Что означает старение трансформаторного масла

Трансформаторное масло служит в качестве охлаждающей среды, а также изоляционным материалом. Масло, вместе с изоляционной бумагой Крафт и плотным картоном распорки защищают трансформатор даже при скачках напряжения, вибрации, коротких замыканиях и других стрессовых ситуациях.

В то же время есть целый ряд различных процессов старения, которые влияют на масло и бумагу, а бумага является наиболее важной частью трансформатора, которая должна быть защищена. Если бумага выходит из строя, трансформатор терпит сбой.

Трансформаторное масло состоит в основном из углеводородов (более 99%), оно похоже на обычное дизельное топливо. Однако, остальные компоненты масла, которые составляют менее 1% масла, оказывают наибольшее влияние на его эксплуатационные свойства, и на особенности применение.

Наиболее распространенной причиной распада масла является Процесс окисления. Это очень сложный процесс, так как окисление масла и деградация бумаги связаны друг с другом

Однако, бумага в значительной степени зависит от масла, которое контролирует и удерживает уровень вредных загрязнений в бумаге до минимума.

Трансформаторные масла, можно разделить на две группы: ингибированные и неингибированные. Ингибированные масла содержат синтетические антиоксиданты, в то время как неингибированные масла полагаются на природные антиоксиданты, которые присутствуют в менее рафинированных маслах. Ингибированные масла обычно имеют более длительный жизненный цикл, но на протяжении всего срока службы масла, необходимо контролировать содержание ингибитора, поддерживая его на достаточном уровне. Это требует постоянного наблюдения.

Трансформатор потерпел катастрофическую неполадку – повреждение изоляционной бумаги из-за несвоевременной профилактики

Наиболее вредными соединениями для системы изоляции трансформатора являются вода, кислоты и шлам, образующиеся в ходе окисления. Шлам – это высокополярная смесь загрязнений, которые не растворяются в масле, а вместо этого, оседают в баке трансформатора и образуют отложения в системе изоляции. Эти нежелательные отложения препятствуют нормальному потоку масла внутри трансформатора и могут привести к перегреву даже при низких температурах воздуха. Образующиеся кислоты разъедают медные части обмоток трансформатора. Медные обмотки затем начинают окисляться, что приводит к последующему сбою трансформатора. Кроме того, кислоты разрушают изоляционную бумагу и, с увеличением кислотного числа масла, процесс деградации бумаги ускоряться, что также приводит к сбоям трансформатора.

Срок службы изоляционной бумаги трансформатора во многом зависит от содержания воды и кислоты в масле и самой бумаги. Большая часть воды и влаги, находящиеся в трансформаторе, содержится именно в изоляционной бумаге. В самом масле количество воды и влаги является относительно небольшим (особенно, если масло регулярно очищают). Содержание воды в масле можно легко измерить с использованием датчиков влажности, и гораздо труднее измерить содержания воды и влаги в бумаге.

КПН-901 устройство контроля пробивного напряжения трансформаторного масла

Изоляционная бумага состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина в качестве основных компонентов. И только деградация “целлюлозы” имеет наибольшее влияние на прочность бумаги и ее способность защищать трансформатор. Поэтому изменения физических свойств бумаги являются основными причинами беспокойства, так как они непосредственно влияют на ее способность выдерживать короткие замыкания и вибрации напряжения.

Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE) определил, что у трансформатора заканчивается срок службы, если его изоляционная бумага потеряла 75% своего предела прочности или степень полимеризации. С такими показателями, трансформатор не сможет надежно выдержать очередную перегрузку напряжения или короткое замыкание.

Так как срок службы трансформатора непосредственно связан с долговечностью изоляционной бумаги, очень важно защитить бумагу и масло путем удаления воды, влаги и других нежелательных загрязнений: до того, как бумага разрушится и перестанет выполнять свою работу.

Есть целый ряд процедур технического обслуживания для решения проблем, описанных выше. Поэтому не стоит ограничиваться просто заменой масла, т.к. существуют современные методы очистки и регенерации масла в комплексе с программами мониторинга и анализа. В каждом индивидуальном случае решения принимаются на основе, насколько это возможно, анализа растворенных газов в масле (DGA) и непрерывного мониторинга газа в масле.

