , Международным стандартом , Британскими стандартами , и тестирование может проводиться любым из методов. Тесты Фуран и ДГА предназначены именно не для определения качества трансформаторного масла, а для определения любых отклонений во внутренних обмотках трансформатора или бумажной изоляции трансформатора, которые иначе невозможно обнаружить без полного капитального ремонта трансформатора. Рекомендуемые интервалы для этих тестов:
- Общие и физические тесты – раз в два года.
- Анализ растворенных газов - ежегодно
- Фурановые испытания – 1 раз в 2 года при условии эксплуатации трансформатора не менее 5 лет.
Тестирование на месте
[ редактировать ] |
Некоторые испытания трансформаторного масла можно проводить в полевых условиях с использованием портативного испытательного оборудования. Другие тесты, такие как анализ растворенного газа, обычно требуют отправки образца в лабораторию. Электронные онлайн-детекторы растворенного газа можно подключить к важным или вышедшим из строя трансформаторам для постоянного мониторинга тенденций образования газа.
Для определения изолирующих свойств диэлектрического масла из испытуемого устройства отбирают пробу масла и ее напряжение пробоя измеряют на месте согласно следующей последовательности испытаний:
- В резервуаре два соответствующих стандарту испытательных электрода с типичным зазором 2,5 мм окружены изолирующим маслом.
- Во время испытания на электроды подается испытательное напряжение. Испытательное напряжение непрерывно увеличивается до напряжения пробоя с постоянной скоростью нарастания, например, 2 кВ/с.
- Пробой происходит в электрической дуге, что приводит к падению испытательного напряжения.
- Сразу после зажигания дуги испытательное напряжение автоматически отключается.
- Сверхбыстрое отключение имеет решающее значение, поскольку энергия, которая попадает в масло и сжигает его во время разрушения, должна быть ограничена, чтобы свести к минимуму дополнительное загрязнение в результате карбонизации.
- Среднеквадратичное значение испытательного напряжения измеряется в самый момент пробоя и указывается как напряжение пробоя.
- После завершения испытания изоляционное масло автоматически перемешивается, и последовательность испытаний повторяется.
- Результирующее напряжение пробоя рассчитывается как среднее значение отдельных измерений.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фрэнк Д. Петрузелла, Промышленная электроника , стр. 51, Гленко/МакГроу-Хилл, 1996 г. ISBN 0028019962 .
- ^ Гилл, Пол (2009). Обслуживание и испытания электроэнергетического оборудования (2-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press. п. 193. ИСБН 978-1-57444-656-2 .
- ^ Хиршлер, Марсело М. (2000). Электроизоляционные материалы: международные проблемы (Интернет-изд.). Вест-Коншохокен, Пенсильвания: ASTM. стр. 82–95. ISBN 978-0-8031-2613-8 .
- ^ Кеннет Р. Эдвардс, Трансформеры , American Technical Publishers Ltd., 1996 г. ISBN 0-8269-1603-1, стр. 138-14.
- ^ «Сравнение жидкостей» . Мидель.
- ^ «Компания Siemens выпустила первый в мире крупногабаритный трансформатор, работающий на растительном масле» .
- ^ «Кокосовое масло как альтернатива трансформаторному маслу» (PDF) . Симпозиум ЕСВ. Ноябрь 2001 г. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2015 г. Проверено 8 августа 2013 г.
- ^ н'Чо, Дж.С.; Луазель, Л.; Фофана, И.; Беруаль, А.; Ака-Нгнуи, Т. (2010). «Параметры, влияющие на электрические и тепловые свойства трансформаторных масел» . Параметры, влияющие на электрические и тепловые свойства Transformer_oils . Конференция по электроизоляции и диэлектрическим явлениям. стр. 1–4. дои : 10.1109/CEIDP.2010.5723967 . ISBN 978-1-4244-9468-2 . S2CID 22800355 . Проверено 6 февраля 2022 г.
- ^ «Серия PCB-RS – система удаления печатных плат | HERING VPT: стандарт в технологии очистки масла и сушки трансформаторов» . Проверено 20 мая 2020 г.
- ^ Блэкмор, Кэролайн. «Классификация и обращение с отходами ПХД» (PDF) . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли . Проверено 20 октября 2017 г.
- ^ «Система дехлорирования ПХБ» . Геринг-ВПТ ГмбХ . Проверено 20 октября 2017 г.
- ^ Свод правил Калифорнии, раздел 22, раздел 66261.
- ^ «Ухудшение качества и деградация трансформаторного масла. Почему необходима очистка трансформаторного масла?» .
- Менее и негорючие трансформаторы с жидкостной изоляцией, стандартный класс одобрения № 3990, Factory Mutual Research Corporation, 1997.
- McShane CP (2001) Сравнительные свойства новых устойчивых к горению диэлектрических охлаждающих жидкостей на основе растительного масла для распределительных и силовых трансформаторов. IEEE Транс. 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 нагрузке трансформаторов с минеральным маслом, стандарт IEEE C57.91-1995, 1996.
