Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Основана в 19.59 г
Выпуск 579
Л. О. МАНЕВИЧ
ОБРАБОТКА
ТРАНСФОРМАТОРНОГО
МАСЛА
Издание второе, переработанное и дополненное
Ы1|м»> л н . 4.м
ПТО rOPI HEI'iOкгига
МОСКВА ЭНЕРГОАГОМИЗДАТ 1985
ББК 31.23
М 23
УДК 621.315.615.2:66.069.84
Рецензент Н. Г. Этус
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
В. Н. Андриевский, С А. Бажанов, Д. Т. Комаров, В. П. Ларионов, Э. С. Мусаэлян, С. П. Розанов, Ф. И. Синьчугов. В. А. Семенов, А. Д. Смирнов, А. Н. Трифонов, П. И. Устинов, А. А. Филатов
Маневич Л. О.
М 23 Обработка трансформаторного масла.—2-е изд. перераб. и доп. М : Энергоатомиздат1985.—
104 с., ил.— (Б^аэлектромонтера- Вып. 579)
30 к. 27000 экз.
•Описаны назначение и свойства трансформаторного масла. Первое издание
вышло в 1975 г. Во 2-м издании освещены вопросы пробоя диэлектрической изоляции трансформаторов, защиты изоляции трансформаторов, дегазации трансформаторного масла
Для электромонтеров электромонтажных организаций и энергосистем, заня- * тых обработкой и эксплуатацией трансформаторного масла.
2302020000-022ББК 31.23
051(01)-85 ЬЬ"856П2.1.082
(С) Издательство «Энергия», 1975.
© Энергоатомиздат, 1985, с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
Трансформаторное масло является теплоотводящей средой и составной частью'изоляции мощных силовых трансформаторов. Тяжелые условия (высокая напряженность электрического поля, малые изоляционные промежутки, высокая температура и т. п.), в которых работает трансформаторное масло в современных силовых трансформаторах, заставили повысить требования к качеству обработки масла на объектах монтажа. Так, масло перед заливкой его в трансформаторы может содержать влаги не более 0,002% по массе, масло, предназначенное для заливки трансформаторов, оборудованных азотной и пленочной защитой, может содержать влаги не более 0,001% по массе и газа не более 0,1% по объему. Для удовлетворения этих требований была разработана новая технология осушки масла (осушка масла цеолитами) и конструкция передвижных установок для осушки масла и дегазации его.
Поскольку читателями этой книги будут работники электромонтажных организаций и энергосистем, занятых обработкой и эксплуатацией трансформаторного масла, в книге в возможно простой и доступной форме изложена теория пробоя диэлектриков, даны сведения о трансформаторном масле и процессах, происходящих при его обработке (абсорбция, адсорбция).
Приношу благодарность инж. Н. Г. Этусу за рецензирование данной работы и ценные замечания.
Все замечания и пожелания просьба направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоатом- издат.
Автор
ВВЕДЕНИЕ
Первая промышленная установка для осушки масла цеолитами была введена в эксплуатацию в мае 1965 г. Глубокая осушка масел, высокая производительность, простота конструкции и обслуживания способствовали довольно быстрому внедрению этих установок в электромонтажное производство. В настоящее время при монтаже высоковольтного маслонаполненного оборудования практически все масло осушается цеолитами. Однако не следует считать технологию осушки масла цеолитами рецептом на все случаи и забывать о существовавших ранее методах (отстой, фильтрование, центрифугирование). Первым обязательным условием для более эффективного и быстрого проведения процесса очистки масла является наличие свободного чистого маслобака для сбора очищенного масла. Не рекомендуется вести обработку масла по замкнутому циклу. Надо максимально использовать эффект отстоя масла. По высоте маслобака совершенно четко происходит расслоение масла по содержанию в нем влаги. Так например, бак А внизу Ппр=14 кВ (видимая вода); через 15 м3 U пр=41,2 кВ; бак Б — внизу U пр=18,8 кВ (видимая вода), через 20 м3 U „р=40 кВ, через 45 м" U пр=49 кВ;бак В — внизуU пр=42 кВ; через20м3
U пр=50,4кВ;бак Г — внизуU пр=34,8 кВ, через15м3
(J пр=46,2кВ;бак Д — внизубака 45,2 кВ, через30м3
U пр=54,8кВ(примеры взятыиз наблюдений на разных
объектах монтажа). Из приведенного следует, что не надо сразу подключать цеолитовую установку к маслобаку. Первой операцией является слив водного отстоя, если он образовался, и отбор пробы масла снизу маслобака По результатам анализа выбирается технология очистки, которая может меняться по мере того, как на осушку будет поступать менее увлажненное масло Для удаления влаги, превратившейся в зимних условиях в лед, трест «Электросибмонтаж» предлагает использовать фильтр-пресс типа ФП-3000. Фильтруют масло без подогрева. Крупные механические примеси и куски v льда задерживаются сетчатым фильтром фильтр-пресса, более мелкие — бумагой. Между пластинами пресса заклады-
вается от 5 до 12 листов бумаги. Общая толщина пакета 1,5—8 мм. Нормальное давление 0,2—0,4 МПа. Падение давления означает, что сетчатый фильтр засорен снегом, льдом и т. п.; следует остановить подачу масла и прочистить сетчатый фильтр. Увеличение давления (0,4—0,6 МПа) указывает на наличие значительного количества льда, снега, механических примесей на бумаге. При замене бумаги между пластинами там, где будет обнаружен разрыв, надо заложить на один-два листа больше. За два цикла фильтрования можно поднять пробивное напряжение масла с 5 до 60 кВ. Если требуется очистить большое количество масла (100 -300 т), то следует переделать сетчатый фильтр, так как установленный на фильтр-прессе очень мал и для его очистки потребуются частые остановки. Еще проще можно отделить замерзшую влагу от масла, заложив фильтрующий материал (чистую техническую салфетку) между фланцами нижнего крана маслобака и подающим маслопроводом цеолитовой установки.
ПРОБОЙ ДИЭЛЕКТРИКОВ
В трансформаторах, как и в других электрических установках, токоведущие части отделяются друг от друга изоляцией, которая может быть газовой, жидкой, твердой или комбинированной. Если расстояние между электродами достаточно велико, то в качестве изоляции может быть использован атмосферный воздух. Однако для того чтобы трансформаторы и вводы имели приемлемые габариты, изоляционные расстояния должны быть небольшими. Поэтому в трансформаторах применяется комбинированная изоляция, состоящая из твердой и жидкой. Причем твердая изоляция является в то же время и конструктивным материалом, а жидкая — теплоотводящей средой.
Если на токоведущие части электрической установки подать напряжение, то в окружающем пространстве возникает электрическое поле, основной характеристикой которого является напряженность Е. При повышении напряженности Е в каком-либо месте электрического поля выше электрической прочности Е пр в этом месте возникает ионизация (ионизацией называется процесс перехода нейтральных атомов и молекул в ионы, несущие положительные или отрицательные электрические заряды), что в конечном итоге приведет к пробою изоляции.
В качестве изоляции служат вещества, плохо проводящие электрический ток, так называемые диэлектрики.
Любое вещество в электрическом поле испытывает воздействие сил этого поля, под действием которых часть зарядов (электронов) направленно перемещается, образуя электрический ток. Остальные заряды перераспределяются так, что центры положительных и отрицательных зарядов смещаются относительно друг друга. Происходит поляризация вещества. Все вещества по способности проводить » электрический ток можно разделить на следующие: проводники (металлы, электролиты, плазма); вещества, в которых преобладает процесс перемещения электронов; диэлектрики, в них основным является процесс поляризации.
По сравнению с металлами электропроводность диэлектриков очень мала. Так, удельное сопротивление диэлектри-
ков р=1084-10'7 Ом-см, тогда как удельное электрическое сопротивление металлов р=10-64- 10 ~4 Ом-см. Между проводниками и диэлектриками существует промежуточный класс — полупроводники, свойства которых в зависимости от условий определяются как электропроводностью, так и поляризацией.
Различия в поведении электронов в проводниках и диэлектриках вызываются различным распределением элек тронов по уровню энергии.
В твердом теле области энергии, которыми обладает электрон (разрешенные зоны), чередуются с интервалами энергии, которые электрон не может преодолеть (запрещенные зоны). Электроны заполняют энергетические уровни от нулевого до некоторого максимального. Чтобы под действием электрического поля в твердом теле возник электрический ток (направленное движение электронов), надо, чтобы электроны за счет энергии электрического поля могли переходить с нижних энергетических уровней на более вы сокие. Такой переход возможен в металле, так как к заполненным энергетическим уровням непосредственно примыкают свободные
В диэлектриках верхний энергетический уровень, заполненный электронами, отделен от следующего более высокого запрещенной зоной, преодолеть которую под действием электрического поля обычной напряженности электроны не могут.
Полупроводники отличаются от диэлектриков более узкой запрещенной зоной. При низкой температуре свойства полупроводников приближаются к свойствам диэлектриков. При повышении температуры электропроводность полупро водников значительно увеличивается.
Вещества с шириной запрещенной зоны Де<24-3 эВ относятся к полупроводникам, а с Де>2-?3 эВ к диэлектрикам (рис. 1).
Рис. 1. Уровни энергии
Полупробойник
Валентная зона
электронов твердого тела
Запрещенная зона
Диэлектрик
шенные зоны, разделенные запрещенными
группируются в разре
Жидкости, удельное электрическое сопротивление которых превышает 1010 Ом-см, являются диэлектриками. Так же, как и в твердых диэлектриках, в жидких под действием электрического поля происходит поляризация и при повышении напряжения выше допустимого происходит пробой. Электрическую прочность жидких диэлектриков в значительной мере снижают находящиеся в них загрязнения. В трансформаторах и вводах в качестве жидкой изоляции применяются электроизоляционные нефтяные масла (трансформаторные) .
Так как электрическая прочность трансформаторного масла значительно выше чем воздуха, то, если удалить из твердой изоляции трансформатора воздух и пропитать ее дегазированным трансформаторным маслом, можно значительно повысить допустимое рабочее напряжение.
Различается несколько видов поляризации: ионная поляризация — сдвиг электронов относительно друг друга, электронная поляризация — деформация электронных оболочек отдельных ионов; ориентационная дипольная поляризация—диполи (диполи—полярные молекулы), расположенные хаотически, под действием электрического поля ориентируются вдоль его линий. Ориентационная поляризация характерна для полярных жидкостей и газов.
Графически поляризация характеризуется вектором поляризации Р, величина которого пропорциональна напряженности электрического поля Е. Часто вместо вектора поляризации Р пользуются вектором электрической индукции D (индукция—наведение).
Электрическое поле способно, в свою очередь, индуктировать — наводить электрическое поле. Чем выше напряженность электрического поля Е, тем сильнее проявляется эта способность. Следовательно, индукция является физической величиной, характеризующей напряженность электрического поля. Связь между индукцией и напряженностью определяется выражением D=eE, где е — коэффициент пропорциональности, называемый диэлектрической проницаемостью, значение которого характеризует электрические свойства данного вещества.
Если перейти к графическому изображению величин, то вектор индукции D будет являться суммой векторов напряженности электрического поля Е и поляризации Р.
Поляризация в момент времени t не определяет значение напряженности электрического поля Е в тот же момент времени t, так как для поляризации требуется некоторый промежуток времени (время релаксации). Следовательно, максимальная поляризация не совпадает по времени с мак-
симальной напряженностью электрического поля. Благодаря этому имеется сдвиг фаз между напряженностью электрического поля Е и электрической индукцией D, которая обусловливает некоторые потери энергии We. При графическом изображении величин видно, что вектор электри ческой индукции отстает от вектора напряженности электрического поля на угол 6, который называется углом диэлектрических потерь (см. рис. 18).
При ориентации в электрическом поле молекулы или ионы сталкиваются друг с другом и с другими частицами, при этом часть энергии электрического поля переходит в тепловую энергию, которая, рассеиваясь в веществе, вызывает его нагрев, что и является физическим проявлением потерь электроэнергии, называемых диэлектрическими потерями.
Диэлектрические потери будут малы, если время релаксации т будет значительно больше, чем период изменения направления переменного электрического поля Т. При таких условиях поляризация почти не успевает развиться. При малых частотах поля, если время релаксации т значительно меньше периода Т, поляризация успевает за полем, но диэлектрические потери тоже малы, так как в единицу времени происходит мало переориентаций.
Максимального значения диэлектрические потери достигают при условии №=1/т, где W—круговая частота электрического поля №=2л/7'.
В жидкостях диэлектрические потери зависят от вязкости жидкости, температуры и частоты приложенного напряжения.
В электроизоляционной технике снижение диэлектрических потерь имеет существенное значение. Хотя в некоторых случаях большие диэлектрические потери используются, например в электрических полях высокой частоты для диэлектрического нагрева.
Классификация электрических полей. Электрические поля могут быть равномерными (напряженность поля вдоль его силовых линий постоянна) и неравномерными (напряженность поля изменяется вдоль силовых линий, причем на отдельных участках поле может быть равномерным) Неравномерные поля делятся на: слабонеравномерные, в них напряженность поля вдоль силовых линий меняется не более чем в 2—3 раза, например поле между шарами шарового разрядника; резконеравномерные, в которых напряженность поля вдоль силовых линий меняется на несколько порядков. Неравномерность поля зависит от формы электродов и возрастает с увеличением отношения расстоя-
ния между электродами d к наименьшему радиусу их кривизны г. В электроэнергетических установках большинство полей резконеравномерны.
Между электродами одинаковой формы электрические поля симметричны, и несимметричны между электродами разной формы. Чем меньше разница между радиусами кривизны электродов, тем меньше и несимметричность поля. Самой большой несимметричностью обладает поле между стержнем и плоскостью. Напряженность неравномерного < электрического поля возрастает по мере увеличения кривизны поверхности электродов. Обычно у краев электрода, имеющего наибольшую кривизну, создается наибольшая напряженность поля, так называемый краевой эффект. В высоковольтных конструкциях для снижения краевого эффекта стремятся по возможности уменьшить кривизну электродов. Кроме того, уменьшить краевой эффект, не изменяя формы электрода, можно, установив за электродом экран, который будет сглаживать кривизну его поверхности (рис. 2).
