Трансформаторное масло (стр. 17 )

Приведенные выше данные позволяют отметить, что стабильность товарных масел может быть улучшена за счет углубления очистки и применения соответствующих присадок к маслам. Эффективность действия большинства присадок типа антиокислителей проявляется в различной степени в зависимости от химической структуры масла. В этом отношении наименее требовательными. являются присадки, относящиеся к группе деактиваторов металлов.

Средний срок службы масла в трансформаторах в связи с его недостаточно удовлетворительным качеством, вообще говоря, невелик, особенно в небольших распределительных трансформаторах, работающих с перегрузкой. В случае применения масел среднего качества без ингибирующих присадок он определяется зачастую 2—3 годами [Л. 13-1].

Частая смена масла в трансформаторах влечет за собой неоправданно высокие эксплуатационные. расходы, а также непроизводительную трату ценного нефтяного сырья. В связи с этим решение проблемы бессменной эксплуатации масел следует рассматривать как весьма актуальную задачу.

13-1. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Увеличение долговечности трансформаторного масла (так же как и твердой изоляции) может быть достигнуто за счет оборудования трансформаторов эффективной системой, обеспечивающей защиту масла от соприкосновения с кислородом воздуха. Трансформаторы такого типа, которые принято называть герметичными, обладают существенными преимуществами перед обычными, негерметичными. Продолжительность жизни герметичных трансформаторов в условиях принятых в настоящее время температурных нагрузок, по крайней мере, в 2—3 раза больше, чем обычных. В [Л. 13-2] приводятся данные, что герметичные столбовые трансформаторы мощностью до 100 ква эксплуатируются без ревизии более 20 лет.

Оборудование трансформаторов системой защиты изоляции от окисления позволит безопасно поднять допустимую температуру медного провода по крайней мере на 5° С [Л. 13-3].

Герметичные трансформаторы незаменимы для использования в тропических условиях, в атмосфере агрессивных сред и т. д. Наконец, с применением упомянутого защитного оборудования на трансформаторах существенно снижаются расходы по их эксплуатации, поскольку отпадает необходимость в наблюдении за качеством масла, а также в его замене и регенерации.

Благодаря бесспорным преимуществам герметичные трансформаторы нашли довольно широкое применение в различных странах. В некоторых национальных стандартах даже содержатся требования в отношении оборудования трансформаторов системой защиты масла от окисления. Так, например, в США стандартизированы герметичные распределительные трансформаторы до 11 кв. [Л. 13-4, 13-5]. В СССР согласно требованиям ГОСТ 11677-65 трансформаторы на напряжение 220 кв. и выше по желанию потребителей должны оборудоваться системой защиты масла от окисления и увлажнения.

Различные методы защиты масла в трансформаторахот окисления рассмотрены ниже.

Простой расширитель. Эксплуатационный опыт свидетельствует, что применение на трансформаторах расширителей (консерваторов) не предотвращает окисления масла, а также его увлажнения. Установка расширителей обусловлена главным образом конструктивными соображениями.

Попытки предохранить масло от попадания в него влаги из воздуха путем осушки воздуха в расширителе трансформатора с помощью влагопоглотительных патронов, как свидетельствует отечественный [Л. 13-6] и зарубежный опыт [Л. 13-7—13-9], оказываются недостаточно эффективными. Несмотря на это, установка на трансформаторах таких осушителей — явление довольно распространенное. В качестве активного вещества чаще всего используется силикагель.

Рис. 13-1. Влагопоглощаемость различных адсорбентов в атмосфере постоянно поддерживаемой

влажности воздуха при +20° С.

1 — цеолит марки NaA, синтезированной ВНИИ НП; 2 — силикагель.

