Приймання, застосування та експлуатація трансформаторних масел - Відомості про трансформаторні масла та їх класифікація

3 Стислі відомості про трансформаторні масла та їх класифікація

3.1 Загальні положення про виробництво і властивості трансформаторних масел

3.1.1 Трансформаторні масла є продуктом очищення (рафінування) дистилятів, які отримують у результаті розгонки нафт. Ці дистиляти вміщують фракції, що википають при атмосферному тиску в діапазоні температур від 300 до 400 °С. Природа хімічних сполук википаючих фракцій багато в чому визначається походженням нафт.
3.1.2 Якість і характеристики трансформаторних масел визначаються складом їх компонентів, процес очищення дистилятів є спрямованим регулюванням цього складу.
3.1.3 Правильний вибір вихідної нафти (наприклад нафтенової, безсіркової) дозволяє отримати дистилят, окремі характеристики якого практично не відрізняються від аналогічних для трансформаторного масла. Технологія очищення дистиляту, в цьому разі, вигідно відрізняється за складністю від випадку використання для перегонки інших (наприклад, парафіністої, сіркової) нафт, де повинні використовуватися додаткові стадії обробки для отримання високоякісних масел. Зміна сировини (нафти) повинна призводити до зміни технології очищення дистиляту для отримання трансформаторного масла тієї самої якості. У зв'язку з цим Публікація ІЕС 296 (стандарт МЕК) оговорює можливості зажадання покупцем інформації про сировину - і технологію, що використовуються для виробництва масел.
3.1.4 Тільки урахування повного переліку вихідних параметрів, наведеного у розділі 4, дасть змогу на стадії постачання ідентифікувати масло і визначити
можливість і доцільність його використання втому чи іншому типі обладнання.
3.1.5 До складу трансформаторних масел входять вуглеводневі компоненти (парафіни, нафтени, ароматичні вуглеводні) і обмежені за вмістом невуглеводневі компоненти. Цей склад залежно від процентного вмісту компонентів визначає такі властивості масел, як стійкість до окислення, інакше - термоокисну стабільність, стійкість до впливу електричного поля, діелектричні властивості та ін.
3.1.6 Відомості, що дозволяють оцінити стабільність, стійкість, розчинюючу здібність, в'язкість, а також інші необхідні властивості масел, можна отримати або із супроводжуючої документації, зажадавши доповнення її необхідною інформацією, або виконавши спеціальний обсяг досліджень, який би доповнив обов'язкові дані, що наведені далі в 3.4 (таблиця 3.1).
У першому випадку необхідна інформація щодо хімічного складу масел. Інтерпретація цієї інформації є предметом спеціальних знань. Відзначимо тільки, що термоокисна стабільність і розчинююча здатність масел неоднозначно пов'язані з концентрацією ароматики: розчинність газів та вологи збільшується із збільшенням вмісту в маслах ароматичних вуглеводнів, а стабільність масел знижується. Проте, її регулюючи склад ароматики, можна, і при великій її концентрації, досягти високої стабільності масла. Стійкість до впливу електричного поля пов'язана зі складом насичених вуглеводнів: масла на нафтеновій основі характеризуються більшим значенням електричної напруги початку виникнення часткових розрядів, аніж масла з підвищеним вмістом парафінів.
У другому випадку додаткові дослідження можуть бути виконані тільки із залученням спеціалізованих базових лабораторій, що мають аналітичну апаратуру і стенди, які дозволяють провести фізико-хімічний аналіз та комплексні електрофізичні й фізико-хімічні випробування масел відповідно до вимог міжнародних стандартів.
До додаткових досліджень необхідно віднести: інфрачервоний,
ультрафіолетовий та мас-спектральні аналізи вуглеводневого складу масел; газостійкість масел в електричному полі; стійкість до впливу часткових розрядів; термоокисну стабільність відповідно до міжнародних стандартів.
3.1.7 Можна рекомендувати виконувати додаткові дослідження із
залученням таких спеціалізованих організацій, як НДІЕнергетики УНВО «Енэргопрогрес», ВАТ BIT, AT НІЦ «ЗТЗ-Сервіс», УкрНДІНП «МАСМА».