Рис. 2. Картина электрического поля для стержневого электрода: а — без экрана; б — с экраном
В неоднородной изоляции на границе сред с различной диэлектрической проницаемостью ei и ег происходит преломление и силовые линии искажаются (например, в электрическом поле проходного изолятора). Газ имеет меньшую электрическую прочность, чем твердые и жидкие диэлектрики, кроме того, в газовых включениях, как правило, напряженность поля выше, чем в окружающей среде. В результате в газовых включениях возможно развитие разряда, что приведет в конечном итоге к пробою всей изоляционной конструкции.
Ионизация и возбуждение молекул газа. В атоме газа вокруг положительно заряженного ядра вращаются на орбитах электроны. Масса электрона (9,Ы0~28 г) на четыре- пять порядков меньше массы ядра. В нейтральном атоме заряд электронов равен заряду ядра. Когда электроны расположены на ближних к ядру орбитах, атом находится
в устойчивом состоянии. Дальше от ядра находятся неустойчивые орбиты, на которых электроны могут находиться только непродолжительное время.
Атомы газов соединяются в молекулы. Например, молекулы водорода, кислорода, азота состоят из двух атомов (#2, Ог. Дг). В молекуле газа электроны взаимодействуют как с ядром собственного атома, так и в несколько меньшей степени с ядром другого атома.
Когда от нейтральной молекулы отрывается один электрон, то возникает однозарядный положительный ион. Возможен отрыв двух или трех электронов и возникновение двухзарядного или трехзарядного положительного иона. Этот процесс называется ионизацией. Для ионизации молекулы требуется затрата некоторого количества энергии, которая измеряется в электрон-вольтах. Энергия 1 эВ равна кинетической энергии, которую приобретает электрон при свободном движении между двумя точками с разностью потенциалов в 1 В. Энергия 1 эВ равна 1,6-10~19 Вт-с. Заряд электрона постоянен, поэтому его энергию можно численно измерить значением напряжения (или потенциала) U, выраженного в вольтах.
В процессе газовой ионизации возможен не полный отрыв электрона, а переход его на более удаленную орбиту — возбуждение молекулы. В возбужденном состоянии молекула может находиться не более 10 10 с, после чего электрон переходит обратно на устойчивую орбиту Для возбуждения молекулы необходима затрата некоторого количества энергии, которая затем излучается молекулой при переходе ее из возбужденного в устойчивое состояние. Значения энергии или потенциалы, необходимые для ионизации U и и возбуждения U в газов и паров некоторых элементов, даны ниже в [2].
Газ
Потенциал ионизации. В
Потенциал возбуждения, В
Водород
15,4
Н.2
Азот .
15,8
6,1
Кислород .
12,5
7,9
Гелий.
24,6
19,8
Цезий.
3,88
1,38
Ртуть.
10,4
4,86
Инертные газы —- гелий, неон, аргон, и др.— имеют наибольшие значения U, и UB. Потенциалы ионизации и возбуждения атмосферного воздуха близки к потенциалам газов, которые его составляют (азот, кислород, водород).
Рис. 3. Схема ударной ионизации электроном (а); схема ионизации фотоном (6)Рис. 3. Схема ударной ионизации электроном (а); схема ионизации фотоном (6)©©Рис. 4. Схема ионизации возбужденной молекулы
Рис. 3. Схема ударной ионизации электроном (а); схема ионизации фотоном (6)
Рис. 3. Схема ударной ионизации электроном (а); схема ионизации фотоном (6)
©
©
Основные процессы в разрядном промежутке, при которых молекула получает достаточно энергии для ее ионизации или возбуждения. Ионизация столкновением, или ударная ионизация (рис. 3), происходит при столкновении молекулы с электроном, при этом число свободных ионов возрастает. Энергия, вызывающая ударную ионизацию, является кинетической; она накопляется на пути столкновения электронов с молекулами.
Фотоионизация возникает, как следствие поглощения молекулой квантов (фотонов) лучистой энергии.
Энергия фотона W=hv, где v — частота излучения, 1 /с; Л=6,6-10 27эрг • с=4,13-10 8эВ-с (постоянная Планка).
Для ионизации и возбуждения необходимо, чтобы Av ^U ьм B>U в. Следовательно, при повышении частоты излучения v увеличивается способность фотона производить ионизацию. Космические лучи у-излучения радиоактивного распада и световые волны в ультрафиолетовой части спектра имеют наибольшую способность вызывать ионизацию.
Когда происходит газовый разряд, то кроме внешних источников энергии появляется энергия самих молекул, участвующих в газовом разряде. В возбужденной молекуле (рис. 4) электрон, смещенный на внешнюю неустойчивую орбиту, удерживается на ней только короткое время (Ю-10с). При возвращении электрона на устойчивую ор биту молекула излучает фотон, способный вызвать фотоионизацию другой нейтральной или возбужденной молекулы. Этот процесс имеет решающее значение в развитии искрового разряда.
Рис. 5. Зависимость степени ионизации молекул воздуха от его температуры
Термоионизация. Температура является мерой кинетической энергии хаотического (теплового) движения молекул и свободных электронов в газе. При повышении температуры увеличивается число столкновений молекул с электронами, что вызывает ионизацию молекул. Степенью ионизации т называется отношение числа ионизированных молекул N и к общему числу молекул N в данном объеме газа (рис. 5). При достижении температуры 20 000 К практически все молекулы становятся ионизированными. Процесс термоионизации является определяющим в столбе электрической дуги, температура которой находится в пределах 4000—15 000 К-
Поверхностная ионизация — эффект выделения из электродов заряженных частиц в основном свободных электронов. Поверхностная ионизация имеет существенное значение при развитии электрического разряда в газовом промежутке.
В металле свободные ионы находятся в электрическом поле положительных ионов, образующих кристаллическую решетку. Таким образом, на поверхности металла образуется потенциальный барьер, удерживающий свободные электроны внутри металла. Чтобы выйти из металла, электроны должны получить энергию, способную преодолеть потенциальный барьер. Значения потенциалов поверхностной ионизации (энергия выхода электронов) некоторых металлов даны ниже. Из приведенного видно, что потенциалы поверхностной ионизации U па, меньше объемной ионизации U ow. Освобожденные силами электрического поля с катодом ионы уводятся в область газового разряда. При ионизации анода электроны притягиваются к аноду и поглощаются им Поэтому в развитии разряда основную роль играет поверхностная ионизация катода, которая имеет различные виды.
Металл Потенциал поверхностной ионизации
Алюминий AI.1,8
Медь Си .3,9
Окись медиСиО.5,3
Железо Fe........3,9
Серебро Ag3,1
Платина Pt..3,6
Ртуть Hg .4,5
Цезий Cs...0,7
Окись барияВаО.1,0
Поверхностная ударная ионизация (рис. 6) вызывается ударами положительных ионов по поверхности катода, причем движение электронов ускоряется электрическим полем. Для однократной поверхностной ионизации (освобождение из катода одного электрона) ион должен свободно прой ти в поле напряженностью Е расстояние X п и=И п и/Е.
Рис 6 Схема ударной поверхности ионизации
Рис. 7. Схема фотоэлектронной эмиссии
Поверхностная фотоионизация (фотоэлектронная эмиссия) (рис 7) возникает, если на поверхность катода по падают фотоны достаточно высокой энергии, которая должна быть большей или равной потенциалу поверхностной ионизации.
Автоэлектронная эмиссия происходит, когда под дейст вием электрического поля электроны вырываются из катода. Автоэлектронная эмиссия может возникнуть при напряженности электрического поля вблизи катода 106 В/см. Такая высокая напряженность возможна на остриях, если в среде отсутствуют другие формы ионизации, например в вакууме.
Явление захвата электронов — образование отрицательных ионов происходит, когда при поляризации нейтральной молекулы появляется положительный ион и свободный электрон. При наличии у атомов, входящих в нейтральную молекулу, свободных внешних орбит свободный электрон присоединяется (прилипает) к такой молекуле, образуя таким образом отрицательный ион. Энергия, которая выде ляется при соединении электрона с молекулой или которую надо на это затратить, выражает сродство электрона с молекулой. В первом случае энергия сродства положитель-
на, ва втором отрицательна. Газы с положительным значением энергии сродства называют электрически отрицательными. Молекулы таких газов, захватывая свободные электроны, выделяют энергию, которая излучается или поглощается колебанием молекул. Из природных газов наибольшим сродством к электронам обладает кислород. Очень большим сродством обладают специальные высокопрочные газы
Потенциал сродства с электронами некоторых газов [2]
ГазПотенциал сродства, эВ
Кислород О2 .2,2
Водород Н20,75
Хлор С123,8
Фтор F23,9
Азот N2—0.6
Аргон Аг—1,0
Неон Не—1,2
При прилипании к молекуле электрически отрицательных газов выделяется энергия, поэтому для отрыва этих электронов ион должен получить энергию, равную энергии сродства. Поэтому отрицательные ионы газов с положительной энергией сродства устойчивы. Газы же с отрицательной энергией сродства не образуют устойчивых отрицательных ионов, поскольку внутренняя энергия молекулы всегда стремится к минимуму, который устанавливается при высвобождении присоединившегося электрона.
Рекомбинация заряженных частиц—процесс, обратный ионизации, при котором происходит взаимная компенсация зарядов.
Электронной рекомбинацией называется процесс возникновения нейтральной молекулы в результате присоединения электрона к положительному иону.
Ионная рекомбинация (рис. 8) происходит, когда электрон с орбиты отрицательного иона переходит на орбиту положительного, образуя при этом две нейтральные молекулы Во время процесса рекомбинации выделяется энергия в виде фотонов.
Подвижность в электрическом поле и диффузия заряженных частиц. Образовавшиеся в результате ионизации заряженные частицы передвигаются вдоль силовых линий электрического поля и диффундируют (переходят) в окру жающее пространство. В результате происходит перераспределение зарядов в межэлектронном промежутке. На движение заряженных частиц кроме сил электрического поля воздействует температура, под действием которой ча-
Рис. 8. Схема рекомбинации положительного иона с электроном (а) и отрицательным ионом (6)
стицы перемещаются из области большей в область меньшей концентрации. Этот процесс называется диффузией. Чем выше температура газа, тем интенсивнее идет диффузия, имеющая большое значение при формировании разряда.
Плазма. Как известно, вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Лишь в XX веке было установлено, что существует четвертое состояние вещества — плазма. Плазмой называется газ, значительная часть молекул которого ионизирована, причем плазма не содержит избыточного заряда какого-либо знака (N^=N_V
Чтобы вещество оставалось в состоянии плазмы, нужна достаточно высокая концентрация заряженных частиц. Легкие электроны под действием теплового движения стремятся выйти за пределы объема плазмы. Выходу их препятствуют силы электрического поля между электронами и оставшимися положительными ионами, создавая на границе плазмы барьер. Возникновение такого барьера и удерживает электроны от вылета из плазмы и тем самым поддерживает плазменное состояние вещества.
Для плазмы характерны такие свойства металла, как электропроводность и способность отражать электромагнитные волны. Плазма возникает в электрическом разряде, если в канале разряда происходит в достаточной степени ионизация (дуга, искровой равряд). Помимо электрического разряда плазма может быть получейа путем термической ионизации газа. Такая плазма называется низкотемпературной (103 104 К). Высокотемпературная плазма обра-
зует ядра звезд, в том числе .—цг'-г^х
и Солнца (Г=107Ч- Ю® К).~^i+ + ^)
Получение такой плазмы в |-^-iai^-j'
земных условиях принципи ально ВОЗМОЖНО В искровом Рис. 9 Распределение в лавине элект- разряде огромной мощное- ронов заряженных частиц ти [2]
Ионизация газа при нормальных атмосферных условиях может возникнуть при минимальной напряженности поля около 20 кВ/см.'
В электрическом поле при напряженности, которая делает возможной ударную ионизацию, возникают лавинные
процессы — размножение заряженных частиц электронов и ионов. Расстояние, которое может пройти лавина, равно
расстоянию между электродами или при развитии разряда в газовом включении расстоянию между стенками твердой изоляции. Образовавшиеся в лавине электроны и ионы перемещаются под действием электрического поля. В связи с тем, что подвижность ионов значительно больше под- виж^сти электронов, в голове лавины образуется избыток электронов, а в хвосте преобладают положительно заряженные ионы.
Стримерный разряд. Чтобы образовалась лавина, неой^дим хотя бы один начальный электрон, который мо- жет^быть создан внешним ионизатором. Если начальные электроны непрерывно воссоздаются, лавинный процесс не прекращается. Разряды, вызванные внешними ионизаторами, называются несамостоятельными. Если воссоздание начальных электронов происходит в самой лавине за счет ионизационных процессов, то такой разряд называется самостоятельным. Но и в этом случае необходим исходный начальный электрон для развития разряда.
Разрядное напряжение промежутка с равномерным полем. С увеличением напряженности электрического поля Е значительно увеличивается ударная ионизация. Ничтожное повышение напряженности поля сверх критической на
пряженности приводит к образованию самостоятельной
вую ИЛИ дуговую фор^с— — -"'В промежутке с р iBHOMeptaliK> Нолей- уелбвия развитиявую ИЛИ дуговую фор^с— — -"'В промежутке с р iBHOMeptaliK> Нолей- уелбвия развитиялавины, что ведет к образованию между электродами плазменного канала. Ток, проходящий через проводящий канал, определяется внешней цепью, в которую включен промежуток. При атмосферном давлении разряд принимает искро-
вую ИЛИ дуговую фор^с— — -"'
В промежутке с р iBHOMeptaliK> Нолей- уелбвия развития
вую ИЛИ дуговую фор^с— — -"'
В промежутке с р iBHOMeptaliK> Нолей- уелбвия развития
самостоятельного раз
Hi
С увеличением пл m
iiilifiE-Taaa' yneiMnirJa^TAi -в<
Нбя -возиож-
ность числа столкно
енийк^У5и1:*^
с молекулам! , но
уменьшается длина свободного пробега электрона, в результате вероятность ионизации уменьшается. При малых плотностях газа увеличивается длина свободного пробега электрона, но зато уменьшается число молекул в данном объеме. Таким образом, в обоих случаях для возникновения разряда требуется повышение напряжения.
В изоляционных конструкциях со сжатым газом (кабели, конденсаторы) используется эффект увеличения Up при больших плотностях газа. Этот же эффект при малых плотностях газа используется в конструкциях с вакуумной изоляцией (электронно-лучевые трубки высокого напряжения, вакуумные выключатели). Напряжение разряда t/p определяется произведением плотности газа о на расстояние между электродами S. Поэтому если плотность газа о увеличится, а расстояние соответственно уменьшится в п раз, то Uv не изменится.