Источник

Старение трансформаторных масел

В процессе эксплуатации трансформатора масло в нем претерпевает глубокие изменения, которые обычно называют старением. При старении происходят изменения химических и электрофизических показателей, которые характеризуют работоспособность масла. Ухудшаются его электроизоляционные свойства, происходит накопление осадка на активной части, что затрудняет отвод тепла, ускоряет старение целлюлозной изоляции и ухудшает ее электроизоляционные свойства. Старение масла ускоряется при повышенной температуре трансформатора, наличия соприкосновения с кислородом воздуха, сильного электрического поля, при наличии различных материалов, из которых изготовлен трансформатор. Доминирующим фактором старения трансформаторного масла являются окислительные превращения входящих в его состав углеводородов, смолистых и сернистых продуктов.
С увеличением концентрации кислорода в масле скорость старения возрастает. С течением времени процесс окисления имеет несколько периодов старения. Начальный период, в течение которого не наблюдается заметных изменений масла, это так называемый индукционный период. В зависимости от особенностей химического состава масла продолжительность индукционного периода может варьироваться в широких пределах. Затем процесс вступает в период самоускорения реакции, вызванной в основном распадом образовавшихся гидроперекисей на радикалы. После этого наступает период постоянной скорости процесса, в котором скорости образования и гибели свободных радикалов равны. В этот период образуются продукты окисления (фенольного типа), способные тормозить процесс. Когда концентрация этих продуктов оказывается достаточной, наступает последний период процесса — период самоторможения.
В начале окисления трансформаторных масел вскоре после индукционного периода образуются в первую очередь низкомолекулярные кислоты и фенолы. Обычно содержание растворимых низкомолекулярных кислот составляет 30—50% общего количества кислот.
По мере накопления в масле кислых соединений образуются продукты глубокого окисления — осадки, нерастворимые в масле. В зависимости от углеводородно1 о состава масла количество осадков может быть различным. Масла неглубокой очистки, содержащие смолы и много ароматических углеводородов, окисляются с образованием большого количесыза осадка. В эксплуатационных условиях осадок начинает образовываться, когда кислотное число не превышает 0,2—0,3 мг КОН на 1 г масла.
Поскольку в окисленном трансформаторном масле далеко не вся масса углеводородов вступила во взаимодействие с кислородом, то после удален и я из масла продуктов окисления (тем или иным способом) масло вновь можно использовать по прямому назначению. На этом основана регенерация — восстановление грансформаторного масла.

Влияние температуры на скорость окисления масла

Температура масла оказывает сильное влияние на скорость и направление окислительных реакций. Обычно эта зависимость выражается температурным коэффициентом скорости окисления, определяющим, во сколько раз увеличивается скорость окисления при повышении температуры на 10°С. Этот коэффициент не постоянен, а зависит от интервала температур, состава масла, условий окисления и параметра, характеризующего степень окисления. Температурный коэффициент трансформаторных масел близок к 2.
Окисление имеет место при самых низких температурах, при повышении температуры оно ускоряется.

Влияние продуктов окисления на целлюлозную изоляцию

Из всех продуктов окисления масла наиболее сильное влияние оказывает осадок, образующийся при окислении углеводородов масла. Под влиянием осадка может происходить значительное ускорение старения твердой изоляции. Кроме того, по мере концентрации кислых соединений в масле наблюдается тенденция роста tgδ целлюлозной изоляции, пропитанной таким маслом.

