Значение минерального масла в трансформаторах и выключателях

Минеральное масло в электротехнике и электроэнергетике - это высокоочищенное нефтяное масло, которое используется в основном в качестве электроизоляционной и охлаждающей жидкости в высоковольтном оборудовании.

Минеральное масло широко применяется в электротехнике и электроэнергетике. Маслом пользуются в трансформаторах, масляных выключателях, высоковольтных кабелях и втулках, оно идет и для использования в реостатах и служит для смазки подшипников электрических машин. Для каждого назначения применяют специальные сорта, однако все они получаются из нефти переработкой ее.

Трансформаторное минеральное масло имеет почти 100-летнюю историю применения и остаётся традиционным решением благодаря низкой стоимости и надёжности.

Основные применения минеральных масел

Наибольшее количество минерального масла применяется в силовых трансформаторах и масляных выключателях.

Применение масел для высоковольтных кабелей пока еще незначительно ввиду малого развития применения маслозаполненных кабелей по сравнению с другими видами кабелей. 

Использование масел в реостатах для целей охлаждений и в электрических машинах для смазки подшипников значительно отстает от прочих мест применений.

Минеральное масло, применяемое в силовых трансформаторах (трансформаторное масло), выполняет ряд функций.

Оно дополнительно изолирует систему обмоток трансформатора и, кроме того, служит охлаждающей средой, воспринимая тепло, возникающее в обмотках и в железных массах ярма и стержня, и отдавая его при циркуляции металлическим стенкам кожуха.

В своей работе масло омывает изоляционные оболочки обмоток, соприкасается с медью и железом и отчасти с кислородом воздуха, если уровень масла имеет над собой воздух.

Таким образом масло непрерывно находится в некоторой химически активной среде, заполненной рядом веществ, каталитически действующих на его химическую природу.

Ко всему этому добавляется возможное действие высоких градиентов потенциала электрических полей, неизбежно существующих в трансформаторах, особенно высоких напряжений.

Работа масла в высоковольтных масляных выключателях несколько отлична от функций масла в трансформаторах.

Спокойная работа масляного выключателя во включенном состоянии связана с меньшим выделением тепла, а потому его влияние по совокупности с действием кислорода на химические свойства масла невелико, способность масла к циркуляции для охлаждения, т. е. вязкость при включенном состоянии также играет малую роль.

Но эти условия резко изменяются в моменты выключения масляника. Задачи масла становятся ответственнее, его работа значительно сложнее, масло является средой, где возникает электрическая дуга.

Тепло выделяющееся при высокой температуре дуги, вызывает испарение масла и разложение его на газообразные, жидкие и твёрдые вещества. При этом самую важную роль для действия масляника играют газообразные продукты, среди которых присутствует водород, метан, ацетилен, этилен и ряд других.

Количество отдельных образующихся газов связано с природой масла и величиной размыкаемого тока, но в среднем водорода выделяется по объему значительно больше (до 70 %), чем других. Среди газов водород обладает наибольшей теплопроводностью, и это решает вопрос о гашении дуги при переходе тока через нулевое значение.

Ввиду почти полной несжимаемости минерального масла возникающее в масляном выключателе давление в газообразных продуктах разложения масла сильно возрастает и затрудняет дальнейшее поддержание дуги.

Скорость размыкания, от которой, кроме того, зависит продолжительность существования дуги, обусловлена вязкостью масла, в котором перемещается траверса с подвижными контактами. Поэтому для масляных выключателей вязкость и ее увеличение со снижением температуры при работе на открытых подстанциях является решающим качеством среди прочих.

Это приводит к тому, что по нормам требуется более низкая температура застывания масла. Следует, далее, отметить, что дуга, интенсивно разлагая масло, создает значительное количество мелко распыленных частиц углерода, сильно загрязняющих масло.

Особенности работы в масляном выключателе отражаются, главным образом, в эксплуатации, требуя за собой тщательного наблюдения и своевременной чистки или полной смены.

Масло быстро загрязняется углеродистыми частицами, что требует регулярного контроля, очистки или замены для надежной работы. Все вышеперечисленные особенности работы с маслом привели к появлению строгих требований и норм, обеспечивающих необходимые физические, химические и электрические свойства минерального масла для долговременной и бесперебойной эксплуатации электротехнического оборудования.