3.2 Способи очищення масляних дистилятів

3.2.1 Існують декілька основних способів очищення дистиляту нафтових трансформаторних масел. До них необхідно віднести кислотно-лужне очищення, селективне очищення, гідроочищення (гідрокрекінг), адсорбційне очищення.
Для отримання високоякісних трансформаторних масел застосовують, як правило, декілька способів, які доповнюють один одного.
3.2.2 Кислотно-лужне очищення зводиться до обробки дистиляту сірчаною кислотою концентрацією від 93 % до 98 %.
При цьому з дистиляту осаджуються і видаляються з кислим гудронам асфапьтосмолисті та азотисті сполуки, ненасичені вуглеводні, поліциклічні ароматичні вуглеводні, нафтенові кислоти. Подальша обробка лугом призводить до нейтралізації залишків сірчаної кислоти, нафтенових кислот, фенолів, сульфокислот і ефірів сірчаної кислоти. Після закінчення нейтралізації масло нагрівають, промивають водою до нейтральної реакції і підсушують продувкою повітря при температурі від 70 до 95 °С.
На підприємствах Міненерго України експлуатуються такі марки трансформаторних масел кислотно-лужного очищення: ТКп (ТУ 38.101.890), Т-750 (ГОСТ 982), Т-1500 (ГОСТ 982), MB (ТУ 38.101.857).
3.2.3 Селективне очищення - це вибіркове видобування розчинником із дистиляту небажаних компонентів.
Із великої кількості розчинників, запропонованих для очищення нафтопродуктів, у виробництві трансформаторних масел знайшли застосування фенол і фурфурол. Для отримання масла із сірчаних нафт використовується в основному фенол.
Відомо і використується трансформаторне масло марки ТСп (ГОСТ 10121), що пройшло селективне очищення.
3.2.4 Гідрокрекінг - комбінований вплив на дистилят температури, тиску і гідрогенізації.
Сірчані, кисневі та азотисті сполуки в умовах гідрокрекінгу перетворюються з утворенням сірководню, води, аміаку. З вуглеводневої частини утворюються з основному насичені вуглеводні.
Ці масла характеризуються низьким вмістом ароматичних вуглеводнів.
На енергопідприємствах України в основному застосовується масло марки ГК (ТУ 38.101.1025), що пройшло очищення гідрокрекінгом. Відомо також масло марки АГК (ТУ 38.101.1271), що отримується тим самим способом.
3.2.5 Адсорбційне очищення застосовується як основний процес очищення трансформаторних дистилятів і як заключна операція з доочищення масел, що oтримують іншими способами. У процесі адсорбційного очищення використовують синтетичні і природні адсорбенти (активний оксид алюмінію, силікагель, зикеївська опока та ін.).
Адсорбційне очищення дистиляту, наприклад, використовується при виробництві масла марки ТАп (ТУ 38.101.281).

3.3 Присадки

3.3.1 Для підсилення або надання необхідних властивостей в базові (отримані після очищення дистилятів) трансформаторні масла додають присадки. Найважливішими з них є:
- антиокислювальні присадки (інгібітори), які підвищують протиокислювальну стабільність масла. Як таку присадку, в основному, використовують 2,6-дітретичний бутил-4-метилфенол, що має назву іонол (синоніми: агідол-1; керобіт; 2,6-діт-ретбутилпаракрезол, ДБПК, ДБК, топанол-0);
- депресорні присадки (депресанти), які знижують температуру застигання масел, що містять підвищений процент парафінів.
Існують й інші присадки, які підвищують газостійкість, збільшують розчинність газів, пасивують вплив металів та ін.
3.3.2 3 огляду на це трансформаторні масла необхідно поділяти на масла без присадок і масла з присадками (окремий випадок - неінгібіровані та інгібіровані масла).
3.3.3 Потрібно зауважити, що введенням присадок корегуються властивості масел, обумовлені їх вуглеводневим складом, тому інформація про наявність і природу присадок є важливою при прийнятті рішень щодо змішування масел.
3.3.4 При прийнятті рішення щодо застосування масла необхідне! враховувати, що трансформаторні масла, які експлуатуються на енергопідприємствах Міненерго України, вміщують антиокислювальну присадку іонол.

