Трансформаторное масло (стр. 42 )

Рис. 10-1. Окисление трансформаторного масла из бакинских нефтей в присутствии медного провода, покрытого бумажной изоляцией, и такого же провода без изоляции (окисление в статических условиях при температуре +95°С).1 — масло+медный провод без изоляции; 2 — масло+медный провод с бумажной изоляцией; 3 — масло без медного провода.

Таким образом, при оценке воздействия металлов на процесс окисления трансформаторного масла следует принимать во внимание конкретные условия его работы в аппаратуре.

Не только металлы в чистом виде, но и их производные: окислы и соли органических кислот мыла способны ускорять трансформаторных масел [Л. 10-3, 10-4, 10-14, 10-15, 10-16, 10-17]; при этом в ряде случаев повышается tgδ масла (табл. 10-3).

Таблица 10-3. Влияние добавки мыл различных кислот на окисляемость трансформаторного масла из эмбенских нефтей (концентрация мыл 0,001% вес. по металлу) [Л. 10-18]

Наименование добавки	Показатели качества масла после окисления по ГОСТ 981-55
Общая стабильность	Склонность к образованию низкомолекулярных кислот
Кислотное число окисленного масла, мг КОН/г	Осадок после окисления, %	Летучие, мг КОН/г	Нелетучие, мг КОН/г
Масло без добавок	0,14	0	0,010	0,004
То же + ацетат меди	1,02	0,13	0,072	0,080
То же + нафтенат меди	0,95	0,14	0,064	0,077
То же + пальмитат меди	0,75	0,06	0,090	0,041
То же + ацетат железа	0,40	0.04	0,048	0,022
То же + нафтенат железа	0,62	0,09	0,114	0,064
То же + пальмитат железа	0,73	0,07	0,130	0,065

Долгое время существовало мнение, что медь и железо, взятые при определенных соотношениях их поверхностей, так же как и смеси мыл этих металлов, в большей степени ускоряют окисление масла, чем каждый из этих металлов или мыл в отдельности [Л. 10-3, 10-10]. Однако последующие исследования [Л. 10-14] показали, что это справедливо лишь для малоочищенных масел. В случае окисления масел глубокой или даже средней степени очистки синергизм действия медных и железных мыл менее значителен (табл. 10-4). В случае металлов (не мыл), это, очевидно, объясняется тем, что каталитическая активность меди в процессе окисления масла велика и одновременно присутствие железа практически не оказывает влияния на скорость и глубину окисления.

Таблица 10-4Влияние добавки смеси нафтенатов металлов на окисляемость трансформаторных масел [Л. 10-14]

Катализатор	Показатели масла после окисления по методу МЭК (164 ч, 100° С)
Масло неглубокой очистки	Масло средней очистки	Масло глубокой очистки
О	К	О	К	О	К	О	К
Нафтенат меди, концентрация 0,001,% вес. (по металлу)	0,20	0,70	0,17	0,45	0,12	0,41	0,14	1,05
Нафтенат меди + нафтенат железа, концентрация каждого 0,0005% вес. (по металлу)	0,51	1,00	0,30	0,61	0,11	0,40	0,20	1,11
Медный провод (диаметр 1 мм, Длина 305 мм)	0,22	0,75	0,08	0,27	0,02	0,11	0,07	0,75

Примечание. О — содержание осадка, % вес; К—кислотное число масла, мг КОН/г,

Таблица 10-5 Активность катализаторов в различных углеводородах [Л. 10-11]

Углеводороды	Катализатор	Скорость окисления, мл О2
Парафиновые с длинными боковыми цепями	Нет	0,25
Стеарат меди	0,25
Стеарат железа	4,9
Стеарат кобальта	4,9
Тетралин	Нет	12
Стеарат меди	125
Стеарат железа	190

Таблица 10-6. Влияние металлов на старение трансформаторного масла в отсутствие кислорода (температура +95° С)

Наименования металлов	Показатели масла после 1 000 ч старения при 95° С
Цвет (условные единицы)	Кислотное число, мг КОН/г	Содержание водорастворимых кислот, мг КОН/г	tgδ при температуре + 70° С, %
Масло без металла	100	0,01	Отсутствует	1,0
Масло + медь	100	0,01	Отсутствует	9,3
Масло + Ст. 2	100	0,01	Отсутствует	3,9
Масло + трансформаторная сталь	100	0,01	Отсутствует	—

В [Л. 10-11] показано, что при 110° С различные мыла в процессе окисления углеводородов различного строения обладают неодинаковой активностью (табл. 10-5).