Известны более активные влагопоглотители, чем силикагель, относящиеся к классу так называемых молекулярных сит. Последние обладают уникальными адсорбционными свойствами, определяемыми наличием в них пор молекулярных размеров. Это дает возможность удерживать молекулы адсорбируемых веществ в том случае, если критический диаметр этих молекул меньше диаметра пор адсорбента. Молекулы больших размеров не могут проникать в эти поры, в результате чего достигается эффект, напоминающий просеивание, что послужило основанием называть такие адсорбенты «молекулярными ситами» [Л. 13-10—13-12]. Адсорбентом такого типа является цеолит. Цеолит — прекрасный осушитель как воздуха, так и масла (рис. 13-1). Скорость поглощения водяных паров цеолитом примерно в 2—2,5 раза превышает соответствующую величину для силикагеля. Это свойство цеолита целесообразно использовать в целях активирования силикагеля, скорость влагопоглощения которого относительно невелика. Ценной является способность цеолита поглощать в 2—3 раза больше влаги, чем силикагель, при одинаковых объемах адсорбентов. Важным преимуществом цеолита следует считать сравнительно невысокую температуру, потребную для его сушки, а именно 300—350° С вместо 450—500° С для силикагеля. Производство цеолитов освоено отечественной промышленностью.

Имеются сведения о применении за рубежом соединений типа цеолита в качестве осушителей масла и воздуха в трансформаторах. В герметичных трансформаторах изоляция гораздо надежнее предохраняется от увлажнения, чем в трансформаторах с воздухоосушительными патронами, тем более что содержимое последних надо часто менять в эксплуатации.

Наиболее распространены герметичные трансформаторы, работающие при «переменном», «атмосферном», «постоянном» и «низком» давлениях инертного газа (азота) в системе.

Система переменного давления. В этом случае (рис. 13-2, 1) верхняя часть герметичного бака трансформатора заполняется сухим азотом (10—12% объема масла). При значительном подъеме давления, например в аварийном режиме, в случае короткого замыкания срабатывает предохранительный клапан, выпуская из бака газы. При повышении давления внутри трансформатора до максимально допустимого предела дистанционный манометр дает сигнал на отключение трансформаторов.

Система защиты масла, работающая по описанному принципу, применена в отечественных трансформаторах типа ТМЗ мощностью 750—1000 ква, выпускаемых серийно нашей промышленностью. Известны случаи применения подобной защиты и для более мощных трансформаторов [Л. 13-9]. Однако наиболее целесообразно таким способом защищать масло от окисления и увлажнения в распределительных, измерительных, автоблокировочных и других трансформаторах небольшой мощности, предназначенных для установки на столбах. Одна из возможных конструкций описана в [Л. 13-13].

Достоинством описанной системы является относительная простота конструктивного выполнения (хотя следует обратить внимание на трудности обеспечения герметичности). Однако в этом случае увеличиваются габариты трансформатора, что связано с наличием значительного объема азота над маслом. Это неудобно при транспортировке трансформаторов (главным образом больших габаритов), особенно морским путем. Кроме того, при эксплуатации необходимо контролировать состав газа и вовремя производить подпитку азотом.

Система атмосферного давления (рис. 13-2,2). При такой системе защиты азотная подушка сохраняется с помощью масляного затвора в дополнительном отсеке расширителя.

Рис. 13-2. Принципиальные схемы конструктивного выполнения различных систем защиты масла в трансформаторах от

окисления и увлажнения.

1 — система, работающая при переменном давлении азота, находящегося над поверхностью масла; 2 — система с масляным затвором в расширителе, работающая при атмосферном давлении азота в отсеке расширителя; 3 — система, работающая при постоянном избыточном давлении азота, находящегося над поверхностью масла: а — баллон с азотом; б — редуктор с манометром; в —регулятор давления; 4 — система, работающая при низком давлении азота: а — газоосушитель; б —эластичные резервуары; 5—система, работающая при атмосферном давлении: а — пространство, сообщающееся с атмосферой; б — эластичный Резервуар — компенсатор расширения масла, установленный в расширителе трансформатора; 6 — система, работающая при атмосферном Давлении: а — пространство, сообщающееся с атмосферой; б —эластичная мембрана; в — воздухоосушительный патрон; 7 — система, работающая при атмосферном давлении: а — пространство, сообщающееся с атмосферой; б — эластичный компенсатор расширения масла, установленный в баке трансформатора; 8 — система, работающая при отрицательном давлении в расширителе трансформатора: а — постоянно Действующий вакуум-насос; б — редукционный клапан для масла.