Переход от лавинной формы самостоятельного разряда к искровому разряду в малых промежутках с равномерным полем. Образование стримеров. Каждая лавина в разреженном газе увеличивает число начальных электронов, которые образуют следующие лавины. Этот процесс продолжается, пока промежуток между электродами не заполняется плазмой. Плазма состоит из положительных ионов, оставшихся от предыдущих лавин, и электронов, образованных последующей лавиной.
В разреженных газах начальные электроны создаются в основном за счет фотоионизации с катода. Поэтому по-
1-/V/1-/V/
1-/
V/
1-/
V/
Рис 10. Схема стримерной формы разряда в малом промежутке с рав номерным полем: а — начальная лавина пересекает промежуток, электроны лавины поглощаются анолом/ головка лавины интенсивно испускает фотоны; б — фотоионизация породила вторичные лавины, электроны вторичной лавины проникают внутрь первичной, началось образование плазменного канала-стримера; в. г—на конце плазменного канала резко увеличивается иапряженЙость'поля, что приводит к интенсивной фотоионизации и возникновению новых лавин, плазменный канал быстро прорастает к катоду (положительный стример); д стример достигает катода, разряд пере ходит в искровую стадию
тенциал поверхностной ионизации, который определяется материалом, имеет значительное влияние на разрядное напряжение.
При высокой плотности газа, если oS^l, происходит заметное искажение электрического поля положительными зарядами лавины и идет интенсивная ионизация в объеме газа вблизи головки лавины. Вторичные лавины направляются к головке первичной в область большей напряженности. Электроны вторичной лавины, проникая в первичную, образуют с ее положительными ионами Плазменный канал. На конце канала напряженность поля повышается, возникают вторичные лавины, происходит дальнейшее увеличение длины канала и т. д. Быстро увеличивающийся канал называется стримером (stream -- поток).
Разряд перейдет в искровую стадию, когда плазменный канал подойдет к катоду и замкнет электроды. В малых промежутках и при больших плотностях газа время разряда около 106с. Причем образование вторичных лавин вызывается в основном фотоионизацией в объеме газа.
Рис.Рис.11 Возникновение короны у положительно заряженного стержня: а развитие павины; б образование облачка избыточных положительных ионов
Рис.
Рис.
Самостоятельный разряд в неравномерном поле. Лавинная корона. Так как в неравномерном поле напряженность меняется вдоль пути лавины, то самостоятельный разряд развивается вблизи электрода с меньшим радиусом кривиз ны (провод или стержень). В этом случае не происходит искрового разряда, потому что ионизационные токи ограничены остальной частью промежутка, где напряженность поля уже недостаточно велика, чтобы вызвать ионизацию молекул. Разряд возникает возле стержня. Такой разряд называется коронным разрядом, или короной.
При развитии короны вблизи положительно заряженного электрода происходит постоянное расширение области, охваченной короной. Под действием сил электрического поля легкие электроны лавины передвигаются к стержню и поглощаются им, тяжелые положительные ионы направля ются к катоду. Но так как скорость движения их во много
Рис 12. Возникновение короны у отрицательно заряженного стержня: а развитие лавины, б образование облачка положительных и отрицательных ионов
раз меньше скорости движения электронов, то стержень оказывается окруженным облачком избыточных положительных ионов. Эти ионы создают дополнительное электрическое поле, которое ослабляет основное поле у стержня и усиливает его вдоль стержня по направлению к катоду. Если корона возникает вблизи катода, то наблюдается обратное явление - происходит стягивание короны к отрицательному электроду. У поверхности катода образуется узкий слой поля высокой напряженности, в котором происходят лавинные процессы. При развитии процесса у отрицательного электрода существенную роль играет фотоэффект с катода, способствующий возникновению самостоятельного разряда. Поэтому начальная напряженность короны при отрицательной полярности £н(—) ниже, чем при положительной £н( + ). У электродов с радиусом кривизны г > 1 см различие между £н(—) и £н( + ) незначительно.
В слабонеравномерном поле в малых промежутках возникшая лавинная корона даже при небольшом повышении напряжения приводит к полному пробою промежутка.
Стримерная корона. Когда в коронном разряде возникают вторичные лавины, то у коронирующего острия образуется высокая концентрация положительных ионов. Создаваемое этими зарядами поле даже при значительном повышении напряженности в промежутке сверх начального напряжения коронного поля становится сравнимым с напряжением основного поля. При таких условиях в разряде возникают стримеры. В головке лавины возникают фотоны, что приводит к возникновению вторичных лавин впереди головки первичной лавины и с боков. Вторичные лавины втягиваются в первичную. Образуется плазменный канал, по которому электроны передвигаются к аноду. Развитие лавины и плазменного канала ведет к усилению поля в глубине промежутка (по направлению к катоду). Вместе с развитием плазменного канала идет возникновение и развитие новых лавин. Средняя скорость продвижения фронта
Рис 13. Развитие положительного (анодного) стримера в неравномерном поле (закончилось развитие начальной лавины):
о возникают вторичные лавины, направляющиеся к головке начальной; б по каналу начальной лавины развивается стример (направление движения фронта стримера указано стрелкой); в — стример заполнил канал в начальной лавине (завершилось развитие вторичной лавины в глубине промежутка)
положительного стримера только на несколько порядков ниже скорости света и равна 108- 109 см/с.
Катодный (отрицательный) стример также возникает при достаточной концентрации положительных зарядов в головке лавины и развивается в виде удлиняющегося канала при слиянии лавин. Продвижение канала в глубину промежутка сдерживается тем, что в той части поля, которая пересечена лавиной, напряженность увеличена и резко ослаблена в остальной части промежутка. Поэтому вторичные лавины могут возникнуть, только когда стримерный канал достигнет всей длины первичной лавины. Вследствие этого скорость продвижения катодного стримера меньше скорости продвижения анодного. Стримеры, как положительные, так и отрицательные, могут существовать, пока по ним протекает поток электронов, т. е. электрический ток.
Переход стримера в искровой разряд в промежутках с неравномерным полем. В промежутке с неравномерным полем при подъеме напряжения длина стримера увеличивается до тех пор, пока он не пересечет весь промежуток; тогда произойдет разряд между электродами. В промежутке между симметричными электродами образуются встречные стримеры положительной и отрицательной полярности. При промежутке между электродами в десятки сантимет-
ров в воздухе искровой разряд происходит при средней напряженности поля около 10 кВ/см, что значительно меньше критической напряженности в равномерном поле. Такое явление объясняется тем, что стример искажает поле в непробитой части промежутка и повышает его напряженность вблизи головки стримера.
По каналу стримера, замкнувшего промежуток между электродами, начинает проходить ток разряда, что приводит к повышению температуры и возникновению интенсивной термической ионизации. Это в свою очередь вызывает увеличение проводимости плазменного канала и повышению тока разряда между электродами. В итоге за короткий промежуток времени (10—®с) электроды замыкает ярко светящийся искровой канал высокой проводимости.
Газы под большим давлением. В изоляционных конструкциях увеличить разрядное напряжение в газовых промежутках можно повышая давление газа. При давлениях в несколько атмосфер разрядное напряжение пропорционально давлению. При более высоком напряжении наблюдается снижение роста разрядного напряжения. Это проявляется особенно резко в промежутках стержень — плоскость при положительной полярности стержня. При положительной полярности стержня в электроотрицательных газах происходит резкое падение разрядного напряжения уже при давлении около 10-98,1-103 Па. В газах, в которых нет электроотрицательных составляющих, например в азоте, эта аномалия проявляется слабее.
Внутренняя изоляция электрических машин и аппаратов, как правило, состоит из твердых или жидких диэлектриков Чтобы изоляционные конструкции имели возможно меньшие размеры, диэлектрики должны обладать высокой электрической прочностью. Кроме того, жидкие диэлектрики должны хорошо отводить тепло, выделяемое проводчиками при прохождении через них тока и возникающее в самих ди электриках вследствие диэлектрических потерь. В трансформаторах и маслонаполненных вводах практически все выделяющееся тепло отводится трансформаторным маслом. Твердая изоляция должна иметь достаточную прочность, так как на нее ложится механическая нагрузка, которая значительно возрастает при коротких замыканиях в системе и резких температурных изменениях. Состояние внутренней изоляции должно систематически проверяться, так как изоляция стареет, что выражается в снижении электрической и механической прочности диэлектриков.
Электрическая прочность твердой, жидкой и комбинированной изоляции. В твердых диэлектриках, как и во всех
твердых веществах, атомы и молекулы плотно упакованы. Тепловое движение происходит как колебание около положения равновесия. Твердые вещества бывают кристаллическими и аморфными. В первых атомы расположены в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку, во вторых атомы расположены хаотически.
В жидких веществах связь между молекулами слабее, чем в твердых. Молекулы жидкостей могут перемешаться, но среднее расстояние между ними сохраняется
Границы между состояниями вещества определяются температурами плавления и газообразования, которые находятся в прямой зависимости от давления. В аморфных веществах нет резко выраженной температуры плавления. С повышением температуры аморфные тела постепенно размягчаются, обратный процесс — затвердение — происходит тоже постепенно.
При нормальной температуре жидкости можно рассматривать как сжатый при давлении 200 МПа газ. Давления в десятки мегапаскаль малы по сравнению с силой сцепления молекул в жидкости, чем и объясняется явление «несжимаемости».
Твердые аморфные тела представляют собой как бы переохлажденные жидкости. Промежуточное место между твердым и жидким состояниями вещества занимают вещества типа смол, которые некоторое время сохраняют свою форму, но затем растекаются под действием собственной массы.
Широкое применение в качестве изоляции имеют волокнистые материалы, пропитанные трансформаторным маслом.
В реальных технических диэлектриках закономерности электрического пробоя, как правило, проявляются в смешанной форме, т. е. в форме, свойственной всем трем агрегатным состояниям вещества.
Наиболее важными характеристиками диэлектриков являются: электрическая прочность при одноминутном испытании £пр, кВ/см; относительная диэлектрическая проницаемость е; тангенс угла диэлектрических потерь tg6; удельное электрическое сопротивление р, МОм-см; класс нагревостойкости, т. е. максимальная допустимая температура во время длительной эксплуатации, которая приведена ниже:
Класс нагревостойкости YА Е В F Н С
Максимальная рабочая темпера
тура90 105 120 130 155 180 Выше 180
Электрическая прочность определяется в равномерном поле между электродами специальной формы и при нормированном расстоянии между ними. Если толщина диэлектрика (расстояние между электродами) равна d, см, и пробивное напряжение (/пр, кВ, то электрическая проч ность Enp=Ung/d, кВ/см.
В реальной изоляции, где изоляционные промежутки имеют различные формы и размеры, пробой может произойти при напряженности поля, значительно отличающейся от электрической прочности Епр. Поэтому электрическая прочность используется в основном для сравнительной оценки диэлектриков.
Электрический пробой твердых диэлектриков. Электрический пробой твердых диэлектриков, как и пробой газов, связан с ускорением движения электронов под действием электрического поля. Электроны в твердых телах связаны с отдельными атомами или с группой атомов. В местах структурной неоднородности материала эта связь является наиболее слабой, кроме того в диэлектриках есть свободные электроны — электроны проводимости. Число свободных электронов характеризует ток проводимости (или сопротивление изоляции) при постоянном напряжении При обычных температурах число свободных электронов незначительно. С повышением температуры и напряженности электрического поля растет проводимость и увеличивается энергия, передаваемая электронами кристаллической решетке материала, которая рассеивается в толще диэлектрика в виде тепла. Это вызывает непрерывный рост температуры и в конечном итоге приводит к пробою. Напряжение, при котором происходит пробой, характеризует электрическую прочность диэлектрика. Из изложен ного' следует, что электрический пробой твердых диэлектриков является результатом температурной неустойчивости электронов.
Следует отметить, что микроскопические дефекты мало снижают электрическую прочность, если основная структура материала не разрушена. Значительное снижение электрической прочности диэлектрика вызывается видимыми дефектами.
Пробивное напряжение растет пропорционально толщине диэлектрика. Закономерность эта нарушается в очень тонком слое: при толщине слоя диэлектрика в пределах микрона электрическая прочность возрастает.
Условия для электрического пробоя в неоднородном поле прежде всего возникают у электродов с большой кривизной, где начинается разрядный канал. По каналу вы
сокая напряженность поля передается в рлубь промежутка, длина канала увеличивается и заканчивается пробоем диэлектрика. В твердой изоляции, так же как и в газовом промежутке, действует барьерный эффект. Для создания его в изоляции вблизи электрода с наибольшей кривизной закладывается барьер из тонкой высокопрочной пленки.
При импульсной подаче напряжения возможны частичные разряды, которые, разрушая часть изоляции, приводят к постепенному снижению электрической прочности изоляции в целом. Так, например, при приложении напряжения к листу кабельной бумаги в течение 5 мкс при первом импульсе пробой произошел при (7=400 кВ, при втором тоже при (7=400 кВ, при третьем при Д=350 кВ и при четвертом при (7=60 кВ [2]. Пробой под действием ряда импульсов называется кумулятивным эффектом.
Тепловой пробой твердых диэлектриков. Достаточно длительное воздействие напряжения вызывает выделение тепла внутри диэлектрика, что приводит к снижению пробивного напряжения Такое явление называется тепловым пробоем.
Через диэлектрик под действием переменного напряжения протекает емкостный ток (ток смещения) /с и актив ный ток /а, обусловленный диэлектрическими потерями. Отношение /a/Zc=tg6 — коэффициент диэлектрических потерь изоляции. В газовых изоляциях при докоронных напряжениях tg 6 практически равен нулю. Для твердых и жидких диэлектриков tg 6 находится в пределах 0,01 — 0,03 (при Т=20°С). С ростом температуры tg 6 увеличивается, а пробивное напряжение снижается.
В отличие от электрического пробоя тепловой пробой является проявлением температурной неустойчивости на молекулярном уровне.
Величина tg6 является основным показателем электрической прочности диэлектрика в отношении теплового пробоя. При увлажнении диэлектрика tg6 резко повышается. Поэтому увлажнение является наиболее вероятной причиной теплового пробоя. По мере повышения температуры снижается пробивное напряжение, однако такая зависимость существует и при электрическом пробое.
