Трансформаторное масло (стр. 18 )

Следует заметить, что применение спектрального (инфракрасного) анализа позволило установить практическое постоянство концентрации в масле присадки ионола как после перколяции, так и после контактирования с алюмогелем, силикагелем, зикеевской землей и активированным углем [Л. 13-69].

Увеличение рабочего напряжения и мощности трансформаторов связано с увеличением их веса и габаритов. В этом направлении возможности ограничиваются условиями транспортировки трансформаторов. В связи с этим возникает необходимость обеспечить в трансформаторах лучшую электрическую изоляцию в меньшем объеме, что влечет за собой повышение рабочих напряженностей в изоляции. В этих условиях, помимо требований к конструкции, важное значение имеет усовершенствование процессов сушки твердой изоляции и пропитки ее маслом.

Для практики весьма важно в сравнительно короткие сроки получать большие объемы трансформаторного масла с высокими электроизоляционными свойствами. В предыдущих главах было показано, что даже небольшие количества влаги, газовые пузырьки и механические примеси снижают электрическую прочность масла, а некоторые из перечисленных примесей являются причиной высоких диэлектрических потерь. Удаление из масла примесей приводит к восстановлению электрофизических показателей масла до требуемого уровня.

14-1. УДАЛЕНИЕ ВЛАГИ

Вода может находиться в масле в виде эмульсии или в растворенном состоянии. Проще всего освободить масло от эмульсионной влаги путем отстоя масла в резервуарах с коническим дном или наклонно установленных (последнее облегчает спуск отстоявшейся воды). Подсчет показывает, что для удаления влаги этим способом требуется значительное время. Так, например, в керосине (v= l,5 сст при температуре 20° С) капля воды диаметром 1 мк опускается на 12,7 мм в день, в трансформаторном масле — соответственно на 0,6 мм в день. При центрифугировании увлажненного масла скорость удаления из него влаги значительно возрастает. В связи с этим на практике для осушки трансформаторного масла широко используются центрифуги. При этом одновременно с влагой из масла удаляются и механические примеси. Обычно центрифуги (рис. 14-1) работают на принципе разгрузки очищаемой жидкости самотеком. Производительность центрифуг для очистки трансформаторного масла может быть различной (в среднем 2000—10000 л/ч). Обычно перед входом в центрифугу масло нагревается специальным электроподогревателем. Имеются центрифуги вакуумного типа, работающие при давлении менее атмосферного, создаваемом отдельным вакуум-насосом. Эффективность таких аппаратов выше, поскольку при их работе происходит частичное удаление из масла также растворенной влаги. С помощью центрифугирования из масла нельзя удалить всю растворенную в нем воду, газовые включения, а также легкие загрязняющие примеси типа волокон и т. п. В связи с этим центрифугирование трансформаторного масла следует рассматривать как предварительную ступень подготовки масла. И только в тех случаях, когда масло предназначено для заливки в трансформаторы напряжением ниже 35 кв, обработка его с помощью центрифуг может быть признана достаточной.

Рис. 14-1. Схема работы центрифуги системы фирмы Де-Лаваль [Л. 14-2].

1 — вход загрязненного и увлажненного масла; 2 — выход чистого масла;3 — отвод воды; 4 — осадок из твердых частиц; 5 — вращающийся барабан;6 — сепарирующие тарелки.

В СССР для очистки трансформаторного масла применяются центрифуги серий: НС, С и НСМ [Л. 14-1]. За рубежом подобного рода центрифуги изготавливают различные фирмы; наибольшей известностью пользуются центрифуги фирмы Де-Лаваль [Л. 14-2].

Представляет интерес действующий на принципе центрифугирования аппарат для осушки жидкостей — «Центритерм» [Л. 14-2], представляющий собой комбинацию центрифуги и испарителя.

Рис. 14-2. Внешний вид испарителя «Центритерм» [Л. 14-2].

Ротор аппарата состоит из комплекта двухстенных конусных тарелок с паровой рубашкой, по которым под действием центробежной силы осушиваемая жидкость (например, масло) продвигается очень тонкими слоями. Указывается на эффективность работы и компактность такой аппаратуры. Так, установка с испарительной способностью 800 кг воды в час занимает площадь 5м2 при высоте 2 м (рис. 14-2).

