Зачем нужно масло трансформаторе

Какова роль масла в силовых трансформаторах?

Главной частью трансформатора являются его обмотки, которые требуется защитить. В процессе понижения высокого в низкое напряжение аппарат генерирует много тепла. Если не удалять тепло, медь начнёт плавиться и электрический контакт будет потерян.

Зачем масло в трансформаторе

Надежная работа высоковольтных трансформаторов обусловлена применением масла:

• охлаждение. Во время скачков напряжения вверх/вниз температура трансформаторных обмоток увеличивается, что требует надлежащего охлаждения;
• электрическая изоляция. Масло действует как изолятор между обмотками, увеличенное сопротивление изоляции помогает избежать короткого замыкания;
• мера безопасности. Газовая защита (по принципу Бухгольца) основана на подаче сигнала на отключение при появлении бурного газообразования, приводящего к короткому замыканию. Индикатор температуры масла описывает внутреннее состояние трансформаторного бака. Масло помогает избежать тяжелых потерь и повреждений аппаратов.

В трансформаторах мощностью 50—500 кВА применяют бумажно-масляную изоляцию, в основе которой лежит изоляционная бумага, пропитанная маслом. У трансформаторов мощностью до 20—30 кВА применяют большие сварные конструкции из стального листа с многочисленными трубами, параллельно выходящими из одной или нескольких её сторон. Магнитопровод с обмотками помещается в трубчатый бак. Масло окружает электрические обмотки, и забирает от них тепло. Через конвекцию, в горячем виде оно поднимается в верхнюю часть трубы, охлаждаясь, опускается вниз, и стекает обратно в резервуар с более низкой температурой. Затем всё повторяется по той же схеме.

Направленное масляное охлаждение обеспечивает равномерную теплоотдачу между обмоткой и маслом, которое имеет:

1. очень хороший коэффициент теплопроводности (легко отводит тепло);
2. высокую точку кипения, поэтому оно остается жидким внутри трансформатора.

Химическая стабильность является весьма важным показателем, характеризующим стойкость вещества вне зависимости от времени.
Трансформаторное масло обеспечивает хорошие условия для среды гашения дуги. Изоляция сокращает потери меди за счет нагрева, уменьшает шум, создающийся в трансформаторе, приводит к снижению уровня вибрации. Масло не проводит электричество вообще, что наилучшим образом соответствует условиям короткого замыкания.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник

Трансформаторное масло – особенности применения и состава

Казалось бы, где масло, а где электроприборы? Тем более трансформаторы, внутри которых блуждают огромные токи, и формируется высокое напряжение. Тем не менее подобные электрические установки работают с применением технических жидкостей, и это отнюдь не антифриз и не дистиллированная вода.

Наверное, все видели огромные трансформаторы на подстанциях, и энергоблоках промышленных предприятий. Все они снабжены расширительными емкостями в верхней части.

Именно в эти бочонки заливается трансформаторное масло. Выглядит это вполне привычно для обывателя: корпус электрической установки (по аналогии картера двигателя автомобиля), внутри расположены рабочие узлы. И все это богатство залито маслом до самого верха. Как мы понимаем, о смазке деталей речь не идет: в трансформаторе нет движущихся частей.

Область применения трансформаторного масла

Для начала, развеем некоторые стереотипы. Существует устойчивое заблуждение, что все жидкости являются проводниками. На самом деле далеко не все, и не так явно, как металлы.

Важное свойство трансформаторного масла – высокое сопротивление электрическому току. Настолько высокое, что жидкость фактически является диэлектриком (в разумных пределах, разумеется).

Такая характеристика, как смазывающая способность, в электрике интересна в последнюю очередь. А вот теплопроводность напротив, очень важна.

О свойствах поговорим отдельно, они вытекают из двух областей применения:

1. В электрических трансформаторах, масло выполняет роль диэлектрика и средства для эффективного отвода тепла. Всем известно, что электроустановки сильно греются. Воздушное охлаждение не настолько эффективно, поскольку не может обеспечить плотный контакт объекта охлаждения со средой отвода тепла. Трансформаторы приходится делать массивными, с большой площадью рассеивания. Назначение трансформаторного масла – эффективный отвод тепла при относительно компактной конструкции.
   Радиаторы присутствуют, и даже снабжены вентиляторами обдува.
   
   Но подобная система отвода тепла несоизмерима по габаритам с трансформаторами воздушного охлаждения (в пользу жидкостных).
2. Кроме того, трансформаторное масло используется в контактных группах выключателей. Разумеется, речь идет не о тех клавишах на стене, которыми вы включаете свет в ванной комнате. Масляные выключатели достигают размеров небольшого дома, и применяются на высоковольтных подстанциях, снабжающих электроэнергией как минимум промышленное предприятие, или целый город.
   

Эксплуатационные показатели подобных устройств поражают воображение: напряжение несколько сотен тысяч вольт, и сила тока до 50 тысяч ампер.

Масло в этих устройствах имеет две функции. Разумеется, изоляционные свойства, как и в трансформаторах. Но главное назначение – эффективное гашение электрической дуги.

При размыкании (замыкании) контактов на электрических коммутационных устройствах с такими параметрами, возникает электрическая дуга, способная разрушить контактную группу за несколько циклов.

Электрическая дуга при размыкании контактов (происшествие на подстанции) — видео

Однако проблемы возникают лишь в воздушной среде. Если внутренняя полость заполнена трансформаторным маслом – искрения и дуги не возникнет.

