Окисление трансформаторных масел в присутствии электрического поля (стр. 2 )

Институтом энергетики АН Азербайджанской ССР ранее применялся метод длительного (500 ч) старения трансформаторных масел в химических стаканах при температуре 105° С без катализатора [Л. 12-5]. В настоящее время методика испытания изменена, и окисление 26°осуществляется вприсутствии медного катализатора. Последнее весьма существенно. Так, согласно нашим наблюдениям после 1 000 ч старения двух различных масел без меди разница между величинами tg б масла (как, впрочем, и между другими показателями) оказалась незначительной. В присутствии меди tg б одного из масел очень быстро превысил 100%

(рис. 12-6).

Рис. 12-5. Влияние концентрации ионола «а окисление трансформаторного масла из смеси Бакинских нефтей 1960 г.1 — масло без присадки; 2 — то же+0,2% ионола; 3 — то же+0,3% ионола; 4 — то же+0,5% ионола.

Заключительной стадией экспериментов, после которых новые масла или присадки к ним получают путевку в жизнь, являются стендовые испытания в небольших специально оборудованных трансформаторах. Если проводить сравнение с практикой испытаний смазочных моторных масел, то такой этап равноценен стадии испытаний масла в стендовых условиях на реальных двигателях.

Для трансформаторных масел организация эксплуатационных испытаний в полном смысле этого слова достаточно сложна, учитывая как значительный срок службы масла, определяемый годами, так и реальную невозможность подобрать для сравнения трансформаторы, которые работали бы в строго идентичных условиях.

Рис. 12-6. Окисление двух сортов трансформаторного масла в присутствии меди и без нее (температура окисления+95°С;

статические условия).

1-из сернистых нефтей (без меди); 2—из Бакинских нефтей (без меди); 3 — из сернистых нефтей (с медью); 4 - из Бакинских нефтей (с медью).

Следует заметить, что до последнего времени было принято считать результаты наблюдения за поведением масел в эксплуатации решающим критерием при оценке качества масла. Это было справедливо в условиях, когда, например, в течение 30—40 лет единственным сырьем для получения трансформаторных масел служили исключительно балаханская масляная нефть Бакинского месторождения и доссорская малопарафинистая нефть Эмбенского района.

Однако ценность таких данных в настоящее время представляется сомнительной. Данные эксплуатационных испытаний могут носить достоверный характер только в том случае, если они получены в результате математического анализа наблюдений за поведением масла в большом числе трансформаторов в течение достаточно продолжительного срока, определяемого 10—15 годами. При этом фактор неоднородности условий работы масла в различных трансформаторах после соответствующей математической обработки перестает оказывать влияние. Легко представить себе огромную трудоемкость такой работы и ее предолжительность. Возрастающий с каждым годом объем нефтепереработки приводит к тому, что даже при достаточно больших запасах индивидуальной нефти или определенной смеси нефтей качество нефтей, поступающих на данный нефтеперерабатывающий завод, меняется. Мы не говорим уже о постоянно совершенствуемой технологии очистки нефтепродуктов. В таких условиях длительные эксплуатационные испытания теряют смысл.

Если обобщения производятся на основании наблюдений за работой масла в 10—15 трансформаторах в течение 3—5 лет, то такие данные трудно считать достоверными.

Учитывая это положение, принято окончательную оценку качества трансформаторного масла производить на основании данных испытаний их в небольших трансформаторах. При этом должны приниматься во внимание результаты предыдущих лабораторных испытаний. Первый вариант стендового метода в СССР был создан в 1958 г. во ВТИ имени [Л. 12-6]. Старение масла осуществляют в небольшом понизительном трансформаторе (типа ОМ-0,66/6) емкостью по маслу около 12 л.

Трансформатор дополнительно оборудован выносным бачком (рис. 12-7). При испытании обмотка низкого напряжения включается под двойным напряжением 220 в, а концы обмотки высокого напряжения остаются погруженными в масло, причем один конец (под слоем масла) заземляется. Этим приемом достигается интенсификация электрического поля и разогрев масла до 70—80° С. Доведение температуры масла до требуемого уровня (95° С) осуществляется с помощью электроподогрева и поддерживается автоматически с точностью до ±0,5° С.

Через масло в выносном бачке периодически продувают кислород со скоростью 25 мл/мин, благодаря чему масло насыщается кислородом. Длительность опыта 750 ч; периодически отбирают пробы масла, на основании анализа которых судят о изменении масла в процессе окисления. По окончании опыта производится заключительный анализ масла, а также определяются коррозия медных пластин и изменение механической прочности образцов целлюлозной изоляции, находившихся в масле.

В табл. 12-5 приведены результаты испытания некоторых образцов трансформаторных масел на стенде ВТИ [Л. 12-7, 12-9].

