Трансформаторное масло¶

Трансформаторное масло — это специальная жидкая диэлектрическая среда, предназначенная для заливки в силовые и измерительные трансформаторы, высоковольтные вводы, масляные выключатели и другое электротехническое оборудование. Основные функции трансформаторного масла — электроизоляция токоведущих частей, отвод тепла от активных элементов (обмоток и магнитопровода) и гашение электрической дуги в коммутационных аппаратах.

¶История

Первые маслонаполненные трансформаторы появились в конце XIX века. В 1885 году венгерские инженеры Отто Блати, Микша Дери и Карой Циперновский создали первый трансформатор с замкнутым магнитопроводом, который для охлаждения и изоляции помещали в бак с минеральным маслом. В 1890-х годах компания General Electric начала серийное производство масляных трансформаторов. До 1920-х годов в качестве изоляционной жидкости использовали сырую нефть и её фракции, однако они имели низкую стабильность и высокую пожароопасность.

В 1920–1930-е годы были разработаны технологии глубокой очистки минеральных масел — сернокислотная и адсорбционная очистка, что позволило получать стабильные продукты с низким содержанием серы и ароматических углеводородов. В 1930-х годах началось применение синтетических жидкостей (например, совола — смеси полихлорированных дифенилов), но из-за высокой токсичности и экологической опасности их производство в большинстве стран было запрещено к концу XX века. С 1970-х годов активно используются малотоксичные синтетические жидкости — сложные эфиры и силиконовые масла, а также высокоочищенные минеральные масла с присадками.

¶Классификация

Трансформаторные масла классифицируют по нескольким признакам.

¶По происхождению

• Минеральные (нефтяные) — получают из нефти путём вакуумной перегонки, очистки и депарафинизации. Составляют основную массу применяемых масел (более 95 %).
• Синтетические — производят химическим синтезом. Включают:
• Сложные эфиры (полиольные эфиры, эфиры пентаэритрита) — биоразлагаемые, высокая температура вспышки.
• Силиконовые масла (полидиметилсилоксаны) — высокая термоокислительная стабильность.
• Полиальфаолефины — низкая вязкость при низких температурах.
• Растительные — на основе рапсового, соевого или подсолнечного масел с присадками. Биоразлагаемые, но менее стойкие к окислению.

¶По назначению

• Для силовых трансформаторов — общее применение, требования по вязкости, электрической прочности и газостойкости.
• Для трансформаторов напряжения и тока — повышенные требования к диэлектрическим потерям.
• Для масляных выключателей — низкая вязкость и высокая дугогасящая способность.
• Для высоковольтных вводов — высокая электрическая прочность и стабильность в широком диапазоне температур.

¶По степени очистки

• Неочищенные — практически не применяются.
• Очищенные — прошедшие сернокислотную, адсорбционную или гидроочистку.
• Глубокоочищенные — с дополнительной депарафинизацией и гидрофинишингом.

¶Свойства и характеристики

Основные эксплуатационные свойства трансформаторного масла регламентируются стандартами (ГОСТ, IEC, ASTM).

¶Электрические свойства

• Электрическая прочность — пробивное напряжение (обычно 40–70 кВ для свежего масла). Снижается при увлажнении и загрязнении.
• Тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) — характеризует потери энергии в масле. Для свежего масла при 90 °C не превышает 0,005.
• Удельное объёмное электрическое сопротивление — не менее 10¹² Ом·м.

¶Физико-химические свойства

• Кинематическая вязкость — при 40 °C обычно 9–16 мм²/с, при −30 °C не более 1500 мм²/с (для холодостойких марок).
• Температура вспышки — не ниже 135 °C (для минеральных масел). Синтетические масла имеют температуру вспышки до 300 °C.
• Температура застывания — от −45 до −60 °C для холодостойких марок.
• Кислотное число — не более 0,02 мг КОН/г для свежего масла.
• Содержание воды — не более 0,001 % (10 ppm) в сухом масле.
• Содержание механических примесей — отсутствие или не более 0,005 %.

¶Стабильность

• Термоокислительная стабильность — способность противостоять окислению при нагреве в присутствии кислорода. Оценивается по изменению кислотного числа и образованию осадка после ускоренного старения.
• Газостойкость — способность растворять и выделять газы (водород, углеводороды) под действием электрического поля. Важна для предотвращения газовых пузырей.

¶Применение

Трансформаторное масло используется в следующих типах оборудования:

• Силовые трансформаторы — от маломощных (до 100 кВА) до сверхмощных (более 1000 МВА). Обеспечивает изоляцию обмоток и отвод тепла.
• Измерительные трансформаторы — трансформаторы напряжения и тока, где масло служит основной изоляцией.
• Масляные выключатели — для гашения электрической дуги при размыкании контактов.
• Высоковольтные вводы — герметичные маслонаполненные вводы для подвода напряжения к трансформаторам.
• Реакторы — маслонаполненные реакторы для компенсации реактивной мощности.
• Кабельные линии — маслонаполненные кабели высокого напряжения (до 500 кВ).

¶Эксплуатация и контроль

В процессе эксплуатации масло подвергается старению — окислению, увлажнению, загрязнению продуктами разложения изоляции. Для контроля состояния проводят периодические испытания:

• Хроматографический анализ растворённых газов — позволяет выявить внутренние дефекты (перегревы, частичные разряды, дуговые разряды) по соотношению газов (водород, ацетилен, этилен, метан, этан, оксид углерода).
• Определение пробивного напряжения — показывает степень увлажнения и загрязнения.
• Измерение tg δ — чувствительный показатель старения.
• Определение кислотного числа и содержания воды — для оценки окисления и увлажнения.

При ухудшении свойств масло подвергают регенерации — очистке от воды, газов, механических примесей и продуктов окисления с помощью центрифугирования, вакуумной сушки, адсорбционной очистки (отбеливающие глины, силикагель). В тяжёлых случаях масло заменяют.

¶Техника безопасности и экология

Минеральные трансформаторные масла относятся к горючим жидкостям (температура вспышки 135–150 °C). При утечках загрязняют почву и водоёмы. Синтетические масла (сложные эфиры) менее токсичны и биоразлагаемы, но дороже. Растительные масла полностью биоразлагаемы, но имеют меньший срок службы.

При работе с маслом используют средства индивидуальной защиты. Утилизация отработанного масла производится термическими или химическими методами (сжигание в специальных печах, регенерация). Сброс масла в канализацию и водоёмы запрещён.

¶Интересные факты

• В крупных силовых трансформаторах масса масла может достигать десятков тонн.
• В 1970-х годах в СССР и других странах произошла серия аварий на подстанциях из-за использования совола (полихлорированных дифенилов), который при горении выделял диоксины. С 1980-х годов его применение в электротехнике повсеместно запрещено.
• В современных трансформаторах сверхвысокого напряжения (750 кВ и выше) применяют масло с пониженным содержанием серы и ароматики для снижения газообразования.

¶Источники

• ГОСТ 982-80 «Масла трансформаторные. Технические условия».
• ГОСТ 6581-75 «Масла трансформаторные. Методы электрических испытаний».
• IEC 60296 «Fluids for electrotechnical applications — Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear».
• РД 34.45-51.300-97 «Объём и нормы испытаний электрооборудования».
• «Электротехнические материалы и изделия» / под ред. Ю. В. Корицкого. — М.: Энергоатомиздат, 1986.
• «Трансформаторные масла» / А. М. Овсянников, В. В. Бузанов. — М.: Химия, 1985.