Основной особенностью теплового пробоя является медленное развитие, так как этот процесс развивается по мере разогрева диэлектрика под действием приложенного напряжения. С увеличением напряжения выше пробивного время пробоя снижается, но даже в худших условиях происходит в течение нескольких минут. При напряжении, близком к пробивному, развитие пробоя происходит в те-
чение часов. Как правило, тепловой пробой возникает в области, в которой плохо отводится тепло. Электрический же пробой возникает в области максимальной напряженности поля на краях электродов.
Следует отметить, что тепловой пробой, так же как и электрический, имеет электрическую природу. Происходит тепловой пробой, когда температура диэлектрика достигает значения, при котором в нем образуется электропроводя щий канал.
Тепловой пробой в канале высокой проводимости. При наличии в изоляции дефектов возможно образование в диэлектрике каналов с повышенной проводимостью. Выделяющееся в этом канале тепло создает тепловой поток. С увеличением разности температур в канале и ос тальном диэлектрике будет расти проводимость канала и соответственно выделяющаяся при этом мощность. Если приложенное к диэлектрику напряжение выше пробивного, то температура внутри канала будет быстро расти и в течение очень малого отрезка времени произойдет пробой.
Пробой жидких диэлектриков имеет много общего с пробоем в газах. Из катода под действием приложенного напряжения выделяются электроны и количество их растет за счет ударной ионизации нейтральных молекул. Искажение электрического поля вызывает появление вто ричных электронов и развитие самостоятельных разрядов в виде стримеров.
Под действием приложенного напряжения растворенный в жидком диэлектрике газ (при давлении около 10,1 МПа трансформаторное масло содержит около 10% воздуха) собирается в маленькие пузырьки. Таким образом, жидкие диэлектрики состоят из двух фаз — жидкой и газообразной. Путь разряда включает как жидкую, так и га зообразную фазы, что способствует его более быстрому развитию
В изоляционных жидкостях коронный разряд имеет форму неустойчивого стримера.
В трансформаторном масле коронный разряд не влияет на качество самого масла, но в случае повреждения твер дой органической изоляции может произойти резкое снижение электрической прочности всей изоляционной конст рукции.
При пересечении стримером всего изоляционного промежутка происходит искровой разряд. Температура в проводящем канале резко повышается, образуется плазма. Жидкость вокруг канала оказывает на него деионизирующее действие. Поэтому если пробой произошел под действием
короткого импульса, то возможность перехода импульсного разряда в устойчивую дугу мала и в изоляционном промежутке почти восстанавливается первоначальная электрическая прочность. Пузырьки газа и частицы угля постепенно рассеиваются во всем объеме масла и не вызывают значительного снижения электрической прочное ти последнего. Но при загрязнениях и особенно при увлажнении электрическая прочность масла резко падает. Под действием электрического поля загрязнения и капельки влаги образуют цепочки вдоль силовых линий поля. Вдоль этих цепочек разрядное напряжение резко снижается
В трансформаторных маслах вода может содержаться в трех состояниях: молярно-растворенном; в форме эмуль сии (капли диаметром около 10 мкм) и в виде отстоя на дне емкости с маслом. Пока вода находится в растворенном состоянии она практически не оказывает влияния на пробивное напряжение. Но при изменении температуры растворенная вода может перейти в водную эмульсию и тогда пробивное напряжение резко упадет.
Вода в виде отстоя тоже не влияет на электрическую прочность масла. Однако при повышении температуры отстой переходит в водную эмульсию, поэтому водный отстой из емкости с трансформаторным маслом необходимо сливать. При увлажнении трансформаторного масла пробивное напряжение падает еще значительнее, если оно загрязнено органическими волокнами, которые очень гигроскопичны и под действием электрического поля образуют проводящие цепочки между электродами.
Разрядное напряжение в значительной степени зависит от времени приложения напряжения
В жидкостях, как и в газах, ес напряжения происходит во времени, меньшем чем 10 мкс, стример не успевает развиться. Значительное снижение пробивного напряжения (7пр происходит при времени приложения напряжения, большем чем 0,01 с. Поэтому при грозовых импульсах примеси, в том числе и влага, практически не снижают электрической прочности трансформаторного масла.
Рис. 14. Типичная зависимость электриче- ской прочности трансформаторного масла от процентного содержания в нем влаги
Рис 15 Зависимость среднего пробивного напряжения технически чистого трансформаторного масла от расстояния между электродами стержень ■ плоскость:
/ импульсная волна 1.5/4 мкс отрицательной полярности. 2 то же положительной полярности; Д -плавный подъем напряжения промышленной частоты, 4 — одноминутное воздействие напряжения промышленной частоты
Разрядное напряжение в значительной мере зависит от длины промежутка между электродами, причем при положительной полярности разрядное напряжение ниже, чем при отрицательной. Это объясняется тем, что в жидкостях положительные и отрицательные стримеры развиваются так же, как и в газах. Разряд происходит в полупериод положительной полярности. Для жидких диэлектриков характерен значительный разброс пробивных напряжений относительно среднего значения. Это в значительной мере объясняется хаотическим характером процесса построения частиц примесей в цепочки вдоль силовых линий электрического поля. Чем больше загрязнено масло, тем больше и разброс пробивного напряжения. Так, например, неочищенное трансформаторное масло имеет разброс £пр—304-50%, в очищенном масле разброс £п со кращается до 5—10%. Таким образом, разброс является показателем чистоты трансформаторного масла.
При плохом отводе тепла в жидких диэлектриках, так же, как и в твердых возможен тепловой пробой. Но если циркуляция масла обеспечена, то возможность тепловой формы пробоя исключается.
ИЗОЛЯЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Существуют следующие виды изоляции маслонаполненного электрооборудования: маслобарьерная изоляция, когда заполненные маслом промежутки перегорожены барьером из твердого изоляционного материала. В однородных и слабонеоднородных полях барьер перегораживает путь проводящим цепочкам между электродами. В неравномерном электрическом поле барьер, установленный вблизи электрода с большей напряженностью, повышает разряд-
Рис. 16. Влияние тонкого барьера на пробивное напряжение (50 Гц) трансформаторного масла в резконеоднородном поле
ное напряжение на 30—50% при длительном приложении напряжения промышленной частоты В масляном промежутке так же, как и в газовом, в резконеравномерном поле разряды в стадии короны растекаются по барьеру и выравнивают поле между барьером и плоскостью. Лучшие результаты (наивысшее разрядное напряжение) получаются, когда барьер установлен от стержня на расстоянии, равном 0,1 d—0,25 d, где d— диаметр стержня. В резконеоднородном электрическом поле коронный разряд может возникнуть при напряжении, значительно меньшем, чем пробивное, и охватить весь промежуток между электродом и барьером. При импульсах коронный разряд не разрушает барьера, но при длительном приложении напряжения корона постепенно разрушает барьер, что приводит к снижению пробивного напряжения всего изоляционного промежутка. Поэтому возникновение коронного разряда при рабочем напряжении недопустимо.
Бумажно-масляная изоляция изготовляется из слоев пропитанной маслом бумаги, причем промежутки между слоями бумаги тоже заполнены маслом. Бумажно-масля ная изоляция является самой надежной и поэтому при меняется в изоляционных конструкциях с наиболее высокими напряженностями электрического поля. Пробивное напряжение масляных промежутков определяет пробивное напряжение всей бумажно-масляной изоляции, так как электрическая прочность масла ниже, чем бумаги. Несмотря на большое разнообразие изоляционных конструкций отношение 6м/6б остается примерно равным 1—1,7, где бм — толщина масляного промежутка, 66 — толщина бумаги. Если применить более тонкую бумагу, то можно поднять
Рис. 17. Зависимость пробивной напряженности электрического поля для бумажно- масляной изоляции от толщины листа бумаги
допустимую напряженность поля, не слишком увеличивая толщину всей изоляционной конструкции. Зависимость £пр от толщины бумаги дана на рис. 17. При очень малой толщине бумага может содержать сквозные масляные каналы, что снизит ее электрическую прочность, так как прочность масла ниже, чем прочность бумаги.
Повысить электрическую прочность бумаги можно увеличивая ее плотность, но при этом будет возрастать напряженность поля в масляных промежу гках. Плотность бумаги различно влияет на кратковременную и длительную прочность изоляции. Так, с увеличением плотности бумаги кратковременная прочность повышается, а длительная — снижается.
Ионизационный пробой изоляции. В пузырьках газа, которые могут быть в технической изоляции, напряженность поля возрастает, причем электрическая прочность газа ниже прочности твердых диэлектриков и трансформаторного масла. В газовом включении возникает ионизация, которая оказывает на окружающий диэлектрик электрическое, химическое и механическое воздействие. В изоляции может развиться дефект, который в конечном итоге приведет к пробою изоляции. Такая форма пробоя назы вается ионизированным пробоем
В твердой синтетической изоляции (полиэтилен, полистирол) происходит микроскопическое разрушение материала, что приводит к увеличению объема, занимаемого газом. Возникает канал. Удлинение канала приводит к воз растанчю энергии, которая рассеивается в диэлектрике и ускоряет процесс разрушения материала. Повышенная температура в канале вызывает образование веществ типа смол, в результате чего канал становится электропрово дящим. В этом случае происходит электрическая или тепловая форма пробоя.
Для бумажно-масляной и маслобарьерной изоляции характерен ионизационный пробой.
Газовые включения могут остаться в изоляции при ее изготовлении или образоваться в результате нагрева имеющейся в изоляции влаги или других примесей. При разряде в газовых пузырьках выделяется тепло, под действием которого масло разлагается, выделяя новые пузырьки
газа. Этот процесс похож на кипение масла. Ионизация в газовых включениях продолжается до тех пор, пока продукты разложения изоляции, как твердой, так и жидкой, не заполнят весь объем газовых включений. В твердой изоляции образуются каналы, наполненные смолистыми веществами с низкими изоляционными свойствами, или обуглероженные каналы высокой проводимости. На концах этих каналов поля высокой напряженности ведут к образованию новых пузырьков газа и дальнейшему развитию разряда. По форме такой разряд похож на ствол дерева с ветвями, поэтому носит название ветвистого разряда. По времени ионизационный пробой развивается довольно медленно, поэтому импульсное воздействие практически не снижает изоляционной прочности. Но каждый импульс оставляет необратимый след, и при большом числе импульсов электрическая прочность изоляции значительно снижается.
Ионизационные процессы в изоляции характеризуются следующими величинами: критическим напряжением изоляции (/КрИ — напряжением, при котором возникают разряды значительной интенсивности, способные вызвать ионизационный пробой изоляции за относительно короткий срок; начальным напряжением ионизации Пни — напряжением, при котором возникают слабые разряды, вызывающие ионизационное старение изоляции.
Испытательное напряжение не должно быть выше ^кр.и, а рабочее напряжение не должно превышать Пн и. Значительно повысить допустимое рабочее напряжение бумажно-масляной и маслобарьерной изоляции можно тщательной обработкой трансформаторного масла (очисткой от механических примесей, глубокой осушкой цеолитами и дегазацией); вакуумной сушкой твердой изоляции и пропиткой ее дегазированным трансформаторным маслом под вакуумом; применением высококачественных волокнистых материалов (бумаги, картона и пр.), применением литых изделий из целлюлозы и пластмасс.
Ионизационные процессы при постоянном напряжении протекают не так, как при переменном. При постоянном напряжении редко происходят повторные пробои газовых включений, поэтому для развития ионизационного процесса требуется значительно большая напряженность электрического поля, чем при переменном напряжении.
Старение изоляции. Понятие «старение» включает в себя все процессы, происходящие в изоляции во время эксплуатации трансформатора под действием высоких напряженностей электрического поля, высокой температуры, увлаж
ииРис. 18. Векторная диаграмма напряжения и тока в изоляции, находящейся под напряжением промышленной частоты
и
и
щается в 6 раз [8].щается в 6 раз [8].нения, загрязнения и т. п. Особенно сильно разрушают твердую изоляцию, вызывая ее растрескивание и снижение механической прочности, увлажнение и высокая температура. При увеличении содержания влаги в хлопчатобумажной изоляции с 0,5 до 1,1% срок службы изоляции сокра- Старение трансформаторного масла
щается в 6 раз [8].
щается в 6 раз [8].
выражается в его окислении. Чтобы предупредить окисление, из масла удаляют воздух (дегазируют масло) и устраня
ют возможность соприкосновения залитого в трансформатор масла с окружающим воздухом (пленочная и азотная защита) Электрическая прочность изоляции под действием
естественного старения снижается годами и зависит от качества изоляционных материалов, конструкции изоляции и культуры эксплуатации. При нормальных условиях изоляция должна работать десятки лет. Для имеющей наибольшее распространение изоляции класса А максимальная температура может равняться 105° С, при которой срок службы изоляции равен примерно 7 годам. Превышение температуры на 8° С сверх максимальной сокращает срок службы изоляции вдвое.
Когда через диэлектрик проходит ток, то происходит его нагрев. Потери энергии на нагрев называются диэлектрическими и возникают при промышленной частоте в основном за счет поляризации диэлектрика.
Из векторной диаграммы токов видно, что отношение IaIIc = V^, где /а— суммарный активный ток; /с — суммарный емкостный ток; tg 6 характеризует диэлектрические потери в изоляции и является показателем наличия в изоляции посторонних включений, а также и увлажнения изоляции; tg 6 также является универсальным показателем при измерении объектов различных емкостей, т. е. габаритов, так как величина tg 6 зависит не от абсолютного значения емкости измеряемого объекта, а от отношения С»1С_
В табл. 1 [2] даны предельные значения tg8 эксплуа
тации.
