Olio per trasformatori: scopo, applicazione, caratteristiche

L'olio per trasformatori è una frazione di olio raffinato, cioè olio minerale. Si ottiene per distillazione dell'olio, dove questa frazione bolle a 300 - 400 ° C. A seconda del grado della materia prima, le proprietà degli oli per trasformatori sono diverse. L'olio ha una composizione idrocarburica complessa in cui il peso molecolare medio varia da 220 a 340 amu. La tabella mostra i componenti principali e la loro percentuale nella composizione dell'olio per trasformatori.

Le proprietà dell'olio per trasformatori come isolante elettrico sono determinate principalmente dal valore tangente di perdita dielettrica… Pertanto, la presenza di acqua e fibre nell'olio è completamente esclusa, poiché eventuali impurità meccaniche peggiorano questo indicatore.

La temperatura di uscita dell'olio del trasformatore è compresa tra -45 ° C e inferiore, questo è importante per garantirne la mobilità in condizioni operative a bassa temperatura. La più bassa viscosità dell'olio contribuisce a un'efficace dissipazione del calore, anche a temperature da 90 a 150 ° C in caso di scoppi.Per diverse marche di oli, questa temperatura può essere 150 ° C, 135 ° C, 125 ° C, 90 ° C, non inferiore.

Una proprietà estremamente importante degli oli per trasformatori è la loro stabilità in condizioni ossidanti; l'olio del trasformatore deve mantenere i parametri richiesti per un lungo periodo di funzionamento.

Per quanto riguarda la radiofrequenza in particolare, tutte le marche di oli per trasformatori utilizzati nelle apparecchiature industriali sono necessariamente inibite dall'additivo antiossidante ionol (2,6-di-terz-butilparacresolo, noto anche come agidol-1). L'additivo interagisce con i radicali perossidici attivi che si verificano nella catena di reazione di ossidazione degli idrocarburi. Pertanto, gli oli per trasformatori inibiti hanno un periodo di induzione pronunciato durante l'ossidazione.

Gli oli sensibili agli additivi si ossidano lentamente all'inizio perché le catene di ossidazione risultanti vengono rotte dall'inibitore. Quando l'additivo è esaurito, l'olio si ossida alla velocità normale come senza l'additivo. Più lungo è il periodo di induzione dell'ossidazione dell'olio, maggiore è l'efficacia dell'additivo.

Gran parte dell'efficacia dell'additivo è correlata alla composizione idrocarburica dell'olio e alla presenza di impurità non idrocarburiche che promuovono l'ossidazione, che possono essere basi azotate, acidi del petrolio e prodotti contenenti ossigeno dell'ossidazione dell'olio.

Quando il distillato di petrolio viene raffinato, il contenuto aromatico viene ridotto, le inclusioni non idrocarburiche vengono rimosse e, infine, la stabilità dell'olio per trasformatori inibito da ionolo viene migliorata. Nel frattempo, esiste uno standard internazionale "Specifiche per oli isolanti di petrolio fresco per trasformatori e interruttori automatici".

L'olio per trasformatori è infiammabile, biodegradabile, quasi atossico e non danneggia lo strato di ozono. La densità dell'olio per trasformatori varia da 840 a 890 chilogrammi per metro cubo. Una delle proprietà più importanti è la viscosità. Maggiore è la viscosità, maggiore è la rigidità dielettrica. Tuttavia, per il normale funzionamento in trasformatori di potenza e negli interruttori, l'olio non deve essere molto viscoso, altrimenti il ​​raffreddamento dei trasformatori non sarà efficace e l'interruttore non sarà in grado di spezzare l'arco velocemente.

Qui è necessario un compromesso in termini di viscosità: tipicamente la viscosità cinematica a 20 °C, la maggior parte degli oli per trasformatori è compresa tra 28 e 30 mm2/s.

Prima di riempire il dispositivo con olio, l'olio viene purificato mediante un profondo trattamento sottovuoto termico. Secondo questo documento guida "Scope and Standards for Testing of Electrical Equipment" (RD 34.45-51.300-97), la concentrazione di aria nell'olio del trasformatore versato in trasformatori schermati con azoto o film, in trasformatori di misura sigillati e in passanti sigillati non deve essere superiore a 0,5 (determinato mediante gascromatografia) e il contenuto massimo di acqua è dello 0,001% in peso.

Per i trasformatori di potenza senza pellicola di protezione e per passanti permeabili è consentito un contenuto d'acqua non superiore allo 0,0025% in massa. Per quanto riguarda il contenuto di impurità meccaniche, che determina la classe di purezza dell'olio, non dovrebbe essere peggiore dell'11 per apparecchiature con una tensione fino a 220 kV e non peggiore della 9 per apparecchiature con una tensione superiore a 220 kV . La tensione di rottura, in funzione della tensione di esercizio, è indicata nella tabella.