Совместимость масла с твердыми материалами

Стать, олово, оловянно-свинцовый сплав, никель, хром, кадмий мало изменяются и слабо влияют на масло при его термоокислительном старении. Медь и медные сплавы являются относительно активными катализаторами окисления и могут значительно повышать tgδ масла. Интенсивность коррозии повышается с температурой и зависит от химического состава масла. При этом возможно появление на поверхности металла пленок, повышающих переходное сопротивление контактов.
При отсутствии контакта масла с воздухом или с активными окислителями при температурах до 95 °С (окисление масла при этом почти не происходит) без воздействия электрического поля металлы практически не влияют на изменение показателей масла.
Влияние меди на скорость окисления данного масла должна быль проверена при испытаниях на окислительную стабильность. Тем не менее, все неизолированные медные части, такие как медные шины, защищают от непосредственного соприкосновения с маслом путем их изолирования или покрытия грунтовкой.
В пропитанных маслом системах, работающих при постоянном напряжении, при окислении масла или выделении из твердой изоляции кислых продуктов или окислителей, наблюдается интенсивная коррозия алюминия, соли которого являются активными катализаторами коррозии алюминия. Для борьбы с этими явлениями в масло вводят специальные ингибиторы.
При температурах, не превышающих 95°С, пленки лаков на глифталевой основе, прошедшие нормальную для них термообработку, повышают кислотность масла, а бакелитовый лак и эпоксидная грунтовка, практически не действуют на трансформаторное масло.
Целлюлозные бумаги и картоны, хлопчатобумажные материалы, буковая, кленовая и березовая древесина, слоистые древесные пластики, пластмассы на основе фенолформальдегидных смол не влияют заметным образом на трансформаторное масло. Фторопласт также не влияет на масло. Лакоткань ЛХМ повышает кислотность масла.
Наиболее устойчивы в среде масла резины на основе фтор- и кремнийорганических каучуков. Стойкость других резин зависит от их химического состава. Устойчивы в среде масла клеи на основе эфироцеллюлозы. В каждом конкретном случае подбор материалов осуществляется на основе испытаний на совместимость, условия которого устанавливают с учетом рабочих требований.

Источник

Старение трансформаторного масла

Длительная эксплуатация трансформатора оборачивается существенным изменением физико-химических свойств трансформаторного масла. Подобные метаморфозы следует воспринимать в качестве негативного фактора, так как вследствие этих изменений трансформаторное масло утрачивает свои первоначальные характеристики. Этот процесс получил название «старение трансформаторного масла». Чем грозит старение трансформаторного масла и можно ли предотвратить или компенсировать последствия этого процесса?

Результатом старения трансформаторного масла становится существенное ухудшение электрофизических и химических показателей, которые определяют работоспособность устройства в целом. В итоге частично или полностью утрачиваются электроизоляционные свойства масла с последующим выпадением и конденсацией осадка. Старение трансформаторного масла — это неизбежный процесс, который происходит особенно интенсивно при чрезмерном разогреве трансформатора. Также на интенсивность старения масла в трансформаторе влияют окислительные процессы, протекающие в среде таких компонентов масла как углеводороды, смолистые и сернистые продукты.

Лаборатория фильтровальных материалов «Э-КО» предлагает доступное оборудование для регенерации трансформаторных масел. В ходе регенерации происходит полное удаление воды, угля, шлама и прочих загрязнений, снижается кислотность, масло становится прозрачным, без осадков. Восстанавливаются физико-химические свойства, такие как пробивное напряжение, температура застывания и прочие.

Преимущества нашего оборудования перед аналогами представленными на рынке в том, что не используются такие энергетически и материально затратные процессы как выпаривание, вакуумная перегонка, адсорбция, коагуляция. Достаточно пропустить трансформаторное масло через фильтроэлемент, произведенный из специального нанопористого композитного материала «Э-КО». При этом, фильтровальная установка имеет малые габариты, высокую производительность и не требует подключения к электроэнергии, использования расходных материалов (кроме редкой замены фильтроэлемента) и высококвалифицированного обслуживания.

Источник

Испытание трансформаторного масла

Трансформаторное масло играет роль изоляционной и охлаждающей среды. В выключателях оно служит для гашения дуги и для изоляции.

Правильная эксплуатация изоляционного масла обеспечивает надежную и безаварийную работу электрооборудования.

Свойства трансформаторного масла

В процессе эксплуатации отдельные качественные показатели и свойства трансформаторного масла меняются оно стареет. Старение трансформаторного масла в процессе эксплуатации определяется по изменению кислотного числа, по количеству образующегося в нем шлама, и по реакции водной вытяжки.

Кислотным числом трансформаторного масла называют количество миллиграмм калия необходимого для нейтрализации всех свободных кислых соединений, входящих в состав одного грамма масла. По величине кислотного числа судят о степени старения траснформаторного масла и о возможности оставления его в работе. При определенной степени окисления трансформаторного масла, изоляция обмоток трансформатора ухудшает свои качества и может разрушиться.