Все это вместе приводит к ряду специальных требований, обычно предъявляемых (минеральному маслу) для обеспечения его бесперебойной долголетней работы. Эти требования в настоящий момент получили значение норм, которыми обеспечиваются необходимые физические, химические и отчасти электрические качества.

К важнейшим требованиям к минеральному трансформаторному маслу относятся:

• высокая диэлектрическая прочность,
• отсутствие влаги и механических примесей,
• высокая окислительная стабильность,
• низкая вязкость и температура застывания,
• высокая теплопроводность,
• способность гасить электрическую дугу,
• устойчивость к химическому разложению и загрязнениям.

Для повышения эксплуатационных характеристик масла применяются специальные добавки — антиоксиданты, антикоррозийные и антипенообразующие присадки, а также регулярная очистка масла от загрязнений и влаги. Свежее масло перед заливкой в оборудование очищается и проходит термовакуумную обработку для удаления воздуха и воды.

Эксплуатационные показатели масла напрямую зависят от его химического состава и технологии очистки, что отражается на долговечности и надежности работы оборудования.

Популярные вопросы

Вопрос: Почему именно минеральное масло стало основным в трансформаторах и выключателях?

Ответ: Потому что оно сочетает сразу несколько нужных свойств - хорошо изолирует, отводит тепло, сравнительно доступно по цене и технологично в очистке. Для электротехники это редкий случай, когда один и тот же материал подходит и как диэлектрик, и как охлаждающая среда.

Вопрос: Что сильнее всего портит трансформаторное масло в эксплуатации?

Ответ: Главные враги - влага, кислород, нагрев и продукты старения самой изоляции. Из-за них растет кислотное число, появляется шлам, ухудшается охлаждение и снижается электрическая прочность масла.

Вопрос: Почему вода в масле так опасна, если её совсем немного?

Ответ: Даже малое количество влаги резко снижает пробивное напряжение масла, особенно когда вода находится не в растворённом, а во взвешенном состоянии. Поэтому масло перед заливкой тщательно сушат и вакуумируют.

Вопрос: Зачем масло очищают и термовакуумируют перед заливкой?

Ответ: Чтобы удалить воздух, воду, мельчайшие механические частицы и газовые примеси, которые ухудшают изоляцию и ускоряют старение. После такой обработки масло работает стабильнее и дольше сохраняет свойства.

Вопрос: Чем трансформаторное масло отличается от масла в выключателе?

Ответ: В трансформаторе оно в первую очередь изолирует и охлаждает, а в выключателе дополнительно должно быстро и надежно гасить дугу. Поэтому для выключателей особенно важны поведение масла при разложении, вязкость и способность образовывать газовую среду с высоким давлением.

Вопрос: Почему именно водород так важен при гашении дуги в масле?

Ответ: При разложении масла дугой выделяется газовая смесь, и водорода в ней обычно больше всего. Он хорошо отводит тепло и помогает быстрее охладить дугу, а затем и погасить её в момент перехода тока через ноль.

Вопрос: Почему масло в выключателе быстрее загрязняется, чем в трансформаторе?

Ответ: При каждом отключении возникает дуга, которая не просто нагревает, а разлагает масло. В результате в нём появляются газообразные продукты, а также мелкие углеродистые частицы, и именно они особенно быстро ухудшают качество масла.

Вопрос: Что важнее для масла в холодном климате - вязкость или температура вспышки?

Ответ: Для работы на открытых подстанциях решающими становятся низкая вязкость и низкая температура застывания, чтобы масло не теряло подвижность и нормально циркулировало. Но при этом температура вспышки тоже должна быть достаточно высокой, чтобы масло не становилось пожароопасным при перегрузках.

Вопрос: Можно ли по внешнему виду понять, что масло уже старое?

Ответ: Часто да: потемнение, помутнение и появление осадка говорят о старении и загрязнении. Но для точного вывода нужны испытания, потому что внешний вид не показывает всю картину - особенно содержание влаги, кислотность и диэлектрическую прочность.

Вопрос: Почему к маслу в высоковольтном оборудовании такие строгие нормы?

Ответ: Потому что масло в такой технике - не расходник, а часть изоляционной системы. Если оно потеряет прочность или загрязнится, это сразу скажется на надёжности оборудования: от ухудшения охлаждения до пробоя изоляции и аварийного отключения.

Андрей Повный