Существуют различные конструктивные выполнения масляного затвора [Л. 13-9, 13-14, 13-15]. В некоторых случаях нет обмена между маслом в основном баке и маслом в затворе; при этом последний может быть размещен вверху, внизу и даже внутри трансформатора (рис. 13-3).

Пространство над маслом, заполненное азотом, в основном баке и затворе составляет около 15% объема масла.

Преимуществом такой системы являются несложность конструктивного выполнения, отсутствие таких относительно малонадежных механизмов, как клапаны давления, возможность размещения в любом месте трансформатора.

К недостаткам системы следует отнести трудности нахождения утечки азота в эксплуатации и необходимость регулярного контроля за. наличием азота, поскольку масляный затвор лишь замедляет, но не исключает диффузию кислорода из воздуха и, наоборот, утечку азота из расширителя. Кроме того, на трансформаторе требуется устанавливать расширитель вдвое большего объема, чем обычно. Последнее не всегда возможно и целесообразно. Известно, что трансформаторы в таком исполнении выпускались в США и Индии [Л. 13-9, 13-14].

Система постоянного давления (см. рис. 13-2,5). В этом случае азот подается в бак трансформатора из баллона высокого давления через редуктор и автоматический регулятор давления. Такая система имела применение для трансформаторов средней и большой мощности. При этой системе устройство для питания азотом требует меньших габаритов, чем при других системах (атмосферного, низкого давления). Однако необходима более сложная дополнительная аппаратура, долговечность и надежность которой в эксплуатации обеспечить очень трудно. В случае течи трансформатора возрастает пожарная опасность вследствие выбрасывания струи масла под давлением.

Рис. 13-3. Схемы различных конструктивных выполнений системы с масляным затвором. А — кран для отбора проб газа; Б — кран для спуска масла из расширителя; В— патрубок выпускной; Г — патрубок впускной; Д — указатель уровня масла; Е — кран для наполнения расширителя маслом.

Необходимо отметить, что при эксплуатации такой системы защиты, так же как и системы, работающей при переменном давлении, не исключена возможность выделения из масла растворенного газа (при резком изменении режима работы трансформатора), что снижает электрическую прочность изоляции [Л. 13-16—13-19].

В экспериментах с трансформатором тока на 110 кв (бумажно-масляная изоляция) [Л. 13-18] при давлении в азотной подушке, равном 2 ат (рис. 13-4), напряжение тлеющего разряда составляло (при 150 кв) величину менее 1 мкв. При снижении давления ступенями (после каждого снижения давления через 30 мин производилось измерение напряжения тлеющего разряда) в диапазоне от 0,6 до 0,4 ат визуально отмечалось появление пузырьков и происходило резкое увеличение тлеющего разряда; в последующем развился пробой. Учитывая эти обстоятельства, стремятся ограничить колебания давления в азотной подушке трансформатора.

Система низкого давления (см. рис. 13-2,4). В последние годы такая система защиты масла в трансформаторах нашла довольно широкое распространение в ряде стран. В этом случае пространство над маслом в расширителе, заполненное азотом, соединяется трубкой с эластичным резервуаром из пластического материала (специальная резина, капрон, нейлон и т. п.). Этот резервуар обычно помещают в защитный металлический кожух. Известны также конструкции резервуаров переменного объема, которые изготавливают из тонкого листового металла [Л. 13-20].

Рис. 13-4. Напряжение коронирования трансформатора ПО кв при скачкообразном снижении давления в азотной подушке с 2 ат до Р [Л. 13-18].

Размеры резервуара и объем азота выбирают таким образом, чтобы обеспечить возможность изменения уровня масла в расширителе в необходимых пределах без существенных колебаний давления в системе. Для поглощения влаги, которая по тем или иным причинам может перейти в азотную подушку (из масла или изоляции), предусматривается химический осушитель, устанавливаемый между расширителем и эластичным резервуаром. Такая система защиты применяется не только в небольших трансформаторах, но даже в трансформаторах мощностью свыше ква [Л. 13-19].

Преимуществом описанной системы защиты являются простота исполнения, высокая надежность, работа при атмосферном давлении, что предохраняет от газовыделения из масла и, наконец, возможность легко применить ее для трансформаторов, находящихся в эксплуатации.