Конструкция изоляции трансформаторов. Для трансфор маторов малой мощности напряжением до 35 кВ приме-
Таблица 1
Оборудование
Виды изоляции для него
tg 6, %. при ,=20° С
при вводе в эксплуатацию
во время эксплуатации
Трансформаторы тока: бумажно-масляная
1—2,5
1,5 4,5
бакелитово-бумажная
2—3
5 12
Проходные изоляторы (вводы): бумажно-масляные
0,7-1
1 1,5
масляно бакелитовые
1—3
2 8
бумажно-бакелитовые
2—3
5—12
Конденсаторы бумажно-масляные
0,3 0,4
1
Трансформаторы силовые до 110 кВ
1—2
4—5,5
Трансформаторы силовые 110 кВ и выше
1.3
1,3—2,5
няются в основном обмотки цилиндрические двухслойные или многослойные. Обмотки выполняются спирально в несколько слоев на бумажно-бакелитовый цилиндр. Между некоторыми слоями делают масляные каналы Большое распространение имеют непрерывные катушечные обмотки. Каждый виток состоит из двух-трех параллельных проводов. Катушка собирается из двух-трех десятков витков. Между катушками для изоляции и охлаждения делают масляные каналы. Переходы между катушками располагают поочередно с внутренней и внешней стороны обмотки. Такая обмотка применяется для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше, а также для трансформаторов большой мощности напряжением 3—6 кВ. Если непрерывную обмотку трудно собрать, то применяют дисковую, состоящую из ряда отдельно намотанных катушек.
о о о о о о о о о о о о о оI Iо о о о о о о о о о о о о оI Iо о о о о о о о о о о о о оо о о о о о о о о о о о о оо о о о о о о о о о о о о оо о о о о о о о о о о о о оо о о о о о о о о о о о оо о о о о о о о о о о о о1 а)1 а)
о о о о о о о о о о о о о о
I I
о о о о о о о о о о о о о о
I I
о о о о о о о о о о о о о о
о о о о о о о о о о о о о о
о о о о о о о о о о о о о о
о о о о о о о о о о о о о о
о о о о о о о о о о о о о
о о о о о о о о о о о о о
1 а)
1 а)
Рис. 19. Основные конструкции обмоток:
О цилиндрическая слоевая: б катушечная непрерывная; в дисковая;
1.2.3.4..номера каналов между дисками
Рис. 20. КлассификацияРис. 20. Классификацияизоляции трансформаторовизоляции трансформаторов
Рис. 20. Классификация
Рис. 20. Классификация
изоляции трансформаторов
изоляции трансформаторов
Изоляция трансформаторов подразделяется на внутрен нюю (изоляция внутри бака) и внешнюю (воздушные промежутки на вводах, между вводами и баком трансформа тора и между самими вводами). Изоляция внутри ввода выделяется отдельно. На рис. 20 показана классификация изоляции трансформаторов Внутренняя изоляция делится на изоляцию обмоток и изоляцию отводов, в которую включается и изоляция переключателей. Изоляция ‘обмоток, в свою очередь, подразделяется на главную и продольную. Главная изоляция защищает обмотки друг от друга и от заземленных частей. Продольная изоляция изолирует отдельные участки одной и той же обмотки (изоляция между витками, катушками, слоями и т д.).
Под действием напряжения в трансформаторе происходит сложный электромагнитный процесс, который приводит к местным перенапряжениям на изоляции между катушками, между обмотками и изоляцией обмоток относительно заземленных частей. Основой для выбора изоляционных расстояний служит расчет перенапряжений в обмотках. Уменьшить влияние перенапряжений на главную и продольную изоляцию трансформатора можно путем рациональной конструкции обмоток и введением в конструкцию изоляции специальных устройств (экранирующие кольца, компенсирующие экраны и т. п.).
Класс изоляции обмоток трансформатора определяет не только конструкция изоляции, изоляционные расстояния, качество изоляционных материалов, но и технология обра ботки изоляции (сушка, вакуумирование, пропитка сухим дегазированным трансформаторным маслом). В качестве твердой изоляции применяются: материалы, изготовленные на основе целлюлозы (электротехнический картон, кабельная бумага и т. п.); текстолит; стеклолента; фарфор и др Жидкой изоляцией является трансформаторное масло.
Токоведущие части масляных трансформаторов (об
Рис. 21 Конструкция изоляции трехобмоточного автотрансформатора 500 кВ
Рис. 22 Бумажно-масляная изоляция силового трансформатора высокого напряжения;1— стержень магнитопровода; 2 обмотка низкого напряжения; 3— бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 обмотка высокого напряжения; 5— отвод бумажного цилиндра; 6 прокладка между отводамиРис. 22 Бумажно-масляная изоляция силового трансформатора высокого напряжения;1— стержень магнитопровода; 2 обмотка низкого напряжения; 3— бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 обмотка высокого напряжения; 5— отвод бумажного цилиндра; 6 прокладка между отводамимотки, переключатели ступеней напряжения, отводы из обмотки вводов, соединительные провода) находятся в баке, залитом трансформаторным маслом. Главная изоляция включает в себя масляные каналы и барьеры изолирующих цилиндров. Благодаря тому что барьеры препятствуют об разованию проводящих мостиков в масле, электрическая
Рис. 22 Бумажно-масляная изоляция силового трансформатора высокого напряжения;
1— стержень магнитопровода; 2 обмотка низкого напряжения; 3— бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 обмотка высокого напряжения; 5— отвод бумажного цилиндра; 6 прокладка между отводами
Рис. 22 Бумажно-масляная изоляция силового трансформатора высокого напряжения;
1— стержень магнитопровода; 2 обмотка низкого напряжения; 3— бумажно-бакелитовый цилиндр; 4 обмотка высокого напряжения; 5— отвод бумажного цилиндра; 6 прокладка между отводами
прочность изоляционной конструкции значительно повышается.
Так как на концах обмотки электрическое поле неоднородно, то создается опасность поверхностного разряда по барьеру. Поэтому изолирующие цилиндры выпускают за края обмоток. Для класса изоляции 110 кВ и выше изолирующие цилиндры дополняют угловыми шайбами. Продольная изоляция для трансформаторов 110 кВ и выше состоит из изоляции, покрывающей провода и катушки, а также масляных каналов между катушками. Обмотки имеют компенсирующие экраны
Обмотка трансформатора напряжением 500 кВ имеет петлевую конструкцию, и в этом случае отпадает необходимость устанавливать компенсирующие экраны. Угловые шайбы устанавливаются между обмотками и на внешней стороне.
Маслобарьерная изоляция допускает применять рабочее напряжение 12 кВ/см. Схема такой изоляции показана на рис. 21
Значительно большее рабочее напряжение допускается при бумажно-масляной изоляции. Трудность выполнения изоляции этого типа заключается в том, что бумага должна плотно прилегать к катушкам. При наличии больших зазоров между катушкой и бумагой электрическая прочность изоляции резко снижается.
Как уже указывалось выше, во время работы трансформатора изоляция стареет. Окисление и увлажнение трансформаторного масла, увлажнение твердой изоляции приводят к ухудшению их первоначальных свойств. Влага в изоляцию трансформатора может проникнуть извне или образоваться внутри самого трансформатора в результате окисления трансформаторного масла. Во вновь изготовленных трансформаторах после сушки содержание влаги и твердой изоляции не должно превышать 0,5% массы изоляции. После 10 15 лет эксплуатации это значение может достигнуть 1% и более, но не должно превышать 4—5% [2] В зависимости от размеров трансформатора и условий эксплуатации рост влагосодержания в год колеблется от 0,1 до 0,3% [9].
Так как изоляция трансформаторов гигроскопична и может увлажниться при разгерметизации трансформаторов во время их монтажа, то для предупреждения этого в течение всего времени разгерметизации в бак трансформатора подается глубоко осушенный воздух с точкой росы не выше — 50е С. Осушка и подача воздуха производится установкой «Суховей» (разработана трестом «Электроюж-
Рис. 23. Схема установки «Суховей»:
1(1). 1(3) заглушки, 2 влагомаслоотделитель; 3(1). 3(2) термометры со шкалой на 160° С; 4(1)— 4(3) манометры; 5(1) —5(5) — вентили запорного типа Ду=50мм;
6—двухходовой кран; 7(1), 7^2)—термометры со шкалой на 400° С; 8(1), 8(2) адсорберы; 9— воздухоподогреватель; 10 термометр манометрический; 11 фильтр; 12 — прибор измерения влажности выходящего воздуха; 13 — предохранительный клапан; 14 вентиль запорный Ду=15 мм.
монтаж»). Принцип работы установки следующий; сжатый воздух (0,6—0,8 МПа) проходит через влагоотделитель (предварительная сушка) и затем через адсорберы (окончательная сушка).
На рис. 23 показана принципиальная схема установки «Суховей». Требуемая степень осушки воздуха обеспечивается в течение не менее 10 ч при работе одного адсорбера без подогрева воздуха. Одновременно следует готовить второй адсорбер к работе. Для этого часть сухого воздуха направляется во второй адсорбер. После осушки отключают нагреватель и охлаждают цеолиты, затем меняют режим работы. Такое последовательное чередование режимов обеспечивает длительную работу установки. Переключения производятся при помощи вентилей вручную. Точка росы воздуха на выходе из установки определяется прибором ВИГ 2Н (разработан производственным объединением «Запорожтрансформатор»). Воздух в приборе направляется на полированную металлическую пластинку и выходит через отверстие в смотровом стекле. Пластина охлаждается сжатым углекислым газом, который подается внутрь прибора. Температуру понижают до тех пор, пока на поверхности пластины не появится роса. Температура пластины в момент выпадения росы является точкой росы выходящего из установки воздуха. Схема прибора показана на рис. 24.
При разгерметизации трансформатора температура активной части его должна быть не ниже -|-10 ° С, причем при полной разгерметизации температура активной части должна превышать температуру росы окружающей среды
Рис. 24 Прибор для измерения точки росы воздуха:
/ — штуцер для ввода испытуемого воздуха (газа); 2— смотровое окно (стекло); 3—полированная пластина; 4 — штуцер для подачи сжатого углекислого газа; 5 — латунный цилиндр; 6 — корпус; 7 — отверстие для выхода углекислого газа; 8 — термометр; 9 ацетон; 10— отверстие для выхода испытуемого воздуха (газа)
не менее чем на 10 ° С и при частичной — не менее чем на 5° С. Открывать заглушки трансформатора нельзя, если относительная влажность окружающей среды будет больше 85%.
ТРАНСФОРМАТОРНОЕ МАСЛО
Трансформаторное масло, служащее в трансформаторах как теплоотводяшая среда и составная часть изоляции, изготовляется из нефти. В промышленных масштабах добыча нефти началась в XIX веке и за каждые десять лет мировая добыча нефти увеличивалась примерно в 2 раза [5].
Добыча нефти в России впервые началась в конце прош'лого столетия
Человечество стало использовать нефть более двух тысячелетий назад в строительстве, медицине. Позднее нефть стала служить как топливо для освещения. Лучшей для светильников была легкая светлая нефть. Когда таких нефтей стало не хватать, началась перегонка нефти. В 60-х годах прошлого столетия отмечался быстрый рост предприятий по перегонке нефти.
В 1918 г. вся нефтяная промышленность была национализирована. К 1925 г. закончилось восстановление и в 1927 г. началось строительство новых заводов.
После войны были восстановлены разрушенные заводы, а в западных и северозападных районах СССР построены новые, более мощные заводы, на которых освоена новая технология переработки сернистых, высокосмолистых и парафинистых нефтей. Нефть стали использовать как сырье для получения синтетического спирта, искусственных волокон, синтетического каучука, минеральных удобрений. Объем промышленного производства превышает довоенный уровень Продукция нефтеперерабатывающей промышленности СССР экспортируется более чем в 55 стран [5].
По физическим и химическим свойствам нефти различных месторождений, а иногда различных скважин одного месторождения значительно отличаются друг от друга. Поэтому классификация нефти по свойствам имеет существенное значение при определении оптимального варианта технологии ее переработки. В Советском Союзе с 1967 г. действует технологическая классификация. Нефти разделяются на классы по содержанию серы в нефти, бензине, реактивном и дизельном топливе; на типы по выход) фракций до 350° С; на группы по потенциальному содержанию базовых масел; на виды по содержанию парафина (парафин- -твердые углеводороды) I класс — нефти малосернистые, содержат не более 0,5% серы; II класс — нефти сернистые, содержат 0,51 -2% серы и III класс — нефти высокосернистые, содержат более 2% серы. По выходу светлых фракций, перегоняющихся до 350е С, нефти делятся на три типа: Т,, Т2, Тз; по содержанию масел — на четыре группы: М,. М2, М3, М4; в зависимости от индекса вязкости (индекс вязкости - показатель, характеризующий вязкость масел в зависимости от их температуры) — на две подгруппы: И; и И2. Нефть с содержанием не более 1 5% парафина, из которой можно без депарафинизации получить реактивное и зимнее дизельное топливо с пределами перегонки 240—350° С и с температурой застывания не выше —45” С и также базовые масла относят к малопарафинистой (вид П1). Если из нефти нельзя получить какой либо из указанных выше продуктов без депарафинизации, то такую нефть относят к парафинистой (вид П2). Масла из парафинистых нефтей можно получить только после депарафинизации. Высокопарафинистые нефти содержат более 6% парафина (вид Пз); они не могут служить сырьем для получения масел
Трансформаторные масла изготовляют из фракций нефти, выкипающей при 300- 400' С при атмосферном давлении и состоят в основном из смеси нафтеновых, парафиновых и ароматических углеводородов (соединения только из углерода и водорода).
Нафтены — насыщенные углеводороды (насыщенными, или предельными, называются углеводороды, которые не содержат в своей молекуле двойных связей; все атомы соединены друг с другом за счет одной валентности каждого из них), имеющие в своей молекуле одно или большее число колец. Кольцевым называется строение углеводородной молекулы,
при котором атомы углерода соединены между собой в виде замкнутого контура, образуя кольцо. В зависимости от числа углеродных атомов различают кольца трехчленные, четырехчленные и т. д. В зависимости от числа колец в молекуле нафтены бывают моноциклические, бициклические и т д Масляные фракции некоторых нефтей содержат более 70% нафтенов. Масляные фракции нефтей, менее качественных в отношении производства масел, содержат обычно 30—40% нафтеновых углеводородов. Нафтены хорошие диэлектрики с низким и стабильным значением tg6. В химическом отношении нафтены неустойчивы они легко окисляются кислородом воздуха, причем электрическое поле, присутствие металла и нагрев в значительной мере ускоряют этот процесс.
Парафины — предельные углеводороды, имеющие малую химическую активность. По кристаллической структуре они делятся на парафины и церезины. При одинаковой температуре плавления с парафинами церезины имеют большую молекулярную массу, плотность, вязкость и темпера туру кипения. В своей кристаллической решетке церезины прочно удерживают жидкую фазу. Парафины хорошие диэлектрики, но получить трансформаторное масло с достаточно низкой температурой застывания из нефтей, содержащих более 1,5% парафина, нельзя Необходимо путем депарафинизации удалить избыток парафина.