Технические характеристики трансформаторного масла

Так же, как и минеральное моторное, трансформаторное масло производится путем перегонки подготовленной сырой нефти (очищенной), методом кипячения сырья. После возгонки при температуре 300°C — 400°C, остается так называемый соляровый дистиллят.

Собственно, эта субстанция является основой для получения трансформаторного масла. Во время очистки, снижается насыщенность ароматическими углеродами и не углеродными соединениями. В результате повышается стабильность продукта.

При возгонке и выделении дистиллята, можно управлять физическими и химическими процессами. Манипулируя базовым сырьем и технологией, можно менять свойства трансформаторного масла. Они определяются полученным соотношением компонентов:

Интересно, что этот продукт экологически чист. При его производстве, использовании и утилизации, воздействие на природу не выше, чем у исходного сырья (сырой нефти). В состав не включаются добавки, синтезированные искусственным путем.

Как и нефть, масло для трансформаторов и выключателей не токсично (насколько это можно сказать о нефтепродуктах), не разрушает озоновый слой, и бесследно разлагается в природной среде.

Одна из важных характеристик – плотность трансформаторного масла. Типичная величина лежит в диапазоне 0,82 – 0,89 * 10³ кг/м³. Цифры зависят от температуры: рабочий диапазон в пределах 0°C – 120°C.

При нагреве она уменьшается, этот фактор принимается во внимание при проектировании радиаторной системы охлаждения трансформаторов.

Поскольку масла относительно универсальны, эта характеристика может варьироваться в зависимости от потребностей заказчика. Трансформаторные подстанции располагаются в различных климатических зонах, зачастую в условиях крайнего Севера и Сибири.

Не только плотность меняется в зависимости от температуры

Вязкость трансформаторного масла может радикально изменить общие показатели электроустановки.

Показатели	ТКп	Масло селективной очистки	Т-1500У	гк	вг	АГК	МВТ
Кинематическая вязкость, им2/с* при температуре
50°С	9	9	—	9	9	5	—
40°С	—	—	11	—	—	—	3,5
20°С	—	28	—	—	—	—	—
-30°С	1500	1300	1300	1200	1200	—	—
-40°С	—	—	—	—	—	800	150
Кислотное число, мг КОН/г, не более	0,02	0,02	0,01	0,01	0,01	0,01	0,02
Температура, °С
Вспышки в закрытом тигле, не ниже	135	150	135	135	135	125	95
Застывания, не выше	-45	-45	-45	-45	-45	-60	-65

Этот параметр – порождение компромисса. Для обеспечения электрической прочности масла, вязкость должна быть высокой. Практически, как твердый диэлектрик. Но изоляция проводников, это не единственное предназначение рассматриваемой жидкости.

Принцип работы масляного трансформатора — видео

• Теплоотвод – возможен при достаточно жидком теплоносителе. То есть, для нормального охлаждения электроустановки вязкость должна быть как можно более низкой.
• Гашение электрической дуги. Как это работает? В обычной воздушной среде, при размыкании (замыкании) контактов под высокой нагрузкой, возникает дуга, подобная сварочной.

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

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:

Температура t, °С	Плотность р, кг/м3	Cp, кДж/(кгК)	λ, Вт/(м’К)	а-10**8, м2/с	μ-10**4, Пас	v-10**6, м2/с	ß-10**4, К»1	Рг
0	892,5	1,549	0,1123	8,14	629,8	70:5	6,80	866
10	886.4	1,620	0,1115	7,83	335,5	37,9	6.85	484
20	880,3	1,666	0,1106	7,56	198,2	22,5	6,90	298
30	874,2	1,729	0,1008	7,28	128,5	14.7	6.95	202
40	868,2	1,788	0,1090	7,03	89.4	10,3	7,00	146
50	862,1	1,846	0,1082	6,80	65.3	7,58	7,05	111
60	856,0	1,905	0,1072	6,58	49,5	5,78	7,10	87,8
70	850,0	1,964	0,1064	6,36	38.6	4,54	7,15	71.3
80	843,9	2,026	0,1056	6,17	30.8	3,66	7,20	59,3
90	837.8	2.085	0,1047	6,00	25,4	3,03	7,25	50,5
100	831,8	2,144	0,1038	5,83	21.3	2,56	7,30	43.9
110	825,7	2,202	0,1030	5,67	18.1	2,20	7,35	38,8
120	819,6	2,261	0,1022	5,50	15.7	1,92	7,40	34,9

• 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

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.

Второстепенные характеристики трансформаторного масла

Устойчивость масла к окислению – это не что иное, как противодействие старению. Есть две негативные стороны этого явления:

1. Связывание молекулами кислорода активных добавок, которые обеспечивают базовые параметры жидкости.
2. Отложение продуктов окисления на поверхностях деталей трансформатора: обмотках, проводниках, контактных группах. Это приводит к снижению теплоотвода, с последующим закипанием масла в точках соприкосновения.
3. Зольность – наличие посторонних примесей и причина их появления. После промывки нового масла, в его составе остаются химические моющие средства (это касается и регенерации старой жидкости).

Если их не удалить – образуются зольные фракции, которые оседают на рабочих частях трансформаторов и выключателей. Для борьбы с этим явлением, в масло добавляются присадки, нейтрализующие солевые и мыльные отложения.

Температура текучести (застывания) характеризует превращение жидкости в консистентную смазку. Этот показатель (от — 35°C до — 50°C) применим лишь при холодном пуске электроустановки. Работающий трансформатор сам является источником тепла, и поддерживает жидкость в рабочем состоянии.

Источник