Одним из наиболее эффективных способов осушки трансформаторного масла, который нашел довольно широкое применение, является распыление масла в аппаратах-дегидраторах, работающих при давлениях ниже атмосферного. Аналогичный эффект достигается при медленном перетекании масла в очень тонких слоях, например, через колонки, заполненные большим количеством мелких элементов (так называемая насадка). Чем больше степень разрежения в аппарате, тем полнее и быстрее происходит удаление растворенных влаги и газов из масла и тем ниже может быть температура масла при осушке. В [Л. 14-3] приведены данные, показывающие, что удаление влаги из масла происходит достаточно быстро и полно при температурах порядка + 50° С, когда в системе поддерживается давление 0,5 мм рт. ст.

1 — содержание воды в масле 0,00045% вес;2—то же 0,00150% вес; 3 — то же 0,00450% вес Рис. 14-4. Принципиальная схема установки для вакуумной сушки масла на трансформаторном заводе.1 — емкость для подогрева и сушки масла; 2 — трубы парового обогрева; 3 — теплоизоляция;4- направляющий конус для разбрызгивания масла; 5- трубопроводы для масла с задвижками; 6 — вакуумная линия с задвижками; 7—вентили для соединения котлов с атмосферой; 8 — вход влажного масла; 9 — выход сухого масла.

Рис. 14-3. Зависимость электрической прочности трансформаторного масла, содержащего различные концентрации влаги, от температуры (определение производилось в дисковых электродах по VDE [Л. 14-3]).

Для получения масла, содержащего менее 0,0005% влаги, требуется многоступенчатый процесс, осуществляемый при температуре 40—60° С и давлении 10-2—10-3 мм рт. ст. Однако на практике такая глубокая сушка масла требуется довольно редко. Высокая электрическая прочность масла, мало меняющаяся при изменении температуры, наблюдается уже при содержании влаги в масле менее 0,0015% вес. (рис. 14-3). Применение при сушке трансформаторного масла относительно глубокого вакуума, а следовательно, проведение этого процесса при более низкой температуре позволяют достичь значительной экономии тепла. В связи с этим вакуумная сушка масла получила широкое распространение. В частности, такой способ используют на трансформаторостроительных заводах при подготовке масла для технологических и других целей. Типичная схема заводской установки для сушки трансформаторного масла производительностью около 100 т сухого масла в сутки приведена на рис. 14-4.

В одной из емкостей, нагреваемых снаружи, создается вакуум. Масло при 60—80° С из другой емкости посредством сифона перетекает в первую емкость; при этом оно разбрызгивается. После заполнения первой емкости создается вакуум во второй емкости, и масло перетекает в нее. Процесс повторяется несколько раз до тех пор, пока в конденсаторе вакуумного насоса перестанет накапливаться влага.

Рис. 14-5. Принципиальная схема установки для сушки трансформаторного масла путем распыления его в вакууме.1 — из нагревателя; 2 — форсунки; 3 — бак для сушки и его теплоизоляция; 4 — вход влажного масла; 5 — выход сухого масла; 6 — линия к вакуумному насосу: 7 — смотровое окно.

Известны установки, в которых тонкое распыление масла в процессе вакуумной сушки осуществляется с помощью форсунок, работающих при давлении 8—10 ат (рис. 14-5). Такая схема предложена давно [Л. 14-4] и осуществлена на ряде трансформаторных заводов и в некоторых энергосистемах. Во избежание засорения форсунок масло перед сушкой необходимо очищать от крупных механических примесей. При выборе глубины вакуума и температуры сушки следует иметь в виду, что при снижении давления понижается также температура кипения трансформаторного масла. В частности, при давлении 1 —10 мм рт. ст. масло кипит в пределах температур от 120 до 260° С (рис. 14-6).

Помимо описанных методов сушки трансформаторных масел, широко применяемых на практике, известны и некоторые другие, которые еще не получили большого распространения в электротехнической промышленности и энергосистемах. В [Л. 14-6] указывается на возможность отделять воду от масла, используя принцип коалесценции.

Коалесценция — процесс, при котором мелкие капли воды собираются в крупные. Последние легко выделяются из масла. При пропускании влажного масла через устройство, состоящее из различных видов фильтрующих материалов с определенными размерами отверстий (порошки, стекловолокно и т. п.), происходит коалесценция и удаление влаги. Подобного рода фильтры применяются для обезвоживания топлив в авиации; их используют для удаления влаги из масла в работающих трансформаторах [Л. 14-7].