Quando l'olio è pieno, la tensione di rottura è di 5 kV inferiore a quella dell'olio prima del riempimento dell'apparecchiatura. È consentito ridurre la classe di purezza di 1 e aumentare la percentuale di aria dello 0,5%.

Condizioni di ossidazione (metodo per determinare la stabilità - secondo GOST 981-75)

Il punto di perdita dell'olio viene determinato da una prova in cui un tubo con olio sigillato viene inclinato di 45° e l'olio rimane allo stesso livello per un minuto. Per gli oli freschi, questa temperatura non deve essere inferiore a -45 °C.

Questo parametro è fondamentale per interruttori dell'olio… Tuttavia, diverse zone climatiche hanno requisiti di punto di scorrimento diversi. Ad esempio, nelle regioni meridionali è consentito utilizzare olio per trasformatori con una temperatura di colata di -35 ° C.

A seconda delle condizioni operative dell'apparecchiatura, gli standard possono variare, potrebbero esserci alcune deviazioni. Ad esempio, le varietà artiche di olio per trasformatori non dovrebbero solidificarsi a temperature superiori a -60 ° C e il punto di infiammabilità scende a -100 ° C (il punto di infiammabilità è la temperatura alla quale l'olio riscaldato produce vapori che diventano infiammabili se miscelati con l'aria ) .

In linea di principio, la temperatura di accensione non deve essere inferiore a 135 ° C. Caratteristiche come la temperatura di accensione (l'olio si accende e brucia con esso per 5 o più secondi) e la temperatura di autoaccensione (a una temperatura di 350-400 ° C, l'olio prende fuoco anche a crogiolo chiuso in presenza di aria).

L'olio del trasformatore ha una conducibilità termica da 0,09 a 0,14 W/(mx K) e diminuisce con l'aumentare della temperatura.La capacità termica aumenta con l'aumentare della temperatura e può variare da 1,5 kJ / (kg x K) a 2,5 kJ / (kg x K).

Il coefficiente di dilatazione termica è correlato agli standard per le dimensioni del vaso di espansione e questo coefficiente è dell'ordine di 0,00065 1 / K. La resistenza dell'olio del trasformatore a 90 ° C e in condizioni di sollecitazione del campo elettrico di 0,5 MV / m in nessun caso dovrebbe essere superiore a 50 Ghm * m.

Oltre alla viscosità, la resistenza dell'olio diminuisce con l'aumentare della temperatura. Costante dielettrica — nell'intervallo da 2,1 a 2,4. La tangente dell'angolo delle perdite dielettriche, come detto sopra, è legata alla presenza di impurità, quindi per olio puro non supera 0,02 a 90°C in condizioni di frequenza di campo 50 Hz, e in olio ossidato può superare 0,2 .

La rigidità dielettrica dell'olio è stata misurata durante un test di rottura di 2,5 mm con un diametro dell'elettrodo di 25,4 mm. Il risultato non dovrà essere inferiore a 70 kV e quindi la rigidità dielettrica sarà di almeno 280 kV/cm.

Nonostante le misure adottate, l'olio per trasformatori può assorbire gas e dissolverne una quantità significativa. In condizioni normali, 0,16 millilitri di ossigeno, 0,086 millilitri di azoto e 1,2 millilitri di anidride carbonica si dissolvono facilmente in un centimetro cubo di olio. Ovviamente l'ossigeno inizierà a ossidarsi un po'. Al contrario, se vengono rilasciati gas, questo è un segno di un difetto della bobina. Quindi, a causa della presenza di gas disciolti nell'olio del trasformatore, i difetti nei trasformatori vengono rivelati dall'analisi cromatografica.

La vita utile dei trasformatori e dell'olio non è direttamente correlata.Se il trasformatore può funzionare in modo affidabile per 15 anni, si consiglia di pulire l'olio ogni anno e rigenerarlo dopo 5 anni. Al fine di prevenire il rapido esaurimento della risorsa petrolifera, vengono fornite alcune misure, la cui adozione prolungherà in modo significativo la durata dell'olio del trasformatore:

• Installazione di espansori con filtri per l'assorbimento di acqua e ossigeno, nonché gas separati dall'olio;

• Evitare il surriscaldamento dell'olio di lavoro;

• Pulizia periodica;

• Filtrazione continua dell'olio;

• Introduzione di antiossidanti.

Le alte temperature, la reazione dell'olio con fili e dielettrici favoriscono l'ossidazione, che l'integratore antiossidante menzionato all'inizio ha lo scopo di prevenire. Ma è ancora necessaria una pulizia regolare. La pulizia dell'olio di alta qualità lo riporta a condizioni utilizzabili.