На стенде Московского электрозавода и Мосэнерго [Л. 12-8] для проведения испытаний используются специально сконструированные небольшие силовые трансформаторы, вмещающие около 30 л масла (рис. 12-8). С целью воспроизведения реальных условий работы масла трансформаторы эксплуатируются в нагрузочном режиме.

Рис. 12-7. Схема трансформатора типа ОМ-0,66/6, переоборудованного для стендовых испытаний трансформаторных масел по методу ВТИ [Л. 12-7].

1 — бак трансформатора; 2—выносной бачок, в котором производится насыщение масла кислородом; 3 — выводы обмотки низкого напряжения; 4 — концы обмотки высокого напряжения; 5—основной нагревательный элемент под днищем бака; 6 — дополнительный нагревательный элемент; 7 — масло.

Нагрев масла осуществляется путем включения опытного трансформатора на параллельную работу с трансформатором такого же типа, но с иным коэффициентом трансформации. При этом вторичные обмотки каждой пары трансформаторов замыкаются накоротко (рис. 12-9). В таких условиях трансформаторы взаимно нагружаются током, циркулирующим в их обмотках. В трансформаторе с большим коэффициентом трансформации через 6—7 ч после включения устанавливается температура масла (в верхнем его слое), равная 90° С *. Такая температура получена в результате увеличения температурного градиента между медным проводом и маслом по сравнению с обычно существующими в трансформаторах значениями.

При условии, что температура окружающего воздуха равна +200 С

Испытания трансформаторных масел на стенде ВТИ [ Л. 12-7, 12-9]

Таблица 12-5

Происхождение масла и способ его очистки	Выход водорастворимых кислот через 100 ч, мг КОН/г	Время до появления кислотной реакции масла, ч	Показатели масла после окончания испытания (через 750 ч)
Кислотное число, мг КОН/г	Осадок, %	Потеря прочности на разрыв, %	tgпри +700С, %	Коррозия меди, г/см2
Кабельной бумаги	Хлопчатобумажной ленты
I. Масла из сернистых нефтей
Фенольной очистки (100% фенола)	0,018	70	0,20	0,05	-	-	17,0	-2,9
Фенольной очистки (200% фенола)	0,025	36	0,19	0,02	58,2	64,5	5,8	-2,1
То же с 0,3% ионола	0,024	36	0,13	следы	46,5	63,5	1,4	-4,0
Гидроочистки (контактная очистка)	0,010	155	0,14	0,10	61,3	51,0	9,9	-0,7
Гидроочистки (перколяционная доочистка)	0,008	200	0,15	0,03	53,6	32,5	2,8	-2,2
II. Масла из малосернистых нефтей
Из Бакинских нефтей, 1959 г. (сернокислотной очистки)	0,013	175	0,10	0,03	39,3	52,2	2,0	-0,2
Из смеси Эмберских нефтей, 1960 г. (сернокислотной очистки)	0,015	73	0,14	0,02	31,0	36,0	5,4	-3,5
Из смеси Эмберских нефтей опытное (очистка серным ангедридом) с 0,2% ионола	0,006	550	0,03	Нет	18,0	7,0	0,2	-0,2
Из Анастасиевской нефти, 1959 г.	0,023	49	0,16	0,04	38,0	52,5	10,0	+0,2
III. Импортные масла
Английской фирмы “Shell	0,011	200	0,07	0,003	27,5	29,8	0,9	+0,2
Французской фирмы “Esso”	0,010	250	0,06	0,001	33,5	27,0	0,6	+0,2

*При условии, что температура окружающего воздуха равна +200 С

Рис. 12-8. Стенд для испытания масел в небольших трансформаторах.

1, 2 — два трансформатора с коэффициентами трансформации 27 и 21, включенные параллельно по схеме на рис. 12-9 на обечайке бака каждого трансформатора видна обмотка для дополнительного индукционного нагрева; 3, 4 — вводы низкого и вы сокого напряжения; 5 — газовый кран на крышке; наличие кранов позволяет производить наблюдение за кинетикой поглощения маслом кислорода; в этом случае пространство над маслом соединяется трубками с устройством, фиксирующим расход кислорода в системе; 6 — датчик температуры (типа ТК-6) автоматической системы регулирования нагрева обмоток помещенный в металлический карман на крышке; 7 — указатель уровня масла; 8 — кран для взятия проб масла.