Электрообезвоживание нефти широко применяется в промышленности. Например, в [Л. 14-8] описана конструкция сепаратора, в котором поток увлажненного нефтепродукта делится на мелкие струи; последние проходят через участки, где они подвергаются действию электрического поля. В результате воздействия поля мелкодисперсные частицы воды сливаются в более крупные, выпадают на дно сепаратора и затем удаляются. Остаточное количество влаги в случае маловязких продуктов не превышает нескольких тысячных долей процента.

Рис 14-6 Номограмма VOP для определения температур кипения трансформаторного масла (эта фракция выкипает в пределах температур 300—400° С при 760 мм рт. ст.) три давлениях ниже атмосферного [Л.14-5].

В последние годы в практику осушки различных жидкостей и газов входят так называемые молекулярные сита.

Синтетические цеолиты получают на специальных установках из соответствующих по составу смесей водных растворов окислов Na2O А12О3 и SiO2 путем их продолжительного нагревания при100° С до образования кристаллов. После соответствующей обработки и активации (сушки) такие кристаллы готовы к применению. Высокая активность синтетических цеолитов как осушителей объясняется их большим сродством с молекулами полярных соединений [Л. 14-9].

Для осушки трансформаторного масла наиболее пригодны цеолиты типа NaA с размером отверстий 4А; их примерный состав: 0,96 Na2O 1,00 А12О3 1,02 SiO2.

После обработки такими цеолитами остаточное содержание влаги в трансформаторном масле может составлять 0,001—0,003%, а в некоторых случаях даже 0,0003—0,0005% [Л. 14-10]. Обычно подлежащее сушке трансформаторное масло пропускают с соответствующей скоростью порядка 15 см/мин через высокую колонку, заполненную высушенным цеолитом. При этом масло теряет, а цеолит поглощает влагу и его осушающая способность падает. Десорбция воды из цеолита осуществляется продувкой сухим азотом или воздухом (с точками росы — 30 и —60°С), сначала при комнатной температуре, затем при +100° С и далее при +200° С. Окончательное удаление оставшейся влаги производят при температуре +350°С [Л. 14-11].

В [Л. 14-12] приведены схемы непрерывного процесса сушки трансформаторного масла с помощью молекулярных сит.

В нашей стране известен положительный опыт эксплуатации установок по осушке трансформаторных масел цеолитами производительностью 700—800 л сухого масла в час [Л. 14-131.

14-2. ОЧИСТКА МАСЛА ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Отделение твердой фазы жидкости с помощью декантации (отстоя) представляет собой наиболее простой способ удаления из масла механических загрязнений. Однако низкая производительность отстойников и невозможность удаления очень мелких частиц делают этот способ неприемлемым для производственных целей, когда в короткий срок требуется довести до высокой степени чистоты большие объемы трансформаторного масла.

Удаление из масла механических примесей с достаточной для большинства практических целей скоростью производится путем центрифугирования. Этот способ очистки трансформаторного масла получил широкое распространение в энергосистемах при обслуживании работающих трансформаторов.

В настоящее время известны конструкции центрифуг с автоматической выгрузкой твердого осадка [Л. 14-2]. Однако не все виды загрязнений можно удалить центрифугированием. Например, частицы взвешенного углерода, образующиеся при горении дуги в масле, легкие волокна и т. п. остаются в масле после такой обработки.

Рис. 14-7. Принципиальная схема рамочного фильтр -пресса.1 — фильтровальная бумага (три слоя); 2 — рамка; 3 — нажимная доска; 4 — входной канал для грязного масла; 5 — выходной канал для чистого масла.

Более высокая степень очистки трансформаторного масла достигается при использовании фильтр-прессов. Наиболее распространенным является рамочный фильтр-пресс (рис. 14-7)), в котором в качестве фильтровального материала используют обычную фильтровальную бумагу или картон. В этом случае при фильтрации трансформаторного масла фильтр-пресс задерживает частички примесей размером более 10—15 мк.

Как видно из табл. 14-1, степень очистки масла связана со свойствами фильтрующего материала.