3.4 Класифікація трансформаторних масел за фізичними показниками

3.4.1 3 вуглеводневим складом трансформаторних масел пов'язані такі важливі фізичні показники як густина, температура застигання, температура спалаху.
3.4.2 Підвищення вмісту нафтенів і ароматичних вуглеводнів є, стосовно ряду показників, позитивним фактором: збільшується газостійкість, підвищується розчинююча здатність, знижується температура застигання масел. Однак, при цьому збільшується густина масел. Для виключення «вспливання» кристалів льоду при температурах нижче за 0 °С рекомендаціями ІЕС значення густини обмежується величиною, що дорівнює 0,895 кг/дм³.
Парафіни є найбільш стабільними вуглеводнями, однак збільшення їх вмісту підвищує температуру застигання масел.
Наявність низькомолекулярних вуглеводневих фракцій знижує температуру спалаху масел. Разом з тим, ця температура регламентується не стільки протипожежними вимогами, скільки необхідністю досягнення можливості проведення глибокої дегазації і осушки масел, що забезпечується у разі достатньо низької пружності пари. Рекомендаціями ІЕС значення температури спалаху обмежуються величиною не менше 130 - 140 °С. Однак, за наявності існування зв'язку між температурою спалаху (присутність низькокиплячих фракцій) і в'язкістю та з огляду на забезпечення низької в'язкості при температурах нижчих за 0 °С, для вимикачів дозволяється застосовувати спеціальні марки трансформаторних масел з температурою спалаху в закритому тиглі не менше 95 °С.
3.4.3 Публікація ІЕС 296 поділяє свіжі масла на три класи. Поділ ґрунтується на значеннях температури спалаху, температури застигання і в'язкості при 40 °С те при заданій більш-низькій температурі. Значення характеристик інгібірованих та неінгібірованих масел, що відповідають цим класам, наведене в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Дані Публікації ІЕС296 щодо специфікації нафтових ізоляційних масел при їх поставці

3.5 Класифікація трансформаторних масел за їх станом

3.5.1 У цих методичних вказівках використовується поняття «стан
трансформаторного масла», при цьому мається на увазі сукупність властивостей трансформаторного масла, які зазнають змін у процесі збереження та експлуатації.
3.5.2 Залежно від стану необхідно розрізняти:
- свіжі масла - масла, які поступають від заводів-виготовлювачів і параметри яких визначаються відповідно до стандартів, технічних умов, сертифікатів, інших документів, що встановлюють і підтверджують якість цієї продукції;
- експлуатаційні масла - масла, параметри яких контролюються і оцінюються відповідно до вимог норм, періодичності та обсягів контролю, тобто вимогами, що визначаються особливостями обладнання, в якому це масло експлуатується (тип обладнання, клас його напруги та ін.);
- регенеровані масла - це масла, параметри яких відновлюються спеціальними технологічними заходами до стану свіжого або експлуатаційного після того, як якість масла частково чи повністю досягла невідповідності вимогам норм експлуатації.
3.5.3 Свіже масло має визначену марку; у разі дотримання вимог до
постачання - відповідає параметрам, зазначеним у документації, що супроводжує масло; перед заливом потребує, як правило, тільки кілька стандартних операцій щодо осушки і дегазації.
3.5.4 Експлуатаційне масло, залежно від особливостей та наслідків впливу на нього різних факторів (старіння, доливи, очищення в процесі експлуатації), можна умовно поділити на три групи: масло в задовільному стані; масло, що погребує очищення, яке може провадитися зі зливом та без зливу з обладнання (наявність вологи, механічних домішок); масло, параметри якого перевищили браковочні норми і яке потребує регенерації на підприємстві або переробки на заводі-виготовлювачі. У зв'язку з доливами протягом терміну використання таке масло може не відповідати, повною мірою, визначеній марці і його характеристики контролюються відповідно до вимог, що визначаються особливостями електричного обладнання, в якому це масло експлуатується.
3.5.5 Регенероване масло, залежно від характеристик, яких досягнуто, може бути віднесено до тієї чи іншої марки, до тієї чи іншої галузі використання.
Використання регенерованих масел, з огляду на деякі їх відміни від свіжих масел, характеризується низкою особливостей, які містяться в розділах 5 і 7.