Техническая сложность осуществления такой защиты заключается в подборе достаточно механически прочного, химически устойчивого и газонепроницаемого материала для эластичного резервуара. При изготовлении герметичных трансформаторов необходимо обеспечить хорошую сушку и дегазацию твердой и жидкой изоляции и последующее насыщение масла азотом. Для последней операции используют специальные установки, в которых дегазированное масло распыляется в верхней части бака и, стекая вниз, насыщается азотом. Степень насыщения масла инертным газом зависит от кратности циркуляции масла в системе, а количество растворенного азота контролируется прибором [Л. 13-21, 13-22].

Кроме упомянутых основных схем защиты масла в трансформаторе, известны различные их модификации.

Система «Атмосил» работает при атмосферном давлении (см. рис. 13-2,5).

Основным элементом системы является эластичный сильфон из специального каучука, помещаемый в расширитель трансформатора и изолирующий дегазированное масло от соприкосновения с воздухом. Сильфон соединен с атмосферой; он компенсирует температурные колебания объема масла. Описаны успешные испытания этой системы на трехфазном трансформаторе мощностью ква на напряжение 240 кв [Л. 13-23]. В некоторых конструкциях эластичный сильфон в расширителе заполняется воздухом под очень небольшим избыточным давлением, благодаря чему поверхность сильфона плотно соприкасается с маслом [Л. 13-24].

Система типа «Атмосил» имеет существенное преимущество перед системами защиты, в которых используется масло, насыщенное азотом. Отсутствие в масле растворенных газов повышает надежность изоляции трансформатора с защитой типа «Атмосил», поскольку устраняется одна из причин ионизации — газовые включения в масле.

Снижение опасности ионизации изоляции особенно существенно в современных конструкциях трансформаторов на сверхвысокие напряжения (750 кв и выше).

Известна конструкция масляных затворов, которые изолируют внутреннюю полость бака от окружающей атмосферы [Л. 13-25].

Затвор представляет собой трубу, изогнутую в виде нескольких пологих колен, расположенную горизонтально. Один конец трубы соединен с баком трансформатора, а другой сообщается с окружающей средой. В трубу залито масло, и каждое колено образует масляный затвор. В другом варианте затвор образуется двумя неглубокими горизонтальными сосудами, имеющими по нескольку концентрических стенок, создающих лабиринт. В центре одного сосуда имеется патрубок, которым он сообщается с баком трансформатора. Недостатком такого способа защиты масла, помимо относительно трудоемкой конструкции, следует считать необходимость наблюдения за наличием инертного газа в системе, поскольку через масляный затвор происходит диффузия газа.

Представляет интерес конструкция расширителя с резиновой диафрагмой-мембраной (см. рис. 13-2,5). Такая система по принципу действия близка к системе «Атмосил».

Расширитель собирают из двух полуцилиндров, скрепляемых вдоль образующих. Между этими половинами монтируется диафрагма из специальной резины (чаще всего на основе найрита, армированного нейлоновой тканью) толщиной 2 мм. Диафрагма делит внутренний объем расширителя на две части. Нижняя часть сообщается с баком трансформатора, верхняя — с окружающим воздухом.

При температурных изменениях объема масла резиновая диафрагма изгибается. В ряде случаев в верхней части расширителя монтируется стрелочный прибор с механическим приводом, указывающим положения диафрагмы при различных режимах эксплуатации [Л. 13-26]. Сообщается, что такой расширитель, установленный на трансформаторе мощностью 5 000 ква, безотказно работает в течение 5 лет [Л. 13-27].

Описанная конструкция расширителя привлекает простотой исполнения, в связи с чем она используется рядом зарубежных фирм, выпускающих трансформаторы [Л. 13-26, 13-28], в том числе на напряжение 400 кв при мощности 60 Мва [Л. 13-29]. Можно предвидеть лишь трудности в подборе достаточно прочного и надежного материала для изготовления диафрагмы-мембраны.