Большим недостатком фильтр-прессов, особенно при использовании в заводских условиях, является необходимость периодической (через несколько часов) остановки их для замены фильтровального материала. Эта операция производится только ручным способом.

Более совершенная фильтрация трансформаторного масла осуществляется с помощью щелевого фильтра, представляющего собой набор бумажных дисков (обычно из бумаги типа пергамент), сжатых пружиной, так что образуется цилиндрическая поверхность (рис. 14-8).

Сравнительная эффективность некоторых материалов при фильтрации в 1 слой [Л. 14-14]

Таблица 14-1

Наименование материала	Тонкость филь - трации, размеры частиц, мк
Фильтровальная диагональ (ГОСТ 504-41)	30—40
Сетка 80/720 (ТУ 1-61)	12 —16
Фильтровальная бумага ФОБ (ГОСТ 7247-54)	15—20
Бумага АФБ-1к (ТУ 374-59)	8—12
Бумага фильтровальная „В"	4—5

Рис. 14-8. Принципиальная схема работы щелевого суперфильтра [Л. 14-15]. а — в режиме фильтрации; б — в режиме очистки; 1 — корпус фильтра; 2 — бумажные диски, между которыми осуществляется фильтрация масла; 3 — центральный стержень квадратного сечения; 4 — нажимные пружины; 5 — вход грязного масла; 6 — выход чистого масла; 7 — выход осадка с фильтра.

Масло под давлением, проходя через зазоры между дисками, очищается от механических частиц, и фильтрат собирается в центральной полой части фильтрующего элемента. Освобождение фильтра от загрязнений производится обратно направленным потоком масла. Фильтры подобной конструкции называют суперфильтрами; они задерживают частицы размером более 5 мк. При использовании таких фильтров имеется возможность автоматизировать процесс. Несмотря на кажущуюся простоту конструкции таких фильтров, изготовление их связано с преодолением значительных технологических трудностей, так как только при очень высоком качестве исполнения фильтрующие элементы могут эффективно работать. Фильтрующие элементы щелевого типа применяются как в передвижных, так и в стационарных установках для очистки трансформаторного масла [Л. 14-15, 14-16, 14-33].

Известны и другие конструкции фильтрующих элементов, пригодных для очистки трансформаторного масла. Фунда-фильтры [Л. 14-17] представляют собой вертикальный цилиндрический корпус, в котором помещаются круглые горизонтально расположенные фильтрующие элементы.

Последние смонтированы на центральном вертикальном полом валу (рис. 14-9). Каждый элемент состоит из листового днища, подложки и расположенной на ней фильтровальной ткани. Фильтрующий элемент проницаем только с верхней стороны, так что осадок от фильтрации накапливается на горизонтальной поверхности и самопроизвольно не отпадает. Над корпусом помещается мотор, соединенный с полым валом и вращающий пакет фильтрующих пластин. Образовавшиеся при фильтрации на поверхности пластин отложения могут быть удалены с помощью промывки обратным потоком жидкости при одновременном вращении фильтрующих пластин. Для лучшего удаления осадков предусмотрено сопловое устройство.

Фунда-фильтры пригодны также для отделения от масла отбеливающих глин (адсорбентов), используемых при регенерации. Конструкция фунда-фильтра позволяет осуществить полную автоматизацию процесса, поскольку нет надобности вскрывать аппарат для удаления осадка, а все обслуживание сводится к открыванию и закрыванию вентилей, включению и выключению двигателей. Производительность таких фильтров при фильтрации маловязких масел типа трансформаторного (при содержании 1—2% отбеливающей земли) порядка 500—600 л на 1 м2 фильтрующей поверхности в час. Обычно поверхность фильтрации одной установки фунда-фильтра составляет около 20 м2.

Среди механических примесей, содержащихся в трансформаторном масле, обязательно имеются частицы черных металлов. Загрязнение масла частицами стали имеет место даже в работающих трансформаторах, особенно если они оборудованы циркуляционной системой охлаждения. Металлические частицы попадают в масло в результате износа трущихся поверхностей циркуляционного насоса, со стенок радиаторов, бака и других деталей. Найдено

[Л. 14-18], что при работе циркуляционного насоса в крупном трансформаторе образуется до 0,1 мг железа в час.