Ароматические углеводороды непредельные углеводороды циклического строения характеризуются наличием в молекуле кольчатой группы из шести углеродных атомов (бензольное ядро). Простейший представитель этого ряда бензол СеНб. Ароматические углеводороды обнару жены во всех нефтях. Количество их в масляных фракциях различных нефтей различно. Богатые нафтеновыми углеводородами масляные фракции содержат меньше ароматических углеводородов, чем масляные фракции с меньшим количеством нафтенов.
В нефтях ароматическим углеводородам, как правило, сопутствуют сернистые соединения и смешанные нафтеноароматические соединения. Отделить ароматические соединения от сернистых при разделении нефтяных фракций на силикагеле не удается. Удалить сернистые соединения на силикагеле можно, если предварительно перевести их в кислородные. Это объясняется тем, что соединения содержащие кислород, имеют более высокое значение диэлектрической постоянной, чем соответствующие им по строению сернистые соединения Например, для амилмеркаптана (C5H4S) е=4,7, а для амилового спирта (С5Н1ОН) е=15,8.
Ароматические углеводороды из всех углеводородов, входящих в масло, обладают наибольшей стабильностью к окислению и передают эти свойства трансформаторному маслу. Но тяжелая полициклическая (содержащая много циклов - колец) ароматика ухудшает диэлектрические свойства, увеличивает гигроскопичность и при старении масел в процессе эксплуатации вызывает выпадение обильных осадков. Ароматические углеводороды масляных нефтей имеют меньше колец и более длинные боковые цепи, чем ароматика тяжелых нефтей. От строения боковых цепей зависят такие свойства, как вязкость и стабильность окисления
В масляных фракциях кроме парафинов твердыми являются нафте новые и ароматические углеводороды с длинными боковыми цепями нормального строения.
В нефтях содержатся в основном следующие сернистые соединения: меркаптаны — общая формула R — SH, где R — радикал парафинового углеводорода (например, CH,. СН2—SH — этилмеркаптан), сульфиды — соединения, которые образуются при замещении в молекуле меркаптана атома водорода сульфидной группы углеводородным радикалом (например, СНз- S—СНз— диметилсульфид). Сульфиды и меркаптаны имеют резкий неприятный запах. При нагревании они разлагаются с выделением сероводорода С галоидами, мочевиной и солями металлов они образуют комплексные соединения —дисульфиды общей формулой R—S—S—R, например диметилдису тьфид СНз—S—S—СНз. триофе ны — циклические соединения, содержащие в пятичленном цикле атом серы.
Масло не должно содержать активной серы (сероводород, меркаптаны, коллоидная сера), которая может вступать в реакцию с металлами. Допускается содержание в небольшом количестве сульфидов, которые могут служить естественными антиокислителями. Содержание сульфидов более 0,5% (в пересчете на серу) увеличивает осадкообразование при старении масел.
К кислородсодержащим веществам нефтей относятся асфальто-смолистые вещества и нафтеновые кислоты. Асфальто-смолистые вещества делятся на: 1) нейтральные смолы, полностью растворяющиеся в петро- лейном эфире и нафтеновых фракциях. Нейтральные смолы имеют жидкую или полужидкую консистенцию, плотность их около 1, 2) асфальтены твердые - неплавящиеся, хрупкие вещества, растворяются в бензоле, в петролейном эфире нерастворимы, имеют плотность больше 1; 3) карбены — вещества, по внешнему виду похожи на асфальтены, но в бензоле не растворяются, растворимы в сероуглероде [3]. В свежих трансформаторных маслах содержатся только нейтральные смолы в количестве, не превышающем 1%. Смолы имеют интенсивную темно красную окраску и придают цвет трансформаторному маслу. Масла, из которых полностью удалены смолы, бесцветны.
Нейтральные смолы легко окисляются даже при комнатной температуре, особенно на свету. В состав смол входят нафтеновые и ароматические циклы, сера, кислород и азот. В небольших количествах смолы могут быть естественными окислителями. Однако наличие их в трансформаторном масле нежелательно Смолы являются полярными соединениями и поэтому снижают диэлектрические свойства (увеличивают tg6) трансформаторных масел. В процессе эксплуатации в маслах образуются продукты окисления, по составу близкие к асфальтенам и карбенам.
Нафтеновые кислоты имеют нафтеновое ядро, кислые свойства им придает карбоксильная группа СООН. С щелочами и тяжелыми металлами нафтеновые кис поты образуют соли, которые, кроме щелочных, в воде нерастворимы. Наиболее богаты нафтеновыми кислотами бакинские
нефти. Восточные сернистые нефти почти не содержат нафтеновых кислот. Содержащиеся в трансформаторном масле нафтеновые кислоты имеют молекулярную массу 270—290.
Физическое состояние компонентов масла. Нафтеновые, ароматические и нафтеноароматические углеводороды находятся в масле в состоянии молекулярного раствора. Твердые при обычной температуре ароматические, нафтеноароматические углеводороды, смолы и парафины при повышении температуры могут раствориться в масле, но при пони жении температуры опять выделиться в виде твердой фазы. Таким образом, при разных температурах физическое состояние компонентов масла различно.
Асфальтены находятся в смолистых веществах в тонкодисперсном состоянии (диспергирование тонкое измельчение твердых или жидких тел в окружающей среде). В парафиновых и нафтеновых углеводородах асфальтены не растворяются и не набухают. В растворителях асфальтены выпадают в осадок Происходит коагуляция асфальтенов (коагуляция - слипание частиц в дисперсных системах с образованием более крупных частиц, что приводит к выпадению осадка). Метод определения осадка при определении общей стабильности против окисления основан на этом свойстве асфальтенов.
Производство трансформаторных масел. Для производства трансфор маторных масел используются дистилляты нефти, выкипающие при атмосферном давлении при температурах 300—400° С. При очистке из масляных дистиллятов удаляются вещества, которые снижают стабильность против окисления, ухудшают изоляционные свойства масел и уменьшают их подвижность при низких температурах. К таким веществам относятся: азотистые и часть сернистых соединений, асфальто-смолистые соединения, полициклические углеводороды с короткими боковыми цепями, твердые углеводороды (парафины и церезины), а также непредельные углеводороды. Непредельные ненасыщенные углеводороды содержат атомы углерода, связанные между собой двойными связями. В отличие от насыщенных углеводородов общей формулой СпН2„+2 непредельные углеводороды содержат меньше водорода (С„НЕ„) Непредельные углеводороды легко присоединяют молекулы водорода и других элементов, образуя насыщенные соединения.
В промышленности масляные дистилляты очищают от нежелательных компонентов следующими способами: сернокислотная очистка с последующей нейтрализацией щелочью заключается в обработке дистиллята серной кислотой (92—98%). В зависимости от химического состава дистиллята расход кислоты колеблется от 5 до 20%. Кислоту подают в несколько приемов без подогрева. После отстоя и слива кислого гудрона производят промывку натровой щелочью крепостью 2—2,5% при температуре 65—68° С до появления щелочной реакции. После отстоя и слива щелочных вод идет промывка слабым раствором щелочи (1.2—1,5%) и затем водой до получения требуемого техническими условиями значения натровой пробы. Готовое масло подвергается сушке горячим воздухом (75—85° С). Выход
готового масла составляет в среднем 85% дистиллята. Завершающей операцией является контактная обработка адсорбентами—отбеливающими глинами. Расход глины 0 5% (может быть увеличен до 5%) температура обработки 85’С.
Серной кислотой извлекают из дистиллята непредельные соединения, асфальто-смолистые вещества частью растворяются в кислоте, некоторая часть их уплотняется и осаждается, затем осадок этот удаляется с кислым гудроном. Серной кислотой извлекаются сернистые соединения только в незначительном количестве. Для изготовления трансформаторного масла из сернистых нефтей метод сернокислотной очистки оказался непригодным.
Нафтеновые кислоты растворяются серной кислотой. Полициклические ароматические углеводороды тоже в значительной степени удаляются ею. При обработке щелочью нейтрализуются остатки серной кислоты, нафтеновых кислот, фенолов, сульфокислот и эфиров серной кислоты.
С увеличением напряжения изготовляемых трансформаторов повышаются требования к качеству трансформаторного масла Особенно важное значение имеет снижение тангенса угла диэлектрических потерь, уменьшение гигроскопичности масла и повышение его газостойкости в коронном разряде Тангенс угла диэлектрических потерь снижают с по мощью обработки дистиллята адсорбентами. Уменьшить гигроскопичность масла и образование осадка в процессе эксплуатации можно более полным удалением из дистиллята ароматических углеводородов. Но именно ароматические углеводороды повышают газостоикость и стабильность масла против окисления. Чтобы удовлетворить этим противоречивым требованиям, прибегают к применению аитиокислительных присадок, повышающих газостоикость масла в электрическом поле.
Метод сернокиспотной очистки имеет два существенных недостатка, неполностью удаляются нафтено-ароматические углеводороды и сернистые соединения, а вместе с тем часть ценных составляющих масла уносится с кислым гудроном. Для сбора гудрона требуется специальная территория; дальнейшей обработке гудрон не подлежит, что удорожает производство масла Этих недостатков не имеет метод адсорбционной очистки масляных дистиллятов. В качестве адсорбента получил применение алюмосиликатный катализатор с размером гранул I—2 мм и диаметром пор от 25-10 10 до 30-10 10 м. По способности адсорбироваться на алюмосиликатном катализаторе углеводороды располагаются в следующем убывающем ряду: смолистые соединения, полициклические соединения, ароматические соединения, нафтены, парафины. Наиболее высокой обесцвечивающей способностью (лучше поглощает смолы) обладает алюмосиликатный катализатор содержащий 8—12% окиси алюминия. Процесс идет при атмосферном давлении. Вязкость обрабатываемого дистиллята при рабо чей температуре 35 -40° С не должна превышать (2—2,5) • 10" 4 м2/с Минимальная кратность, при которой происходит адсорбция смолистых соединений адсорбента к сырью, равна примерно 0,25:1 С увеличением высоты рабочего слоя адсорбента улучшается качество получаемого
масла. Оптимальная температура регенерации адсорбента 620 —660° С. При неполш ч выжигании смол может произойти частичная или даже полная блокировка поверхности адсорбента коксом. Трансформаторные масла адсорбентной очистки содержат не более 0,6% смолистых соедине ний при неглубокой очистке.
Смолистые соединения почти полностью отсутствуют при глубокой очистке. В маслах, полученных из тех же нефтей путем сернокислотной обработки, содержание смолистых веществ не снижается ниже 0,9%.
Селективная очистка. Метод основан на способности некоторых раст верителей растворять только часть соединений, входящих в состав масляных дистиплятов. В качестве такого избирательного растворителя промышленное применение получил фенол. По убывающей растворимости в феноле компоненты масляных дистиллятов располагаются в следующем ряду: смолы, сернистые и азотистые соединения, полициклические соединения, ароматические углеводороды, нафтены и парафиновые углеводороды. Очистка дистиллята производится в колоннах методом противотока. В верхней части колонны температура равна 50 - 55 С, в нижней 31 42° С Чтобы избежать кристаллизации фенола, температура плавления которого 40.9° С, в фенол добавляют до 10% воды. Очищенное масло характеризуется следующими величинами: вязкостью до 7 сСт при 50 е С (нефть 7,2—8 сСт); плотностью 0,84--0,85 отн. ед. (нефть 0,87— 0,88 отн. ед.); содержанием серы 0,4-0,6% (нефть 1,4—1,7). Но.твердые парафины остаются в масле и количество их в процентном отношении даже увеличивается за счет удаления нежелательных компонентов. Метод селек тивной очистки масляных дистиплятов разработан для изготовления трансформаторных масел из сернистых парафинистых нефтей. Масла, полученные из этих нефтей после фенольной очистки, имеют температуру застывания около 20° С при норме — 45° С Поэтому необходимо удалить парафин и часть жидких при положительных температурах углеводородов, которые при отрицательных температурах образуют кристаллическую струк туру, приводящую к потере подвижности масла. Процесс удаления указанных веществ называется депарафинизацией. Депарафинизация состоит из следующих операций. Сначала производится обработка растворителем (смесь 30% ацетона и 70% бензола или толуола). Ацетон не растворяет парафины и слабо растворяет другие компоненты масла. Бензол или толуол повышает растворяющую способность смеси. Эта смесь полностью растворяет жидкие компоненты и слабо растворяет парафины при низкой температуре. Расход растворите™ 100 -150% Обработка раст верителем ведется при температуре 50—70° С, на 25—30' С выше температуры помутнения необработанного масла. Затем производится отделение выделившейся при охлаждении твердой фазы центрифугами или вакуумными фильтрами Заключительной операцией является доочистка масла при добавлении 5% отбеливающих земель (зикеевская гумбрин, глухов- ская, балашевская). При этой операции удаляются следы растворителей и полярных примесей (смол и кислот), что улучшает диэлектрические свойства масел Выход депарафинированного масла составляет около 50%
дистиллята. Полученные путем фенольной очистки масла не стабильны против окисления кислородом. Поэтому в них необходимо добавить не менее 0,2% эффективной антиокислительной присадки ионол (2,6-дитретич ный-бутил-4-метилфенол). Хорошими в отношении восприимчивости к присадкам являются масла, содержащие не более 0,4 0,6% серы. Следовательно восприимчивость масел к действию антиокислительной при садки определяется глубиной очистки дистиллята.
В процессе эксплуатации старение трансформаторного масла проявляется в основном как окисление его составляющих. В начальный (индукционный) период окисления видимых изменений в масле не наблюдается. Затем начинается рост кислотного числа. Следующим этапом при кислотном числе, большем 0,2—0,3 мг КОН на 1 г масла, является образование осадков, нерастворимых в масле. Чтобы замедлить процесс окисления, в масла добавляются антиокислительные присадки. В Со ветском Союзе широкое промышленное применение получил 2,6-дитретич- ный-бутил-4-метилфенол (фирменные названия ионол, топонол-0 и др.) и дибутилпаракрезол (ДБК) Главным преимуществом ионола является то, что он почти полностью предупреждает образование осадка в хорошо очищенных маслах. Кроме того, отработанные масла можно регенерировать почти всеми применяемыми для этого способами, так как ионол не растворяется в воде и щелочах, не извлекается адсорбентами и может быть удален только при сернокислотной очистке. Ионол в отличие от большинства присадок эффективно задерживает окисление масла даже при облучении его ультрафиолетовыми лучами Поэтому масло, содержащее ионол, может использоваться в маслонаполненных вводах со стеклянными расширителями Кроме того, ионол не снижает газостойкости масел в электрическом поле [3].