Вопрос о причинах различной каталитической активности металлов в процессе окисления масла нельзя считать полностью ясным. Наиболее изучен механизм каталитического действия металлов с переменной валентностью.

Последние в зависимости от их валентного состояния могут либо присоединить, либо отдавать один электрон какой-либо валентно насыщенной частице. Это приводит к образованию свободных радикалов, которые инициируют возникновение цепной реакции окисления [Л. 10-9, 10-17, 10-20].

В [Л. 10-33] указывается, что более высокая каталитическая активность меди по сравнению с железом связана с большей термолабильностью первой, благодаря чему медь скорее переходит в растворимое в масле состояние. В результате ускоряется взаимодействие меди с перекисными соединениями и происходит дальнейшее развитие окислительного процесса.

Приведенные выше данные показывают, что из всех металлов, применяемых в трансформаторостроении, наиболее активными катализаторами окисления масла следует считать медь и ее сплавы. Алюминий, сталь, цинк, олово и его сплавы, кадмий, никель, хром незначительно ускоряют окисление трансформаторного масла. Производные металлов: окислы и соли органических кислот — мыла в большинстве случаев являются более активными инициаторами окисления масла, чем сами металлы.

В условиях, моделирующих работу масла в герметичных трансформаторах (при отсутствии кислорода над поверхностью масла), металлы, как этого и следовало ожидать, практически не оказывают влияния на изменения качества масла (табл. 10-6). Некоторое увеличение tgδ масла происходит за счет образования мыл при реакции металла с кислородсодержащими соединениями масла.

10-2. ВЛИЯНИЕ ЛАКОВ

Лаки, эмали и прочие покрытия для металлов и электроизоляционных материалов находят широкое применение в производстве трансформаторов. Например, для изоляции листов трансформаторной стали и некоторых видов обмоточного провода применяют покровные лаки. Для повышения механической прочности обмоток используют различные виды пропиточных лаков. Для защиты металлов от коррозии служат эмали. В большинстве типов трансформаторов, в первую очередь в силовых, поверхность соприкосновения лаковых пленок с маслом весьма значительна. Поэтому данные о характере воздействия лаков на масло представляют несомненно практический интерес.

Опубликованные сведения о влиянии лаков на процесс старения трансформаторных масел довольно ограничены и противоречивы [Л. 10-6, 10-21, 10-22, 10-23, 10-25].

Изучение влияния на масло отечественных лаков и эмалей, применяемых в трансформаторах

(табл. 10-7), показало, что при отсутствии кислорода в условиях, моделирующих герметичные трансформаторы, пленки полимеризованных глифталевых лаков выделяют в горячем масле компоненты кислого характера, обусловливающие значительное повышение кислотного числа масла, в том числе за счет водорастворимых кислот (табл. 10-8). В наибольшей степени это относится к лакам № 000, СПД и ГФ-95, в меньшей степени — к лакам МЛ-92 и ФЛ-98 [Л. 10-1].

Интересно, что из общего количества кислых продуктов, содержащихся в масле после старения в нем лаковых пленок, около 50% приходится на водорастворимые органические кислоты, в составе которых содержатся летучие низкомолекулярные кислоты. В присутствии пленки, водно-эмульсионного лака N321-В кислотность масла возрастает. Учитывая, что этот лак не высыхает в толстом слое, его нельзя рекомендовать для пропитывания обмоток трансформаторов. Растворение в горячем масле кислых компонентов пленки лака ГФ-95 наиболее активно протекает в начальный период (в условиях наших опытов в первые 70—100 ч); в дальнейшем скорость растворения снижается (рис. 10-2).

Рис. 10-2. Кинетика растворения пленки глифталевого лака ГФ-95 в трансформаторном масле (при температуре +95° С) в запаянных сосудах без воздуха.1— масло+модель обмотки, пропитанной глифталевым лаком ГФ-95; 2—масло без модели.

Таблица 10-7. Пропиточные и покровные лаки, применяемые в трансформаторах, и режимы их полимеризации (на пластике» стекле и меди1)