Рис. 14-9. Принципиальная схема фунда-фильтра.1 — корпус фильтра; 2 — фильтрующие элементы; 3 — полый вал; 4 — электромотор; вращающий полый вал 3; 5 — вход грязного масла; 6 — выход чистого масла; 7—-разгрузка осадка; 8 — система для удаления (промывки) осадка.

Наличие металлических частиц в масле работающего трансформатора представляет определенную опасность. В таких случаях для очистки масла могут быть применены специальные магнитные фильтры, производительность которых достаточно велика, в связи, с чем установка их не приводит к снижению скорости циркуляции масла.

При работе трансформаторов, оборудованных системой РПН (регулирование напряжения под нагрузкой), в результате многократно повторяющихся переключений происходит горение дуги в масле контактора, находящемся в отдельном бачке. Пробивное напряжение этого масла понижается за счет загрязнений его частицами угля, меди и других материалов и послеотключений составляет обычно не более 15 кв (табл. 5-15). Если принять, что в день производится примерно 50—70 переключений, то масло в баке переключателя вследствие его низкой электрической прочности надо заменять, по крайней мере, 1 раз в год. В ряде случаев замена масла должна производиться еще чаще (при большой частоте рабочих переключений). Эта операция, как известно, связана с необходимостью отключения всего трансформатора. В связи с этим целесообразно, как указывалось в гл. 5, рядом с коробкой РПН монтировать фильтрующее устройство. Устройства для фильтрации масла целесообразно устанавливать и на масляных выключателях, если последние работают в системах с частыми отключениями токов короткого замыкания, как это, например, бывает в фидерных выключателях тяговых подстанций электрифицированных железных дорог и др.

Рис. 14-10. Схема передвижной установки для очистки трансформаторного масла, выпускаемой в ЧССР народным предприятием Chotebor [Л. 14-19].1 — вход загрязненного масла; 2 — фильтр; 3—расходомер для масла; 4 — насос для грязного масла; 5 — электронагреватель для масла; 6 — центрифуга; 7 — вакуумная колонка; 8 — насос для чистого масла; 9 — выход чистого масла; 10 — вакуумный насос.

Трансформаторы, оборудованные системой защиты масла от окисления и увлажнения, обычно заполняют маслом, в котором вместо воздуха в растворенном виде содержится азот или другой инертный газ. Процесс насыщения масла такими газами может осуществляться непосредственно в баке трансформатора. Однако в связи с относительно небольшой поверхностью соприкосновения масла с газом такая операция потребует значительной затраты времени, что неприемлемо, особенно в условиях трансформаторных заводов. Для ускорения насыщения масла инертным газом используют специальные устройства, так называемые сатураторы. Сухое и профильтрованное масло, из которого удален при вакуумной обработке растворенный воздух, подается в сатураторный аппарат, в котором, благодаря наличию развитой поверхности соприкосновения масла с газом происходит быстрое растворение последнего. В хорошем сатураторе за один проход через него масла может раствориться до 8—10% объемных азота.

Рис. 14-11. Схема передвижной установки для очистки трансформаторного масла, выпускаемой фирмой Aktiengesellshaft А. Hering, Нюренберг [Л. 14-19].1 — вход загрязненного масла; 2 — фильтр грубой очистки с постоянным магнитом; 3 — насос для грязного масла; 4 — трубчатый нагреватель для масла; 5 — центрифуга; 6 — насос; 7 — вакуумный осушитель; 8 — насос для чистого масла; 9 — расходомер; 10 — выход чистого масла; 11 — конденсатор для воды; 12 — мерник для сконденсированной влаги; 13 — вакуумный насос; 14 — выброс вакуумного насоса; 15 — вакуумная линия к трансформатору.

В заключение следует отметить, что одной из актуальных задач отечественного машиностроения является обеспечение организаций, занимающихся монтажом и эксплуатацией трансформаторов, типовыми передвижными установками для подготовки трансформаторного масла. С помощью таких установок должны осуществляться процессы сушки, фильтрации и дегазации масла, а при необходимости и насыщение масла инертным газом, а также производиться сушка изоляции трансформаторов при монтажных и ремонтных работах. Примерная производительность установки 5— 10 м3/ч масла, пригодного для заливки в трансформатор. В комплект установки должна входить лаборатория для контроля качества готового масла, в том числе для определения его электрофизических показателей.