В одном из известных вариантов системы атмосферного давления эластичный компенсатор расположен в нижней части бака трансформатора (см. рис. 13-2,7). В этом случае масло, циркулирующее между компенсатором и расширителем, полностью изолировано от масла в баке трансформатора. Следовательно, процесс старения масла в расширителе не отразится на качестве масла в самом трансформаторе. К недостаткам такой системы можно отнести трудность контроля за исправностью такого компенсатора, а также сложность размещения его внутри бака трансформатора,

Представляет интерес конструкция, в которой в расширитель помещают поплавок (рис. 13-5). Очертания поплавка соответствуют форме расширителя. Поплавок выполняет функцию плавающей крыши на поверхности масла в расширителе, предотвращая непосредственный контакт масла с воздухом. По периметру поплавка предусмотрена перегородка из эластичного материала, один край которого соединен с поплавком, а другой зажат в уплотнении между двумя половинами расширителя [Л. 13-61].

Интересен проект защиты масла, работающей под вакуумом [Л. 13-3]. Расширитель обычного типа соединен с постоянно работающим вакуумным насосом (см. рис. 13-2,8). В основном баке трансформатора поддерживается давление чуть выше атмосферного. Между баком и расширителем раположен перепускной (редукционный) клапан, через который в случае необходимости часть масла из бака трансформатора переливается в расширитель. При недостатке масла в баке дополнительный масляный насос (не показан на схеме) перекачивает его из расширителя. При такой системе не только предотвращается возможность окисления и увлажнения масла, но и улучшается качество последнего за счет удаления из него растворенных газов. Подобное оборудование еще не испытывалось на практике и целесообразность применения его должна быть подтверждена.

Рис. 13-5. Схема расширителя с «плавающей крышей» на поверхности масла ('вариант системы низкого

давления) [Л. 13-30]. 1 — расширитель, состоящий из двух половин; 2 — поплавок; 3 — эластичная перегородка; 4 — масло внутри расширителя, соединяющееся с маслом в баке трансформатора; 5 — масло в расширителе, не соприкасающееся с маслом в баке трансформатора (затвор); 6 — бак трансформатора.

Выпускаются герметичные трехфазные трансформаторы мощностью до 1 500 ква с цилиндрическим расширителем, диаметр которого значительно превосходит высоту. Расширитель расположен на крышке трансформатора и представляет собой металлический сильфон [Л. 13-31, 13-32].

В последние годы получила распространение [Л. 13-33—13-35] система защиты масла в трансформаторах, которая работает при небольшом (0,03— 0,06 ат) избыточном давлении азота в расширителе (рис. 13-6).

Такой режим поддерживается специальным автоматическим устройством, которое реагирует на малейшие изменения давления в системе. При повышении давления в расширителе 2 избыточное количество азота компрессором 4 перекачивается в баллон 3. При снижении давления азота в расширителе регулятор давления 5 пропускает из баллона 3 необходимое количество азота. Регулирующий манометр 6 осуществляет управление работой компрессора и регулятора давления. Такой системой защиты масла оборудованы крупные трансформаторы на напряжения 220—380 кв.

Для трансформаторов мощностью 1 000 Мва в единице и напряжением 750 кв, очевидно, потребуется весьма совершенная защита изоляции от увлажнения. Кроме уже описанных осушителей с цеолитами заслуживает внимания конструкция автоматически действующего осушителя [Л. 13-36], в которых вымораживается влага из газа.

Действие охладителя основано на принципе поверхностного эффекта термоэлектрического модуля. Температура в канале охлади° С и ниже. Влага, осаждающаяся в виде льда на стенках канала, периодически удаляется нагреванием канала до +10° С (при изменении направления тока); вода собирается в нижней части трубки и стекает наружу. Для питания осушителя трансформатора, вмещающего 45 т масла, потребная мощность постоянного тока составляет 100 ва. Следует отметить, что такая система не предохраняет изоляцию от контакта с кислородом. Для замедления окисления масла и старения целлюлозной изоляции целесообразно использовать одну из описанных выше систем защиты изоляции, очевидна типа «Атмосил».

Рис. 13-6. Схема защиты масла от окисления и увлажнения с автоматическим регулированием давления азота для трансформаторов 220 — 380 кв [Л. 13-34].1 — бак трансформатора;2 — свободное пространство под маслом в расширителе; 3 — баллон для азота емкостью 300 л, давление в котором поддерживается в пределах 1—10 ат; 4 — компрессор; 5 — регулятор давления; 6- регулирующий манометр (пределы давлений 0,035— 0,060 ат).