В настоящее время все трансформаторные масла, применяющиеся для заливки мощных силовых трансформаторов, содержат антиокислитель- ную присадку. Так. трансформаторные масла марки Т 750 по ГОСТ 982—80 содержат не менее 0,3% антиокислительной присадки 2,6-дитре- тичный бутилпаракрезол; марки Т-1500 не менее 0,4% той же присадки. По ГОСТ 10121 76 не менее 0,2% присадки 2,6-дитретичный бутилпаракрезол. По ТУ 38-101-169-71 (АТМ-65 арктическое) не менее 0.5% ДБК, по ТУ 38-101-281-75 (масло адсорбционной очистки) — не менее 0,2% ДБК.
Под действием электрического поля скорость окислительной реакции увеличивается, частицы осадка укрупняются, воды образуется в 4 5 раз больше, чем при тех же условиях, но без воздействия электрического поля [3].
Требования к трансформаторному маслу и область их применения приводятся в табл. 3 [4].
Основным показателем, характеризующим трансформаторное масло как диэлектрик, является электрическая прочность, кВ/см, и тангенс угла диэлектрических потерь, %. Напряжение, при котором происходит пробой трансформаторного масла в стандартном разряднике, называется
пробивным напряжением и выражается в киловольтах. Независимо от химического состава чистое сухое трансформаторное масло имеет высокую электрическую прочность (более 60 кВ в стандартном разряднике).
Из-за значительной разницы в размерах молекул воды и углеводородов, составляющих трансформаторное масло, растворимость в нем воды мала. Этому способствует то, что молекулы волы имеют значительно больший дипольный момент, чем молекулы масла. Суммарное поле межмолекулярных сил, создаваемое молекулами этих двух типов, препятствует растворению воды в масле. Но несмотря на это, масло способно растворять воду не только при непосредственном соприкосновении но и поглощать ее из окружающей среды. При одинаковых условиях гигроскопичность масла зависит от химического состава и возрастает, как уже указывалось выше, с повышением содержания в них ароматиче ских углеводородов. Присутствие в маслах полярных примесей (спиртов, кислот, мыл и т. п.) тоже повышает гигроскопичность масел, при этом нарушается линейная зависимость помещающей способности масел от влажности окружающей среды
Для получения сравнимых результатов пробивное напряжение определяют переменным напряжением при частоте 50 Гц и расстоянии между электродами 2,5 мм. Температурная зависимость электрической прочности трансформаторного масла при частоте переменного тока 50 Гц имеет сложный характер Большинство исследователей отмечают рост электрической прочности при положительной и отрицательной гемперату рах. Максимум лежит в интервале -)-6О-5-+80° С, минимум около +5° С При повышении температуры вода из эмульсионного состояния частично переходит в растворенное в результате чего электрическая прочность масла повышается. При более значительном повышении температуры начинается испарение воды и некоторых компонентов масла, что приводит к понижению электрической прочности. При снижении температуры до -j-5° С почти вся находящаяся в масле вода переходит в эмульсионное состояние, поэтому электрическая прочность имеет в этой точке минимальное значение. При дальнейшем снижении температуры вода вымерза ет и электрическая прочность повышается. Для абсолютно сухого масла максимум пробивного напряжения при повышении температуры отсутствует. Но практически чистое сухое трансформаторное масло всегда содержит некоторое количество воды и газа, поэтому для него характерна указанная выше температурная зависимость значения пробивного напряжения. В ре 1конеоднородном электрическом поле с ростом температуры наблюдается небольшое снижение пробивного напряжения. Так при повышении температуры с 20 до 90° С пробивное напряжение падает примерно на 10%. В однородном поле наблюдается рост пробивного напряжения, доходящий до 60% при повышении температуры от 20 до 60° С. При дальнейшем повышении температуры пробивное напряжение начинает падать. Но даже при максимально допустимой рабочей температуре в трансформаторе масло будет иметь пробивное напряжение примерно на 30% больше чем при 20° С.
Особенности температурной зависимости пробивного напряжения следует учитывать при оценке работы масляной изоляции.
Процессы удаления влаги из масла и поглощения ее маслом проте кают с определенной скоростью и зависят от толщины слоя масла, площади поверхности соприкосновения масла с водой или воздухом, соотношения упругости паров масла и окружающей среды и температуры. На рис 25 показана способность масла поглощать воду в зависимости от влажности окружающего воздуха [3].
Следует отметить, что предохранить твердую изоляцию от увлажнения можно только при полной герметизации трансформатора. Трансформаторное масло в значительной мере замедляет, но не исключает этот процесс, так как само масло гигроскопично.
а 5 а tа 5 а tЭлектрическая прочность не является постоянной величиной, характеризующей свойства масла, а зависит от ряда факторов, поэтому в технических условиях на трансформаторное масло она не нормируется.
а 5 а t
а 5 а t
Рис. 25. Растворимость воды в транс- 31 форматорных маслах при различных значениях относительной влажности воздуха
В жидком диэлектрике диэлектрические потери могут вызываться проводимостью и дипольными потерями.
Снизить tg б трансформаторного масла можно путем адсорбционной очистки силикагелем, окисью алюминия и лучше всего отбеливающими землями.
Причины, приводящие к повышению tg 6 в трансформаторном масле и в твердой изоляции трансформатора, различны Так, например, кислоты, перекиси, адсорбированные на твердой изоляции, являются основной причиной повышения tg б. Эти же вещества, растворенные в масле в концентрации, не выше предельной (0,5%), практически не влияют на tg 6. Вместе с тем коллоидные вещества, которые являются основной причиной повышения проводимости трансформаторного масла, а следовательно, и увеличения tg 6 мало влияют на tg б твердой изоляции трансформатора.
Потери тепла, вызываемые высокой проводимостью масла, малы по сравнению с общими тепловыми потерями в трансформаторе. Однако этим значением нельзя совсем пренебрегать, так как в трансформаторе есть места, где напряженность электрического поля повышена, а масло циркулирует плохо. Здесь может произойти повышение
температуры, что приведет к ускорению процесса старения как жидкой, так и твердой изоляции трансформатора. Образующиеся при этом продукты старения масла вызывают дальнейшее повышение tg 6 масла и твердой изоляции. Эти процессы ведут к местным перегревам и в конечном итоге могут быть причиной пробоя.
Для заводов-изготовителей трансформаторного масла tg 6 является основным показателем, хараюеризующим масло как электроизоляционный материал. При монтаже трансформаторов неоднократно имели место случаи, когда на основании ухудшения характеристик изоляции трансформаторов по сравнению с заводскими данными делались ошибочные заключения об увлажнении изоляции. Работа, проведенная ВНИИЭ, показала, что в 35% случаев ухудшение характеристик изоляции трансформаторов на монтаже было вызвано не увлажнением, а тем что tg б масла, залитого в трансформатор при монтаже, превышал tg б масла, применяемого на заводе. Была выведена зависимость между tg 6 масла и характеристиками изоляции трансформатора. В настоящее время формула зависимости внесена в «Нормы испытания электрооборудования» [4].
Растворимость газов в трансформаторном масле. При нормальных условиях трансформаторное масло может растворить довольно большое количество воздуха (10% объема масла). Растворимость газа в масле характеризуется коэффициентом абсорбции (объем газа в единице объема масла при нормальных условиях) или коэффициентом растворимости, выраженным в объемных процентах.
Растворимость в трансформаторном масле водорода и азота с повышением температуры от 4-20 до 4-80° С растет, кислорода — несколько снижается, углекислого газа — снижается значительно. При растворении в трансформаторном масле воздуха соотношение газов, составляющих воздух, меняется. Так, воздух содержит 78% азота и 21% кислорода (проценты объемные), растворенный же в масле воздух содержит 69,8% азота и 30,2% кислорода. Газы отличаются друг от друга по способности растворяться в трансформаторном масле:
Газ Н2N2СОАгО.СН.
Растворимость. %об78,69151630
При температуре от 20 до 100° С растворимость газов в трансформаторном масле является линейной функцией температуры и пропорциональна внешнему давлению [3]. Растворимость газов увеличивается на 0,12% при каждом повышении температуры масла на 10° С. Значительное вли-
Температура, °CТемпература, °CРис. 27. Растворимость воздуха в трансформаторном масле при различных давленияхРис. 27. Растворимость воздуха в трансформаторном масле при различных давлениях
Температура, °C
Температура, °C
Рис. 27. Растворимость воздуха в трансформаторном масле при различных давлениях
Рис. 27. Растворимость воздуха в трансформаторном масле при различных давлениях
Рис. 26. Зависимость растворимости газов в трансформаторном масле от температуры / воздух; 2— азот
яние на растворимость газов оказывает вязкость масла. В вязких маслах растворимость газа меньше, чем в менее вязких. Диффузия газов в неподвижном масле идет довольно медленно. Значительно быстрее распространяется газ по всему объему масла при принудительной циркуляции. В значительной степени на растворимость газов в масле влияет механическая вибрация. С увеличением интенсивности вибрации способность газов растворяться в масле уменьшается. Если это происходит в работающих трансформаторах, то масло становится перенасыщенным, что приводит к выделению газа Этим объясняются некоторые случаи выделения газа из масла во время работы трансформатора [9].
Чем меньше остаточное давление газа над маслом, тем медленнее идет процесс его растворения в масле. Кроме того, скорость насыщения масла газом зависит от площади поверхности соприкосновения масла и газа и высоты столба масла. Обратный процесс, т. е. скорость выделения газа из масла, тоже находится в зависимости от этих величин.
Температурные и вязкостные свойства трансформаторного масла. Во время работы трансформатор нагревается вследствие потерь электроэнергии в сердечнике и в обмотках. Способность масла отводить это тепло зависит от теплоемкости, теплопроводности и вязкости масла.
Теплоотводяшие свойства трансформаторного масла
Характеристика мас.паЧисловые значения
Теплопроводность при 20 -90° С,
Вт/(см-К)0.0015—0,0021
Теплоемкость, кДж/(кг-К)(1.6 2,4)-Ю4
Температурный коэффициент расшире
ния а, ° С 1....0,00063—0,0007
H-S1W
Чем меньше вязкость масла, тем больше его подвижность и, следовательно, тем быстрее будет происходить отвод тепла от обмоток трансформатора. Масло, заливаемое в масляные выключатели, также должно быть как можно более подвижным. Если вязкость масла будет велика, то при размыкании контактов горение дуги затянется. Такое нарушение работы может привести к аварии.
Когда жидкость течет, молекулы ее трутся друг о друга Это трение создает сопротивление перемещению жидкости, которое называется вязкостью жидкости. Различают три вида вязкости:
динамическая вязкость (абсолютная вязкость) выражается в ньютонах (Н). Определение динамической вязкости производят для научно- исследовательских работ;
кинематическая вязкость, или удельный коэффициент внутреннего трения, отношение динамической вязкости при данной температуре к плотности. Единица кинематической вязкости 10 4 см^/с. Кинематическая вязкость определяется при расчетах маслопроводов, насосов, трения подшипников и вместе с условной вязкостью принята для характеристики вязкости трансформаторных масел;
условная вязкость (размерности не имеет)—отношение времени истечения масла (200 мл) из вискозиметра типа ВУ при температуре испытания ко времени истечения такого же объема воды (дистиллированной) при температуре 20° С.
Для нормальной работы маслонаполненного оборудования в условиях низких температур важно, чтобы кривая, характеризующая зависимость вязкости масла от температуры, была возможно более пологой. При положительных температурах температурный градиент вязкости (отношение изменения вязкости при переходе от одной температуры к другой к разности этих температур) для различных масел не превышает I • 10 4м2/с-°С. При отрицательных температурах он имеет следующую зависимость:
Перепад температур, °CГрадиент вязкости,
10 V/c-°С
—204- -3060—70
-30ч-—4090-370
—404—50800—6000
504—605000 и выше
Резкое повышение вязкости масла при температуре, близкой к тем пературе застывания, связано с аномалией вязкости, которая вызывается тем, что при низкой температуре из масла начинает выделяться в виде твердой фазы часть углеводородов. Аномалия вязкости обычно наблюдается при температуре на 3 -5° С выше температуры застывания масла. Вязкость масла при низкой температуре определяет работоспособность масляных выключателей и устройств для переключения трансформаторов под нагрузкой.
Принятый в технических условиях показатель- температура застывания масла — только ориентировочно характеризует подвижность масла при минусовых температурах. Температурой застывания масла называется
температура, при которой испытуемое масло в условиях опыта загустевает настолько, что при наклоне пробирки с маслом под углом 45° уровень масла остается неподвижным в течение 1 мин.
При работе трансформатора по мере испарения из масла более легких фракций вязкость медленно увеличивается и повышается темпе ратура вспышки масла пропорционально времени эксплуатации. Температурой вспышки называется температура, при которой пары масла, нагреваемого в закрытом тигле, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Примеси легких фракций нефти резко снижают температуру вспышки масла Например, примесь 0,5% бензина снижает температуру вспышки масла со 180 до 80° С. Для того чтобы обезопасить работу в пожарном отношении, трансформаторное масло должно иметь температуру вспышки не ниже 135е С. Если трансформаторное масло имеет температуру вспышки ниже нормируемой в технических условиях, то это указывает на неправильный разгон нефти, т. е. производственный брак, или, что значительно чаще, на загрязнение масла бензином или керосином. Кроме того, понижение температуры вспышки может быть вызвано разложением масла при аварии трансформаторов, когда возникают очень высокие температуры.
Во время монтажа трансформаторов необходимо следить за изменением температуры вспышки в процессе обработки масла. При падении температуры вспышки на 5° С и больше по сравнению с исходным значением масло нельзя допускать к эксплуатации. Следует найти и устранить причину, вызывающую понижение температуры вспышки. Если снижение температуры вспышки будет составлять ! -2° С, то этот показатель можно восстановить путем обработки масла под возможно более глубоким вакуумом при температуре 50 -60° С Для этой цели могут быть применены центрифуги с вакуумным устройством или установки дегазации масла, при применении которых остаточное давление может составлять 133—266 Па (1-2 мм рт. ст.). Не следует путать температуру вспышки с температурой воспламенения масла. Температурой воспламенения называется температура, при которой масло, нагреваемое в открытом тигле со скоростью 4° С/мин, загорается при поднесении к нему открытого пламени и продолжает гореть не менее 5 с. Температура воспламенения всегда значитепьно выше (на несколько десятков градусов) температуры вспышки.