Рис. 14-12. Схема передвижной установки для очистки свежих и регенерации кислых (отработанных) трансформаторных масел, выпускаемых фирмой Mikafil (Швейцария) [Л. 14-3].1 — питающий насос; 2 — регулятор расхода; 3 — фильтр-пресс; 4 — охладитель; 5 — колонка для дегазации масла, 1-ая ступень; 6 — циркуляционные насосы; 7 — нагреватель для масла; 8 — колонки с отбеливающей (фуллеровой) землей; 9 —колонка для дегазации масла, 2-ая ступень; 10 — фильтр-пресс; 11 — колонка для дегазации масла, 3-я ступень; 12 — главный нагреватель для масла; 13 — вакуумный насос (ротационный); 14 — вакуумный насос двухроторный (насос Рутса); 15 — конденсатор для воды; 16 — узел для смешивания масла с ингибиторами; 17 — вакуумный насос для сушки трансформаторов; 18 — вход грязного масла; 19 — выход чистого масла.

Установки для очистки трансформаторного масла выпускаются в ряде стран. В качестве примера можно привести схему передвижной установки, изготовленной в ЧССР народным предприятием Chotebor (рис. 14-10). Установка позволяет осуществлять процессы фильтрации, центрифугирования и вакуумной обработки масла. На рис. 14-11 изображена схема установки для подготовки трансформаторного масла, выпускаемой в ГДР. Интересно, что в установке имеется фильтр грубой очистки с магнитом для удаления частиц железа. Фирмa Micafil (Швейцария) производит передвижные и стационарные установки для сушки, фильтрации и дегазации масла [Л. 14-3]. В таких установках предусмотрена также возможность осуществления цикла регенерации кислых трансформаторных масел путем контактирования их с фуллеровой землей, а также сушки увлажненных обмоток трансформаторов с помощью сухого масла (рис. 14-12 и 14-13).

Рис. 14-13. Внешний вид установки фирмы Micafil.

Передвижной вариант установки фирмы Micafil типа HVAR позволяет осуществлять сушку и фильтрацию 4 500 л масла в час.

В случае необходимости быстрый нагрев масла осуществляется при циркуляции через трубчатый нагревамощностью 120 квт. Шестеренчатый насос 1 производительностью 9 000 л/ч подает масло в регулятор расхода 2, поддерживающий требуемую интенсивность циркуляции масла. При сушке трансформатора маслом большая часть масла через маслонагревавозвращается в кожух трансформатора. Количество масла, подвергаемое собственно очистке, регулируется в пределах 100—4000 л/ч. Процесс очистки масла начинается с фильтрации его через фильтр-пресс 3. Холодильник 4 позволяет снизить температуру горячего масла, используемого для сушки трансформатора, до 40—60° С, поскольку при более высокой температуре может отогнатьсязначительное количество масла. В первой колонке для дегазации 5 при давлении 1—5 мм рт. ст. из масла удаляется большая часть воды.

Предварительно высушенное масло подается затем в три параллельно включенные колонки 8 с отбеливающей глиной. Во второй и третьей колонках для дегазации, работающих при остаточном давлении 0,15 мм рт. ст., количество влаги в масле снижается до 0,0001%. Для улавливания частиц отбеливающей глины между второй и третьей колонками дегазации установлен фильтр-пресс 10. Для введения в масло ингибирующих добавок служит узел 16. На первой ступени установлен вакуумный насос ротационного типа производительностью 100 м3\ч. На второй ступени имеются однороторный производительностью 80 м3\ч и двухроторный (типа Рутса) производительностью 1 600 м3/ч вакуумные насосы. На третьей ступени смонтирован еще один вакуумный насос типа Рутса, который включен последовательно с насосами второй ступени. Для защиты вакуумных насосов установлены конденсаторы. Собранное в них отогнанное масло снова добавляется к очищенному.