Второй трансформатор, работающий в паре с первым, рассматривается как нагрузочный. Поскольку возможно снижение температуры окружающего воздуха при эксплуатации трансформаторов, последние оборудованы дополнительным постоянно включенным ин

Рис. 12-9. Схема включения трансформаторов типа ОМ-1,2/10, переоборудованных для испытаний трансформаторных масел на стенде Московского электрозавода и Мосэнерго. Tt — трансформатор на 6 000 в; Т1 - трансформатор на 4 600 в;х1 — а1; х2 — а2 - выводы обмотки низкого напряжения; X1 — A1; Х2 — А2 -выводы обмотки высокого напряжения; I — ток в сети, подводящей питание; I1 - ток в обмотке низкого напряжения Т1; I2 —ток в обмотке низкого напряжения Т2

Аукционным нагревом, за счет которого компенсируются потери тепла в окружающую среду. В случае изменения температуры масла автоматическая система осуществляет выключение и включение сети, питающей каждую пару трансформаторов. Заданная температура масла поддерживается с точностью ±0,5° С. Продолжительность испытаний составляет 1000 ч.

Результаты испытания этим методом образцов трансформаторных масел приведены в табл. 12-6.

В настоящее время принят следующий путь оценки качества новых трансформаторных масел, позволяющий обосновать способ и необходимую глубину очистки, произвести подбор и оптимальную концентрацию присадки. Первым этапом являются лабораторные исследования. Они включают оценку соответствия масел требованиям ГОСТ, определение основных химических и электрофизических свойств масел и в первую очередь их стабильности (по ряду методов, в том числе по методам в электрическом поле по 1000-часовому). Отобранные в результате таких испытаний масла для окончательной оценки подвергаются старению в небольших трансформаторах в стендовых условиях. Такой комплекс испытаний трансформаторного масла можно назвать типовыми испытаниями.

Результаты стендовых испытаний трансформаторных масел [Л. 12-12, 12-13]

Таблица 12-6

Происхождение масла	Способ очистки	Показатели масла и твердой изоляции после 1000 ч старения
Цвет, единицы оптической плотности			Осадок, %	tgпри +70 0С, %	Потеря прочности на разрыв	Коррозия меди г/ м2	Переходное сопротивление двух медных пластин, мк ом	Внешний вид обмотки, крышки, бака трансформатора
Кабельной бумаги	Киперной ленты
Из смеси Эмберских нефтей, 1962 г.	Сернокислотный	0,20	0,11	0,045	0,15	2,1	57,4	68,2	-4,05	6600	Обмотка потемнела, на крышки шлам, на дне небальшой осадок
То же +0,05% дисалицилиденэтилендиамина +0,02% антраниловой кислоты		0,18	0,13	0,040	0,07	1,6	22,2	16,2	-0,64	8600	Обмотка светлая, на крышке и дне нет осадка
Из сернистых нефтей восточных районов СССР +0,2% ионола, 1960 г.	Фенолом	0,30	0,08	0,015	-	1,1	25,5	24,3	-3,0	3500	Обмотка светлая, на крышке и дне следы осадка
То же +0,2% ионола +0,5% дисалицилиденэтилендиамина		0,14	0,07	0,008	0,02	1,1	26,1	28,0	-4,80	700	Обмотка светлая, на крышке и дне нет осадка
Из сернистых нефтей восточных районов СССР, 1962 г. (опытная партия)	Гидрированием	0,25	0,20	0,06	0,04	2,2	59,0	82,0	-1,26	37000	Обмотка потемнела, на крышки и дне бака осадок
То же +0,05% антраниловой кислоты		0,03	0,12	0,02	0,03	2,7	21,5	39,7	+0,30	27000	Обмотка светлая, на крышке и дне нет осадка
Из Анастасиевской нефти, 1962 г.	Сернокислотный	0,50	0,13	0,03	0,02	7,9	26,0	53,0	+0,47	14000	Обмотка потемнела, на крышки и дне следы осадка
То же +0,05% антрапиловой кислоты	Сернокислотный	0,27	0,08	0,02	0,01	2,6	20,0	35,4	+0,28	41000	Обмотка светлая, на крышке и дне нет осадка
Из Бузовнинской нефти, расход кислоты при очистки 8%*	Сернокислотный	0,50	0,14	0,07	0,09	1,2	67,5	92,0	-1,13	78000	Обмотка черного цвета, на крышки и на дне осадок
То же, но расход кислоты при очистки 10%*	Сернокислотный	0,09	0,05	0,01	0,01	0,6	30,5	45,5	-0,41	29000	Обмотка светлая, на крышки следы осадка, на дне осадка нет
То же, но расход кислоты при очистки 10%*, но масло содержит 0,2% ионола	Сернокислотный	0,07	0,04	0,01	Нет	0,4	11,5	18,8	-0,4	23000	Обмотка светлая, на крышки и других деталях осадка нет
То же, но расход кислоты при очистки 12%*	Сернокислотный	0,29	0,09	0,03	0,05	2	24,2	66,5	-1,0	31000	Обмотка потемнела, на крышки и на дне небальшой осадок

*Расход кислоты указан из расчета на дистиллят.