Шлам выпадает из масла в результате его старения и отлагается в каналах охлаждения, изоляции, на сердечниках трансформаторов и другого электрооборудования, ухудшая условия охлаждения данного оборудования. При этом изоляция этого электрооборудования быстрее стареет и разрушается, что может привести к авариям, например витковым замыканиям в обмотках трансформаторов.

Реакция водной вытяжки служит для определения присутствия растворенных в воде кислот и щелочей с помощью специальных индикаторов, которые способны менять цвет от наличия в трансформаторном масле кислот и щелочей. Эти кислоты, способствуя быстрому окислению трансформаторного масла, могут вызвать металла и изоляции в электрооборудовании или в аппарате.

Физические свойства трансформаторного масла

Физические свойства трансформаторного масла имеют важное значение для надежной работы электрооборудования. Изменение этих свойств говорит о неисправности оборудования и старения масла.

Удельный вес трансформаторного масла должен быть меньше удельного веса льда. Так как лед, который может образоваться зимой в отключенном трансформаторе, опустится на дно, и тем самым обеспечивая циркуляцию масла.

Температура вспышки трансформаторного масла должна быть относительно высокой для того, чтобы при значительных перегрузках трансформатора оно не могло воспламениться. В процессе работы температура вспышки масла в трансформаторах может резко понижаться в результате разложения масла под действием местных нагревов.

Электрические свойства трансформаторного масла

Диэлектрическая прочность трансформаторного масла обеспечивает надежную работу электрического оборудования. Диэлектрическая прочность масла со временем понижается. Для определения электрической прочности трансформаторное масло периодически испытывают на пробой с помощью маслопробойного аппарата.

Аппарат подключается к сети переменного напряжения величиной 220 В. Вторичное напряжение аппарата равно 60 кВ. С пределом регулирования от 0 до 60 кВ.

Для испытания на пробой трансформаторное масло заливают в фарфоровый сосуд, в котором смонтированы два дисковых электрода толщиной 8 мм и диаметров 25 мм. расстояние между дисками устанавливается 2,5 мм. сосуд наполняют маслом и устанавливают в маслопробойник. Маслу дают отстояться в течении 20 мин, чтобы из него вышел воздух. Далее плавно поднимают напряжение со скоростью 1 – 2 кВ в секунду до наступления пробоя.

При испытании трансформаторного масла необходимо сделать 6 пробоев с интервалом 10 минут. Первый пробой считают пробным и его результат не учитывается. За величину пробойного напряжения принимается среднеарифметическое из пяти последующих пробоев.

При неудовлетворительных результатах испытаний берется повторная проба, после чего дается окончательное заключение.

Свежее трансформаторное масло перед заливкой вновь вводимых трансформаторов, прибывающих без масла, обязательно должно пройти испытания на содержание механических примесей, содержание взвешенного угля, на прозрачность, на общую стабильность против окисления, кроме этого, должен быть определены тангенс угла диэлектрических потерь, температура вспышки, температура застывания, кинематическая вязкость, натровая проба в баллах, кислотное число и реакция водной вытяжки.

Из трансформаторов, прибывших без масла, до начала монтажа необходимо произвести отбор пробы остатков трансформаторного масла (со дна).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Старение изолирующего масла трансформатора

8 сентября 2011 в 10:00

Силовые трансформаторы являются самыми дорогим и критическим элементом оборудования в системе распределения электроэнергии. Методы обнаружения неисправностей предназначены служить предупреждением для развивающихся нарушений в трансформаторах, и эти методы имеют много параметров измерения и визуального осмотра.

Современные трансформаторы работают при номинальной нагрузке и, благодаря постоянно растущему спросу на мощность, все чаще перегружены. Поэтому возникает необходимость в регулярном мониторинге силовых трансформаторов на предмет нарушений и, при их выявлении, обеспечении оперативных превентивных или корректирующих действий. Мониторинг состояния также помогает в оценке остаточного ресурса трансформаторов, гарантируя, что электроэнергетическое предприятие не будет застигнутым врасплох внезапной аварией трансформатора, которая почти всегда приводит к большим потерям.