Рис. 14-14. Установка для сушки, фильтрации и дегазации трансформаторного масла фирмы Stream-line Filters, Ltd [Л. 14-33]. 1 — вход грязного масла; 2 — фильтр грубой очистки; 3 — нагреватель; 4 — теплообменник; 5 — насос для грязного масла; б—корпус фильтра; 7 — фильтрующие элементы; 8 — вентиль для выпуска воздуха из фильтра; 9 — регулятор давления; 10 — отфильтрованное масло; 11 — распылитель масла; 12 — вакуумный бак; 13 — поплавок магнитного выключателя регулятора уровня; 14 — чистое, сухое масло; 15 — насос для чистого масла; 16 — выход готового масла; 17 — регулятор температуры;18 — пропорциональный регулятор; 19 — спуск осадка; 20 — воздушный компрессор; 21 — ресивер для воздуха; 22 — вакуумный насос; 23 — ловушка для влаги.

Для контроля качества получаемого масла до и после фильтров с отбеливающей глиной включены ячейки для измерения сопротивления масла в потоке. Работа установки отличается высокой экономичностью и стоимость ее полностью окупается в течение 2—3 лет. Стоимость регенерации (с последующим ингибированием) составляет около 50% стоимости свежего масла, причем качество регенерированного масла со стабилизирующей присадкой не уступает качеству свежего.

Весьма интересна конструкция установки для сушки и фильтрации трансформаторного масла, выпускаемой фирмой Stream-line Filters, Ltd (рис. 14-14). Эта установка обеспечивает, по данным фирмы, отделение от масла частиц размером более 10 мк. Остаточное содержание влаги в масле не более 0,001% вес. Остаточное газосодержание не более 1% объема [Л. 14-33].

В процессе эксплуатации трансформаторное масло увлажняется, происходит засорение его механическими примесями, в масле накапливаются продукты окисления. Часть этих соединений, находящихся в масле и ухудшающих его электроизоляционные свойства, поглощается твердыми изоляционными материалами; в результате снижается сопротивление изоляции трансформатора.

Известно, после 20-летней эксплуатации трансформатора мощностью 23 Мва на напряжение 150/50 кв кислотное число масла повысилось до 0,22 мг КОН, а значение tg при +90° С превысило 100%; при этом величина tg главной изоляции трансформатора при +60° С возросла до 44%. Для другого трансформатора после 17 лет эксплуатации tgd главной изоляции при +60° С составил 11,5% |[Л. 14-20]. В связи с этим одновременно с восстановлением отработанного масла из трансформатора следует производить обработку всей изоляции трансформатора с целью улучшения ее электроизоляционных свойств. Такие работы рекомендуется [Л. 14-20, 14-21] производить в следующей последовательности. Масло, слитое из работавшего продолжительное время трансформатора, в отдельной емкости подвергается регенерации, в процессе которой из него удаляются продукты окисления. Затем нагретое до температуры 50—80° С свежерегенерированное масло используется для промывки твердой изоляции трансформатора.

В этом случае масло с возможно большей скоростью неоднократно прокачивают через бак трансформатора. В процессе такой промывки часть продуктов окисления, адсорбированных твердой изоляцией, выделяется в масло (кислотное число и tg масла возрастают). Такое масло вновь подвергается регенерации. Естественно, что стабильность регенерированного масла значительно ниже, чем свежего, поскольку в процессе эксплуатации, а также при регенерации масло теряет значительную часть естественных ингибиторов окисления из числа тех, которые содержались в свежем масле. С целью улучшения окислительной стабильности регенерированного масла в него вводят искусственные ингибиторы окисления (см. гл. 4). Таким ингибированным маслом вновь заполняют трансформатор. Наблюдения показывают, что после подобной обработки масла и изоляции трансформатора tg последней заметно снижается в первые месяцы эксплуатации, принимая в дальнейшем устойчивое значение (рис. 14-15).

На практике обычно регенерируют эксплуатационные трансформаторные масла с кислотным числом порядка 0,2 мг КОН/г. Масла с большим кислотным числом (0,4—0,6 мг КОН/г) встречаются сравнительно редко. Это объясняется тем, что согласно действующим правилам эксплуатации [Л. 14-22] трансформаторные масла подлежат замене при появлении кислой реакции водной вытяжки масла, что обычно соответствует относительно низким значениям кислотного числа масла (не более 0,10—0,15 мг КОН/г). В связи с этим при регенерации таких трансформаторных масел не требуется применение сложного оборудования и высокоактивных химических реагентов, подобных тем, которые используются при очистке масляных дистиллятов в процессе их производства. По этим же соображениям, очевидно, наиболее целесообразно осуществлять регенерацию трансформаторных масел на местах их потребления в энергосистемах, не создавая централизованных регенерационных станций, поскольку затраты, связанные с транспортировкой масла к месту регенерации и обратно, будут больше, чем стоимость его восстановления. Для проведения работ по регенерации масла необходимо располагать передвижными регенерационными установками, с помощью которых можно на местах осуществлять необходимый цикл восстановления масла.