Таковы основные конструкции систем защиты масла от окисления, применяемые в настоящее время. Применение герметичных трансформаторов обусловило широкое проведение исследований, связанных с этой проблемой.

Большинство известных работ посвящено вопросам экспериментального изучения закономерностей растворения различных газов в трансформаторном масле в зависимости от давления, температуры, величины поверхности и других факторов [Л. 13] , подысканию формул и методов расчета давлений, возникающих в герметичных трансформаторах [Л. 13-8, 13-41, 13-42], зависимости электрической прочности масла от газовыделения, связанного с изменением растворимости газа [Л. 13-9, 13-18, 13-19, 13-23, 13-43].

Известно, что, помимо азота, в качестве инертной среды, предохраняющей масло от окисления, можно использовать углекислый газ (СО2). Последний в отличие от азота обладает свойством уменьшать свою растворимость в масле с повышением температуры, что благоприятно сказывается на стабильности электрической прочности масла при изменениях температурного режима в герметичном трансформаторе [Л. 13-44]. Подобными свойствами обладает [Л. 13-39] газообразный фторхлоруглерод CI2 F2C.

Трансформаторы, оборудованные той или иной системой защиты масла от окисления, эксплуатируются в некоторых странах уже более 20 лет. Опубликованные данные, которые могли бы подтвердить практическую эффективность той или иной системы защиты, еще очень мало. Известны данные по эксплуатации силовых герметичных трансформаторов в США в течение 3 лет (с температурой верхних слоев масла +85° С) [Л. 13-45].

Положительные результаты, свидетельствующие о значительно большем сроке службы масла и изоляционных материалов в герметичных трансформаторах по сравнению с трансформаторами обычного типа, получены после длительных (более 11 лет) испытаний специальных моделей силовых трансформаторов [Л. 13-46, 13-47].

В 1962 г. Электрозаводом имени совместно с Мосэнерго были осуществлены стендовые испытания небольших трансформаторов, оборудованных той или иной системой защиты масла от окисления [Л. 13-48]. Эти испытания проводились в течение 1 720 ч в форсированном режиме при температуре масла (в верхнем слое) +95° С и подтвердили, что старение масла и изоляции происходит медленнее при наличии азота над поверхностью масла (табл. 13-1).

В течение последних нескольких лет в Мосэнерго системой азотной защиты масла оборудовано было 300 работающих силовых трансформаторов различной мощности (от 100 до 51000 ква). Положительные результаты такого мероприятия, осуществленного силами персонала энергосистемы, не замедлили сказаться. Если до модернизации трансформаторов кислая реакция водной вытяжки залитого в них масла (основной браковочный показатель) появлялась уже через 1—2 года эксплуатации, то после оборудования трансформаторов азотной защитой в течение 4—5 лет наблюдаются лишь незначительные изменения качества масла [Л. 13-49].

Приведенные данные свидетельствуют о целесообразности применения систем защиты масла от окисления в трансформаторе, основанных на принципе предотвращения контакта масла с кислородом воздуха.

Старение трансформаторов (тип ОМ 1,2/6), оборудованных различными системами защиты масла от окисления и увлажнения [Л. 13-48]

Таблица 13-1

	Показатели масла после старения
Тип трансформатора в зависимости от способа защиты масла от окисления	Цвет единицы оптической плотности	Кислотное число, мг КОН/г	Содержание водорастворимых кислот, мг КОН/г	tg при +70 0С, %
Системы защиты нет.	0,65	0,18	0,080	1,5
Расширитель обычного типа	0,39	0,21	0,070	0,9
Расширитель трехсекционного типа с масляным затвором	0,31	0,10	0,030	0,9
Азотная подушка над маслом	—	0,12	0,050	1,8

Примечания:

1. Температура верхнего слоя масла в трансформаторе +95°C; продолжительность эксплуатации 1 720 ч.

2. Обмотка пропитана бакелитовым лаком.

3. Трансформаторы заполнены маслом из бакинских нефтей 1960 г.

4. Показатели масла до окисления; цвет 0,02; кислотное число 0,03 мг КОН/г; водорастворимые кислоты отсутствуют; tg при 70° С 2,5%.