Quale potrebbe essere il motivo per ritirare dal servizio l'olio per trasformatori? Queste possono essere contaminazioni dell'olio con sostanze permanenti, la cui presenza non ha portato a profondi cambiamenti nell'olio, quindi è sufficiente eseguire una pulizia meccanica. In generale, esistono diversi metodi di pulizia: meccanico, termofisico (distillazione) e fisico-chimico (adsorbimento, coagulazione).

Se si è verificato un incidente, la tensione di guasto è diminuita drasticamente, sono comparsi depositi di carbonio o analisi cromatografica rivelato un problema, l'olio del trasformatore viene pulito direttamente nel trasformatore o nell'interruttore, semplicemente scollegando il dispositivo dalla rete.

La vita utile dell'olio nei trasformatori può essere estesa utilizzando additivi antiossidanti, filtri termosifoni, ecc. Tutto ciò non esclude però la necessità di rigenerare gli oli usati.

Pertanto, il compito della rigenerazione degli oli usati è quello di ottenere un rigenerato ben purificato che soddisfi tutti gli standard di olio fresco. La stabilizzazione di sostanze rigeneranti instabili mediante l'aggiunta di olio fresco o additivi antiossidanti consente di utilizzare i metodi più semplici ed economici per la rigenerazione degli oli per trasformatori usati.

Quando si rigenera l'olio del trasformatore, è importante ottenere rigeneranti ben purificati, indipendentemente dal metodo di rigenerazione e dal grado di invecchiamento dell'olio, e la stabilizzazione, se l'olio è di bassa stabilità, deve essere eseguita artificialmente - aggiungendo olio nuovo o aggiunta ad alto effetto stabilizzante, efficace per oli rigenerati.

Quando si rigenera l'olio per trasformatori usato, si ottengono fino a 3 frazioni di oli base per la preparazione di altri oli commerciali, come oli per motori, idraulici, per trasmissioni, fluidi da taglio e grassi.

In media, dopo la rigenerazione, si ottiene il 70-85% dell'olio, a seconda del metodo tecnologico applicato. La rigenerazione chimica è più costosa. Quando si rigenera l'olio per trasformatori, è possibile ottenere fino al 90% dell'olio base con la stessa qualità dell'olio fresco.

Inoltre

Una domanda

È possibile essiccare l'olio in un trasformatore funzionante sollevandone il coperchio con tempo asciutto? L'acqua evaporerà dall'olio o, al contrario, l'olio si inumidirà?

Risposta

L'olio secco con una tensione di rottura di 40-50 kV contiene millesimi di percentuale di umidità. Per inumidire l'olio, caratterizzato da una diminuzione della forza di rottura dell'olio a 15 - 20 kV, sono necessari centesimi di percentuale di umidità.

Nei trasformatori che hanno libera comunicazione con l'aria atmosferica attraverso un espansore (o sotto una copertura), c'è un continuo scambio di umidità con l'aria. Se la temperatura dell'olio diminuisce e il contenuto di umidità in esso è inferiore a quello dell'aria, l'olio assorbe l'umidità dall'aria secondo la legge delle pressioni parziali del vapore acqueo. In questo modo si riduce la tensione di rottura dell'olio.

Lo scambio di umidità avviene anche tra l'olio e l'isolamento del trasformatore (cotone, bachelite) posto nell'olio. L'umidità si sposta nell'isolamento dalle parti calde alle parti fredde. Se il trasformatore si riscalda, l'umidità passa dall'isolamento all'olio e, se si raffredda, viceversa.

Poiché l'umidità dell'aria è elevata durante i mesi estivi, la tensione di rottura dell'olio diminuisce con il libero scambio di umidità rispetto ai mesi invernali.

In inverno, quando l'umidità dell'aria è minima e la differenza di temperatura tra l'aria e l'olio è massima, l'olio si asciuga leggermente. In estate, quando è più probabile che i picchi di fulmini influiscano sull'isolamento del trasformatore, la forza di rottura dell'olio del trasformatore è al minimo quando dovrebbe essere al massimo.

Per eliminare il libero scambio di umidità tra aria e olio, vengono utilizzati essiccatori d'aria con paraolio.

Pertanto, quando il coperchio del trasformatore è aperto, può verificarsi l'essiccazione o la bagnatura dell'olio.

L'olio si asciugherà meglio con tempo gelido quando l'aria contiene la minima quantità di umidità e c'è la massima differenza di temperatura tra l'olio e l'aria. Ma tale asciugatura è inefficiente e inefficace, quindi non viene utilizzata nella pratica.