3.6 Загальні положення щодо застосування і класифікації трансформаторних масел для окремих категорій обладнання

3.6.1 При прийнятті рішення щодо застосування масла необхідно враховувати можливості використання конкретного масла в тому чи іншому типі обладнання, того чи іншого класу напруги. 3.6.2 Можливість застосування масла в обладнанні конкретного класу напруги визначається величиною пробивної напруги масла, що вимірюється в стандартному розрядному проміжку за ГОСТ 6581, а також маркою масла (технологією отримання; складом нафти, яка перероблюється; хімічним вуглеводневим складом). Наприклад, масла селективного очищення відповідно ГОСТ 10121 можуть застосовуватися тільки в обладнанні напругою до 220 кВ включно, масла марок ТКп і ТАп - до 500 кВ включно.
Залежно від величини пробивної напруги у вітчизняній практиці прийнято
розрізняти масла для обладнання класу напруги:
- до 15 кВ, де рекомендована пробивна напруга масла до заливу становить не менше 30 кВ;
- від 15 до 35 кВ, де рекомендована пробивна напруга масла до заливу становить не менше 35 кВ;
- від 60 до 500 кВ, де рекомендована пробивна напруга масла до заливу становить не менше 60 кВ;
- від 750 кВ і вище, де рекомендована пробивна напруга масла до заливу становить не менше 70 кВ.
Пробивна напруга свіжих масел в основному визначається наявністю в них домішок (волога, механічні забруднення) і необхідна величина цього параметру повинна бути досягнута фільтруванням і осушкою масла. Відсутність результату такої обробки (пробивна напруга масла не збільшується до необхідної величини) властива маслам низької якості; маслам, отриманим з порушенням технології очищення (рафінування) дистилятів; маслам, підданим регенеруванню і не відновленим в його процесі до стану, близького до свіжого масла.
3.6.3 3 точки зору можливості і доцільності застосування для конкретного типу обладнання необхідно розрізняти масла, що застосовуються:
- у силових трансформаторах та реакторах, де важливою вимогою, що пред'являється до масла, є висока протиокислювальна стабільність, причому чим вище клас напруги і потужність обладнання, тим вищими повинні бути ці вимоги;
- у високовольтних уводах, вимірювальних трансформаторах струму і напруги, де, з огляду на малі об'єми масла, більш відчутний вплив локальних несприятливих факторів на погіршення стану цього масла. У таких випадках, крім вимог до термоокислювальної стабільності, підвищуються також вимоги щодо стійкості масла до впливу електричного поля. Необхідно враховувати також, що у герметичному мало-об'ємному маслонаповненому обладнанні (високовольтні уводи, вимірювальні трансформатори) доцільно використовувати масла з газопоглинаючими, а не газогенеруючими властивостями;
- у вимикачах, де однією з найважливіших властивостей є низька в'язкість масел при температурах, нижчих за 0 °С.
3.6.4 Неможливо виробити загальні правила, що застосовуються до всіх типів маслонаповненого обладнання. Для диференційованого підходу до якості масел, що експлуатуються, та для урахування вимог експлуатації електрообладнання у цих методичних вказівках поділяється за категоріями, наведеними в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 - Категорії високовольтного маслонаповненого обладнання