Целесообразность применения той или иной системы защиты зависит от мощности трансформатора, стоимости и габаритов дополнительной аппаратуры, предполагаемых условий эксплуатации и т. д. Существенные преимущества герметизации оправдывают затраты на осуществление ее даже в небольших трансформаторах.

Годовой экономический эффект от внедрения азотной защиты

[Л. 13-49]

Таблица 13-2

Мощность трансформатора, ква	Напряжение обмотки ВН, кв	Годовой экономический эффект (руб/т) азотной защиты масла по сравнению с
1) отсутствием защитных устройств	2) наличием термосифонных фильтров и воздухоосушителей
а) при условии замены забоа - кованного масла	б) ПРИ условии восстановления масла на месте с помощью адсорбентов
180—320	6—10	33,79	21,10
10000 70 000	35 110	40,57-	4,40 8,40	9,16 13,02

По данным [Л. 13-50], стоимость эксплуатации 1 т трансформаторного масла в год в трансформаторах, оборудованных азотной защитой, в среднем в 5—7 раз меньше, чем в трансформаторах обычного типа.

Годовой экономический эффект (в рублях на тонну масла) от внедрения азотной защиты согласно подсчетам, проведенным в одной из энергосистем (Мосэнерго), характеризуется следующими цифрами (табл. 13-2) [Л. 13-49].

13-2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОСИФОННЫХ ФИЛЬТРОВ И ЭФФЕКТИВНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Помимо описанных выше способов защиты масла в трансформаторах от окисления, которые можно отнести к наиболее радикальным, применяются и другие, менее эффективные методы, способствующие некоторому замедлению старения жидкой и твердой изоляции.

Известный эффект достигается за счет обеспечения более равномерного распределения температурных градиентов по обмоткам.

Рис. 13-7. Схема трансформатора с выносным охладителем и (принудительной подачей горячего масла в нижнюю часть бака.

1 — система радиаторов естественного охлаждения масла; 2 — насос, нагнетающий горячее масло в нижнюю часть бака трансформатора

На рис. 13-7 приведена схема охлаждения трансформатора, в которой горячее масло, взятое насосом из верхней части бака, нагнетается в нижнюю часть его. Параллельно функционирует система естественной циркуляции масла через радиаторные трубы. В результате удается снизить температуру в наиболее нагретой точке трансформатора примерно на 10° С, что обусловливает замедление старения изоляции [Л. 13-51].

Интересный опыт осуществлен был на одной из подстанций (Л. 13-52]. Были соединены трубами по типу сообщающихся сосудов баки работающего и резервного трансформаторов. Это привело к снижению рабочей температуры в трансформаторе, а следовательно, способствовало увеличению срока службы масла и твердой изоляции.

Другой метод, позволяющий замедлить накопление продуктов окисления в масле основан на естественной циркуляции масла через постоянно действующий фильтр, так называемый термосифон. Последний заполнен адсорбентом, который поглощает продукты окисления масла. Термосифон присоединяется к трансформатору так же, как радиатор охлаждения. Циркуляция масла через термосифон происходит вследствие наличия температурного градиента между нижними более холодными слоями масла и верхними, нагретыми (рис. 13-8).

Рис. 13-8. Схема работы трансформатора, оборудованного термосифонеым фильтром, осуществляющим непрерывное поглощение из масла продуктов его окисления.1 — термосифонный фильтр.

Трестом ОРГРЭС разработано 17 типов термосифонов для трансформаторов различных габаритов [Л. 13-53, 13-54]. В соответствии с требованиями ГОСТ 11677-65 масляные трансформаторы мощностью 160 ква и выше должны иметь термосифонный фильтр. Количество адсорбента обычно составляет в среднем 1% по отношению к весу масла в трансформаторе. Таким образом, для крупного трансформатора, вмещающего около 100 т масла, требуется 1 т адсорбента, для размещения которого необходимы пять термосифонных фильтров диаметром 775 и высотой 1000 мм.

Чаще всего в качестве адсорбента для термосифонных фильтров применяют силикагель марки КСК, т. е. крупнопористый сорт его. Перед применением силикагель подвергается предварительной просушке и просеиванию (величина зерен допускается в пределах 0,5—3,5 мм). Помимо силикагеля, рекомендуется применять окись алюминия [Л. 13-54].

