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 количества 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 трансформаторного 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.
