Трансформаторное масло, как изоляционный материал

Основные физико-химические свойства трансформаторного масла

Роль масла в трансформаторах исключительно велика. Оно обладает высокими диэлектрическими свойствами и используется в качестве изоляции, а также, являясь хорошим теплоносителем, обеспечивает отвод теплоты от внутренних частей трансформатора.

В настоящее время в отечественном трансформаторостроении наиболее широко применяются масла марки Т по ТУ 38.101.890-81, селективной очистки ТСП по ГОСТ 10121-76 и адсорбционной очистки марки ТАП год ТУ 38-101-281-81 с антиокислительной присадкой «ионол» Освоен выпуск и постепенно расширяется объем применения масел Т-750 и Т-1500 по ГОСТ 982-80, которые облай дают более высокими электроизоляционными свойствами  противоокислительной стабильностью. Разрабатывается новое арктическое масло вместо масла марки ATM-65 ТУ 38-101-169-79.
В табл. 1 приведены основные физико-химические показатели отечественных масел, а также масла марки  «Шелл Диала Dx» BSJ (Англия).   
В процессе эксплуатации трансформаторов химические и электрофизические свойства масла претерпевают изменения. Этот процесс называется старением.    
В результате старения ухудшаются электроизоляционные свойства трансформаторного масла, происходит накопление осадка на активных частях трансформаторов, что затрудняет отвод теплоты от них, ускоряет старение целлюлозной изоляции и ухудшает ее электроизоляционные свойства.
В трансформаторах старение масла происходит при повышенной температуре за счет совместного воздействия на масло молекулярного кислорода воздуха и электрической поля при катализирующем воздействии материалов, из которых изготовлен трансформатор. Доминирующим факта ром старения трансформаторного масла являются окислительные превращения входящих в его состав углеводородов.
По мере накопления в масле кислых соединений образуются продукты глубокого окисления — осадки, нерастворимые в масле. В эксплуатационных условиях в трансформаторах осадок начинает образовываться в маслах, как правило, когда кислотное число в них превышает 0,2- 0,3 мг КОН на 1 г масла.
Скорость окисления масла зависит при прочих равны: условиях от концентрации растворенного в нем кислорода который проникает через поверхность соприкосновении: масла с воздухом. Окислительные реакции протекают как на поверхности раздела масло — воздух, так и в объем масла. Если добиться практически полного удаления масла растворенного в нем кислорода, то можно предотвратить процесс окисления.  

Таблица 1. Физико-химические показатели трансформаторных масел

 * Данные испытаний.
** При минус 50°С.

На этом принципе основано применение герметичных трансформаторов, в которых масло тем или иным способом защищено от контакта с окружающим воздухом.
Температура способствует активации окислительного процесса углеводородов масла, ускоряя его примерно в 2 раза при увеличении температуры на каждые 10°.
Электрическое поле напряженностью, характерной для трансформаторов (до 5000 В/мм), также ускоряет окисление трансформаторных масел, при этом изменяется соотношение конечных продуктов окисления:  образуется много воды, в заметных количествах выделяются водород и тан. Одновременно происходит коагуляция осадка и накопление его в зонах максимальной напряженности поля, что ухудшает условия охлаждения трансформатора, снижай электрическую прочность изоляции и интенсифицирует старение целлюлозной изоляции. В свою очередь наличие целлюлозных материалов способствует интенсификации окислительных процессов.
Для повышения устойчивости трансформаторных мaceл от окисления применяют в качестве присадок антиокислители (ингибиторы).
Основными показателями, характеризующими электроизоляционные свойства трансформаторных масел, являются относительная диэлектрическая проницаемость, удельная электрическая проводимость у, тангенс угла диэлектрических потерь tg б, пробивное напряжение  газостойкость в электрическом поле.   
Для трансформаторного масла ег=2-2,5, в то время как для твердой целлюлозной изоляции — около 7. Поскольку в бумажно-масляной изоляции трансформаторов напряженность электрического поля распределяется обратно пропорционально ег, твердая изоляция работает при большей напряженности поля, т. е. в более тяжелых условиях.
Диэлектрические потери принято характеризовать tgδ, где δ — угол, дополняющий до 90° угол ср между напряжением и током, протекающим через конденсатор с испытумым жидким диэлектриком. Эти потери в маслах при частоте 50 Гц вызываются главным образом проводимость  которая, как правило, прямо пропорциональна текучести А следовательно, увеличивается с повышением температуры. Наличие в маслах растворенной воды не влечет за собой повышения tgδ, но при наличии воды в виде эмульсии повышается tgδ.
Электрическая прочность — один из основных показателей, характеризующий изоляционные свойства трансформаторных масел. Она сильно зависит от наличия примесей. Так же как и tgδ, электрическая прочность не определяется общим содержанием воды в масле, а только концентрацией ее в эмульсионном состоянии. С повышением температуры электрическая прочность масла увеличивается, что связывают с удалением из масла влаги и переходом ее из эмульсионного в растворенное состояние. Чистое и сухое трансформаторное масло обладает высокой электрической прочностью (более 60 кВ). Она определяется в стандартном маслопробойнике с расстоянием 2,5 мм между сферическими латунными электродами.