Факторы, способствующие износу трансформатора

Существует множество факторов, ответственных за износ силового трансформатора. Контролируя следующие переменные, можно действительно продлить срок эксплуатации трансформатора:

Наличие воды в изоляции, которое может спровоцировать разрушение молекулярных цепей, способствовать старению целлюлозы и негативно сказаться на растяжении и диэлектрических свойствах изоляции.

Как разрушается изоляционная жидкость трансформатора

Гидрокарбон, минеральные и силиконовые масла используются в качестве изоляционных жидкостей силовых трансформаторов из-за их высокой диэлектрической прочности, теплопроводности и химической стабильности.

Проверка степени износа трансформатора

Имеются устройства непрерывного контроля над температурой, содержанием газов в масле и уровнем вибрации РПН. Частота проведения проверок зависит от вида тестирования, важности оборудования, а также от того, известно ли о существовании какой-либо проблемы, неисправности или о характерных для данной группы трансформаторов поломках.

Срок службы силового трансформатора можно определить по состоянию и степени устаревания изоляции. Трансформаторное масло и крафт-бумага являются основными изоляционными материалами трансформатора. Из-за тепловых и электрических нагрузок оба материала разрушаются, образовывая продукты реакции, которые можно использовать для контроля за степенью повреждения и незначительными неполадками. Дальнейшие темпы износа будут зависеть от условий эксплуатации.

Диагностическое тестирование, применяемое для определения степени износа трансформатора

Ниже представлены типичные диагностические исследования, которые используются для определения степени износа трансформатора:

Оценка состояния масла

Оценка состояния как нового, так и старого масла, имеет свою целесообразность. Тестирование нового масла проводится с целью проверки того, насколько оно подходит для конкретного трансформатора.

естирование использованного масла предусмотрено для контроля за состоянием трансформатора и определения его срока службы. Оценка состояния масла при помощи анализа фурановых соединений является надежным индикатором комплексного и кумулятивного старения целлюлозного материала, присутствующего в трансформаторе. Данные о фуране в трансформаторной жидкости позволяют измерить средний показатель разрушения всего объема изоляции.

Анализ растворенных в масле газов

Анализ растворенных в масле газов производится в соответствии с РД 153-34.0-46.302-00 “Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов растворенных в масле” и РД 34.46.303.-98 “Методические указания по подготовке и проведению хроматографического анализа газов растворенных в масле силовых трансформаторов”. К этому диагностическому исследованию обращаются намного чаще других и оно является самым важным, из тех, что проводятся на трансформаторном масле.

Когда изоляционные материалы силового трансформатора разрушаются от чрезмерной тепловой или электрической нагрузки, формируются газообразные побочные продукты. Эти побочные продукты характеризуют тип неисправности, вовлеченные материалы и серьезность состояния.

Именно способность выявлять такое множество проблем делает анализ растворенных в масле газов мощным инструментом для обнаружения неисправностей и исследования их первопричин после того, как произошел сбой. Растворенные газы можно выявить в малых концентрациях (миллионные доли или уровень мд). Благодаря этому возможно раннее вмешательство до того, как произойдет отказ электрической аппаратуры, а также проведение планового текущего ремонта.

Частота проверок

Частота проверок зависит от использования и важности силового трансформатора. Это может быть ежедневный или еженедельный контроль, полугодовой или годовой контроль, трехгодичный или пятилетний контроль.

Ежедневное или еженедельное обследование позволяет выявить любые неполадки в процессе работы, а также повышение температуры масла и проблемы в РПН.

Решение о частоте проведения тестирования следует принимать исходя из ретроспективных данных и важности оборудования. Если же ретроспективных данных нет, оборудование новое или недавно отремонтированное, необходимо сделать плотную выборку – от нескольких недель до нескольких месяцев между каждым сбором данных. Убедившись в целостности устройства, можно снизить частоту проверок.

Выводы

В энергосистеме, которая демонстрирует множество признаков преклонного возраста, инспекции силовых трансформаторов и мониторинг их состояния являются крайне важным заданием. С приходом Smart Grid и более новых технологий, многие из существующих систем будут либо вынуждены приспосабливаться, либо сильно устареют. В ближайшие несколько лет электроэнергетическим предприятиям необходимо много планировать и инвестировать для поддержания оптимальных условий эксплуатации оборудования до тех пор, пока большие перемены станут неизбежными.

Источник