Рис. 14-15. Снижение tg главной изоляции трансформаторов после осуществления цикла регенерация масла—промывка изоляции — регенерация масла — ингибирование масла — заполнение трансформатора. 1 — трансформатор мощностью 23 Мва, 150/50 кв, который эксплуатировался 20 лет [Л. 14-20]; 2 — трансформатор мощностью 35 Мва, 220 кв, который эксплуатировался 15 лет [Л. 14-21]; 3 — трансформатор мощностью 23 Мва, 150/50 кв, который эксплуатировался 17 лет [Л. 14-20].

Задача создания типовых передвижных установок для регенерации трансформаторных масел в энергосистемах является весьма актуальной, поскольку отсутствие такого оборудования затрудняет в ряде случаев восстановление отработанных трансформаторных масел. В то же время эксплуатационный опыт свидетельствует, что в энергосистемах в течение года накапливается значительное количество трансформаторных масел, подлежащих регенерации в связи с высоким кислотным числом или наличием низкомолекулярных кислот. Это количество может быть оценено примерно в 10% общего объема масла, залитого в эксплуатируемое оборудование. Существующие методы и технология регенерации кислых трансформаторных масел подробно описаны в работах [Л. 14-1, 14-23, 14-24], в связи, с чем ниже приводятся лишь краткие сведения по этим вопросам.

Для восстановления глубоко окисленных трансформаторных масел (с кислотным числом 0,4—0,6 мг КОН/г) в ряде случаев используют сернокислотную обработку. Масло, предварительно очищенное от воды и механических примесей, в специальной мешалке обрабатывают серной кислотой (удельный вес кислоты 1,84), которая добавляется порциями.

В каждом конкретном случае оптимальное количество кислоты подбирается опытным путем. Из данных, приведенных в табл. 14-2, следует, что для снижения кислотного числа масла с 0,16 до 0,01 мг КОН/г достаточно обработать масло 3% вес. серной кислоты. При регенерации более глубоко окисленного масла (с кислотным числом 0,6 мг КОН/г) расход серной кислоты возрастает до 7% вес. Заметим, что, по нашим данным, стабильность восстановленного таким способом масла значительно ниже, чем свежего (оценка по ГОСТ 981-55).

В производственных условиях продолжительность контактирования составляет обычно около 1 ч. После этого масло отстаивается до тех пор, пока не закончится осаждение кислого гудрона (продуктов взаимодействия серной кислоты со смолистыми соединениями масла), на что уходит 2—4 ч. Кислый гудрон выпускают из мешалки, а к маслу добавляют отбеливающую землю в количестве 2—3% вес. и перемешивают их в течение получаса. При этом происходит нейтрализация остатков кислого гудрона. После отстаивания чистое масло перекачивают из мешалки в отдельный бак, предварительно пропустив его через фильтр-пресс для удаления остатков земли. В баке масло контактирует при +30° С в течение часа с 6—10% отбеливающей земли. После отстоя глины масло фильтруют. Как видно из описания, кислотный способ очистки довольно сложен.

Для восстановления трансформаторных масел с кислотным числом до 0,2—0,4 мг КОН/г обычно применяются значительно более простые способы. Наибольшее распространение получил метод, основанный на использовании различного рода адсорбентов.

Последние обладают способностью поглощать продукты окисления, содержащиеся в эксплуатационных маслах. Адсорбенты различаются по величине удельной поверхности, а также по размерам пор. Эффективность адсорбции в значительной степени зависит от соотношения между размерами пор и средним диаметром молекул адсорбируемых соединений. Если размеры последних превышают размеры пор адсорбента, то процесс адсорбции затруднен. Поскольку молекулы большинства соединений, содержащихся среди продуктов окисления масла, характеризуются относительно большими размерами, естественно, что при восстановлении масел используют лишь крупнопористые адсорбенты.