Хорошими адсорбционными свойствами по отношению к низкомолекулярным кислотам и мылам, находящимся в масле, обладают некоторые естественные отбеливающие земли, например крупка зикеевского месторождения [Л. 13-53].

При обработке адсорбентов газообразным аммиаком возрастает способность их поглощать кислые продукты из масла [Л. 13-55, 13-56].

В последние годы нашли применение различного рода искусственные адсорбенты, содержащие окись алюминия в сочетании с некоторыми другими соединениями [Л. 13-57, 13-58]. Следует заметить, что за рубежом термосифонные фильтры для очистки трансформаторного масла используются главным образом в странах, не имеющих собственных месторождений нефти, в которых цены на нефтепродукты весьма высоки (например, в Японии).

Рис. 13-9. Хроматограмма, иллюстрирующая поглощение ингибиторов окисления трансформаторного масла во время фильтрации его через гранулированный глинозем [Л. 13-67].1 — масло, содержащее две присадки (Б и В), до фильтрации; 2 — то же масло после фильтрации; ингибиторы полностью поглотились адсорбентом; 3 — фильтрованное масло после добавления к нему присадок Б и В с концентрацией 0,1% каждого; П — парафиновые углеводороды масла;Н — нафтеновые углеводороды масла; А — ароматические углеводороды масла; Б — присадка 2,6-дитретичный бутилфе-нол; В — 4,4'-ди-(2,6-ди-гретичный бутилфенол).

Для удаления растворенных в эксплуатационном масле медных и железных мыл рекомендуется использовать ионообменные смолы, например сульфонированную полистирольную смолу, которая загружается в термосифонный фильтр совместно с адсорбентом [Л. 13-59]. Особенности эксплуатации термосифонных фильтров подробно описаны в литературе [Л. 13-53, 13-54, 13-60, 13-66].

Применение термосифонных фильтров имеет свои положительные и отрицательные стороны.

К положительным следует отнести возможность осуществить восстановление масла в самом трансформаторе без отключения последнего. Это особенно существенно при применении неингиби-рованных масел с невысокой химической стабильностью, которые приходится часто менять. С другой стороны, оборудование трансформаторов термосифонами приводит к повышению их стоимости (дополнительная трудоемкость, расход металла и химикатов). Кроме того, в эксплуатации необходимо постоянно следить за работой термосифонов, периодически заменять в них адсорбент и регенерировать его. Все это, естественно, удорожает и усложняет обслуживание трансформаторов, что особенно существенно при эксплуатации автоматизированных подстанций, на которых количество обслуживающего персонала сведено до минимума. Если же не обеспечить требуемый уход за работой термосифона (своевременную смену адсорбента), он причинит больше вреда, чем пользы. В случае отключения последнего от трансформатора или же при потери адсорбентом активности дальнейшее окисление масла будет происходить более интенсивно, чем в аналогичных условиях без такого фильтра. Как показывают наблюдения, в некоторых случаях может происходить более интенсивный износ целлюлозной изоляции.

Дело в том, что адсорбенты поглощают из масла не только продукты окисления, но и естественные ингибиторы, а также некоторые виды стабилизирующих присадок, добавляемых в масло (рис. 13-9). Последнее было экспериментально установлено [Л. 13-67] путем определения концентрации некоторых ингибиторов масла методом хроматографии в тонком слое. Это обстоятельство следует принимать во внимание при решении вопроса о целесообразности оборудования трансформаторов термосифонными фильтрами. Очевидна также необходимость во всех случаях при испытаниях эффективности адсорбентов определять изменения концентрации ингибиторов в масле. Предлагалось [Л. 13-54, 13-61] использовать ингибированные масла в трансформаторах с включенными термосифонными фильтрами. Однако и в этом случае желательно периодически оценивать количественное содержание ингибитора в масле. Для этих целей в случае применения присадок алкил - и аминофенольного типа можно применять упомянутый метод хроматографии в тонком слое или же спектрографическое определение, описанное в [Л. 13-68]. Для количественного определения других типов присадок могут быть использованы специфические реакции.