Кислотное число и реакция водной вытяжки. 11осле очистки масляных дистиллятов в масле всегда остается незначительное количество органических кислот, что обусловливает начальную кислотность трансформаторного масла. Количество кислот в масле выражается кислотным чис лом и определяется количеством едкого калия (мг), необходимым для нейтрализации кислот, содержащихся в 1 г масла. Помимо определения общей кислотности необходимо проверить масло на наличие в нем наиболее активных низкомолекулярных кислот. Из-за большой агрессивности низкомолекулярных кислот наличие их в масле не допускается. Низкомолекулярные кислоты растворяются в воде, поэтому определения
производят в водной вытяжке масла (реакция водной вытяжки). В маслах кислотно-щелочной очистки вследствие гидролиза мыл или из-за недостаточно тщательной отмывки может оказаться щелочь, кроме того, возможны и загрязнения, поэтому водную вытяжку из масла проверяют и на наличие в ней щелочи.
Количество кислот в масле при эксплуатации постепенно растет. Чем медленнее идет процесс, тем стабильнее масло. Стабильность масла характеризует способность масла противостоять окислительному воздействию кислорода воздуха при повышенной температуре. Стабильность масла по методу ВТИ определяется: 1) содержанием в масле водорастворимых кислот (летучих и нелетучих) после окисления масла в легких условиях, отвечающих начальной стадии окисления (температура 120° С, время окисления 6 ч при прохождении через масло воздуха со скоростью 50 мл/мин), 2) кислотным числом и количеством осадка в масле после искусственного глубокого старения (общая стабильность).
При определении общей стабильности создаются более тяжелые условия окисления (14 ч при 120° С, причем через масло пропускают кислород со скоростью 200 мл/мин)
Натровая проба определяет степень очистки трансформаторного масла Метод основан на воздействии раствора едкого натра на масло при подогреве, последующем отделении щелочной вытяжки и подкисления ее соляной кислотой. Величина натровой пробы связана со значением tg 6. Чем лучше очищено масло, тем выше его диэлектрические свойства. Малому значению натровой пробы (не более 1 балла) соответствует и низкое значение tg6.
Коррозийные свойства трансформаторного масла. Коррозия металлов приводит в первую очередь к образованию мыл, которые ускоряют процесс окисления масла и повышают диэлектрические потери. Из металлов, применяемых в трансформаторостроении (углеродистая и кремнистая стали, медь, алюминий, бронза, оловянно-свинцовые сплавы), наиболее сильно подвергается коррозии в масле медь. Наличие в масле воды увеличивает коррозионные свойства. В трансформаторных маслах, имеющих повышенную способность к коррозии, наблюдается высокий tg 6.
Между содержанием серы в трансформаторных маслах и коррозионной активностью определенной зависимости не установлено. Механизм коррозии, вызванной сернистыми соединениями, представляется так: сернистые соединения образуют с металлами комплекс в виде тончайшей пленки на поверхности металла, что временно предохраняет его от дальнейшего разрушения. Постепенно эта пленка под действием продуктов окисления масла и температуры разрушается и смывается. Снизить коррозию можно путем покрытия поверхности металла защитной пленкой. Для этой цели в трансформаторах применяются специальные лаки.
Необходимо четко усвоить основные свойства и характеристики транс форматорного масла, тогда будет ясен смысл анализа и обеспечен правильный подход к выбору технологического оборудования для обработки
масла. Это в конечном итоге обеспечит быструю обработку трансформаторного масла на объектах монтажа.
Трансформаторные масла различных марок следует хранить раздельно, не смешивая их. Если возникает необходимость смешать трансформаторные масла разных марок, то необходимо учесть область применения смеси (табл. 2). Смесь масел, предназначенных для разных классов напряжения, можно заливать только в оборудование, имеющее низшее напряжение. Нельзя смешивать масло марки АТМ-65 с маслами других марок. Можно производить смешивание масел: а) по ГОСТ 982— 56 и МРТУ-1-178—65 (сняты с производства, но могут еще находиться в эксплуатации), не содержащих присадок, в любых соотношениях, без проверки стабильности смеси; б) по ГОСТ 982- 68 марки ТКп, ГОСТ 10121—76, ТУ 38-101-281-75. марки Т-750, содержащих антиокислительную присадку ДБК в любых соотношениях без проверки стабильности смеси; в) масло марки Т-1500 в случае применения его в оборудовании на напряжении 750 кВ и ниже с маслами марки Т 750 или ТКп в любых соотношениях без проверки стабильности смеси; г) по ГОСТ 982—56 и МРТУ 38-1-178—65, не содержащих антиокисли- тельной присадки, с маслами по ГОСТ 982-80 марки ТКп, ГОСТ 10121 — 76, ТУ 382-101-281- 75, содержащими присадку, без проверки стабильности смеси, если содержание в смеси масла без присадки будет не более 15% (но если необходимо получить смесь в количестве 50 т и больше, то стабильность смеси должна обязательно проверяться)
Смешивание масел, не содержащих присадку, с маслами, содержащими присадку, можно производить в любых соотношениях при условии, что в смесь будет введена присадка в количестве, необходимом на все входящее в смесь масло, не имеющее присадку.
Если в смесь входит масло по ГОСТ 10121—76 I категории качества, то такая смесь может применяться только в оборудовании напряжением до 220 кВ включительно [4].
ЗАЩИТА ИЗОЛЯЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Так как время работы трансформатора определяется временем работы его изоляции, то необходимо принимать меры для обеспечения возможно большего срока службы изоляции. Поэтому надо прежде всего уберечь изоляцию от увлажнения и окисления В первую очередь это относится к трансформаторному маслу, так как оно непосредственно соприкасается с воздухом и влагой в случае про- ч никновения их в трансформатор из окружающей среды. Для защиты масла служат: адсорбционные воздухоосуши- тели, изготовляемые на 5 и 2,5 кг силикагеля. Воздухо- осушители осушают воздух, поступающий в надмасляное « пространство расширителя трансформатора. При уменьшении нагрузки трансформатора снижается его температура и, следовательно, уменьшается объем масла, а объем над-
Таблица 2. Область применения и предельно допустимые значения
п*^п Показатели качества масла
ГОСТ 982—80 ТКп
ГОСТ 10121 76
1 я категория качества
С государствен ным знаком качества
Область применения
До 500 кВ
До 220 кВ
До 1500 кВ
Стадии проверки
до
после
до
после
ДО
после
1 Минимальное пробивное напряжение в стандартном масло пробойнике для тран сформаторов напряжением, кВ:
до 15 15—35 60—220 330—500 750
30
35
45
55
25
30
40
50
30
35
45
55
25
30
40
50
30
35
45
55
25
30
40
50
2 Тангенс угла диэлектрических потерь при напряженностях элект рического поля 1 кВ, % (не более) при:
20° С
70° С
90° С
0,2
1.5
2,6
0,3
2,0
0,2
2,0
0,3
2,5
0,5
0,7
3 Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
4 Содержание водорастворимых кислот и щелочей
Отсутствуют
5 Содержание механических примесей
Отсутствуют
6 Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °C, не ниже
135
135
150
150
150
150
* Для трансформаторов напряжением до 220 кВ. Для трансформаторов напряжением ров напряжением 750 кВ — не более 2%
** Для трансформаторов мощностью более 600 кВ-А и маслонаполненных вводов. Для в эксплуатационном масле должно быть не более 0,03 мг КОН на 1 г масла.
показателей качества трансформаторного масла
ТУ 38-101 281—75
ГОСТ 982—80
(Т-1500)
ГОСТ 982-80 (Т-750)
Масла всех марок при эксплуатации
до 500 кВ
до
500 кВ
до 750 кВ
до
после
ЛО
после
до
после
заливки
30
35
45
55
25
30
40
50
55
65
50
60
55
65
50
60
20
25
35
45
55
1
1,5
0,5
0,7
0,3
0,5
0,5
0,7
7 *
0,02
0,02
0,01
0,01
0,01
0,01
0,25
0,014** мг КОН
135
135
135
135
135
135
Снижение не более чем на 5° С по сравнению с предыдущим значением
330—500 кВ tg6 эксплуатационного масла должен быть не более 5%. Для трансформато- трансформаторов мощностью менее 630 кВ-А содержание водорастворимых кислот и щелочей
№ г,
п ?п Показатели качества масла
ГОСТ 982-80 ТКп
ГОСТ 10121—76
1 я категорияС госуларствен-
качествань™ знаком
качества
Область применения
До 500 кВ
До 220 кВ
До 1500 кВ
Стадии проверки
до
после
до
после
после
7 Температура застывания, °C, не выше (проверяется для мае ла трансформаторов, работающих в районах с холодным климатом)
-45
-45
-45
8 Общая стабильность окисления (ГОСТ 981-75):
количество осадка после окисления, %, не более кислотное число окисленного масла, мг КОН на 1 г масла, не более
0,01
0,1—
Отс.
0,1
—
Отс
0,25
9 Натровая проба, бал лы, не более
11
1
1
1
1
10 Влагосодержание, %, для трансформаторов, оборудованных
: воздухоосушителем азотной или пленочной защитой
0,0020,0025
0,0010,001
0,002
0,001
0,0025 0,001
0,001
0,001
0,002
0,001
11 Газосодержание, %, для трансформаторов, оборудованных азотной или пленочной защитой
0,10,1
0,1
0,1
0,1
0,1
*** Для трансформаторов, оборудованных пленочной защитой масла.
Перед определением tg6 проба масла дополнительно не обрабатывается. С I января могут оставаться масла, ранее изготовленные по ГОСТ 982—68 и ГОСТ 5.1710.72.
Продолжение табл. 2
ТУ 38-101-281—75
ГОСТ 982—80ГОСТ 982—80
(Т-1500)(Т-750)
Масла всех марок при эксплуатации
до 500 кВ
до 1500 кВ
до 750 кВ
до
после
до
после
до
после
заливки
-50
-45
—
—55
—
—
0,02
0,2
Отс.
0.05
Отс.
0,03
Не нормируется
1
1
—
—
1
1
Не нормируется
0,002
0,001
0,0025 0,001
0,002
0,001
0,0025 0,001
0,002 0,001
0,0025 0,001
0,002
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
1 ***
1981 г. ГОСТ 982 68 и ГОСТ 5.1710.72 заменены ГОСТ 982—80. но в эксплуатации еще
Рис. 28. Силикагелевый воздухоосушитель:
а установка воздухоосушителя; 5 - воздухоосушитель. / воздухоосушитель; 2 — патрубоквнутри расширителя; 3 - расширитель; 4 — трансформаторное масло; 5—индикаторный силикагель; 6 — патрон; 7 — силикагель КСК; 8 — затвор воздухоосушителя; 9 стекло для контроля масла в затворе; 10—трансформаторное масло; // — пробка для доливки масла в затвор; 12 путь движения воздуха через масляный затвор
масляного пространства в расширителе соответственно увеличивается, что влечет за собой снижение давления, и атмосферный воздух через фильтр поступает в расширитель. При увеличении нагрузки трансформатора происходит обратный процесс и часть воздуха из расширителя вытесняется в атмосферу. Силикагель в воздухоосушителе следует заменять, когда силикагель-индикатор изменит окраску с голубой на розовую, что указывает на увлажнение силикагеля. При замене силикагеля следует заменить масло в масляном затворе. Воздухоосушитель устанавливается на дыхательной трубке расширителя.
Схема осушителя показана на рис. 28. Воздухоосуши- тели заполняются силикагелем марки КСК (крупный силикагель крупнопористый) с размером зерен 2,7—7 мм (ГОСТ 3956—76), который пропитывается хлористым кальцием и высушивается до остаточного содержания влаги 0,5%. Индикаторный силикагель готовится из силикагеля марки КСМ по ГОСТ 8984—75 (крупный силикагель, мелкопо ристый), с размером зерен 1,5—3,5 мм. Силикагель пропитывают раствором хлористого кобальта и роданистого калия. Затем сушат, постепенно поднимая температуру до
Рис. 29. Фильтры непрерывной регенерации масла для трансформаторов с системой охлаждения типа ДЦ (а), Ц (б), Д и М (в):
1— патрубок; 2— пробка для выпуска воздуха; 3— подъемное ушко; 4 защитная сетка; 5— силикагель; 6— кран; 7— защитное устройство; 8— сливная пробка; 9- полуось; 10— распределительное устройство; 11 рама; 12 фиксирующий упор
120—420° С. Остаточное содержание влаги после сушки не должно превышать 0,5%.
Фильтры непрерывной регенерации масла заполняются силикагелем марки КСК по ГОСТ 3956—76 с размером зерен 2,7—7 мм. При протекании через слой силикагеля из масла удаляются продукты старения. В зависимости от системы охлаждения трансформатора устанавливаются фильтры следующих конструкций для трансформаторов с системой охлаждения Д и М (рис 29, в) фильтры работают за счет разности температур верхних и нижних слоев масла в работающем трансформаторе (термосифонный аффект) и носят название «термосифонные фильтры». Для трансформаторов с системой охлаждения ДЦ применяются адсорбционные фильтры, которые устанавливаются на каждый маслоохладитель (рис. 29, а). Часть подаваемого насо сом масла проходит через фильтр. Эти же фильтры можно применять для трансформаторов с системой охлаждения Ц. Для трансформаторов большой мощности применяются фильтры емкостью 325 кг (рис. 29, б). Перед монтажом фильтры необходимо разобрать, тщательно проверить все детали, очистить и промыть сухим маслом, после чего собрать фильтр в вертикальном (рабочем) положении и засыпать подготовленным силикагелем. Затем произвести от- пыление (удаление пыли) силикагеля путем промывки его сухим трансформаторным маслом.
Большой интерес представляет собой термоэлектрический осушитель для осушки газов в надмаслянном пространстве расширителя. Но только в последнее время разработана более простая конструкция такого осушителя для установки на расширителях мощных силовых трансформаторов. Принцип работы осушителя следующий: при прохождении рабочего тока через термобатарею на ее сплавах в зависимости от направления тока выделяется или поглощается тепло. В режиме охлаждения происходит вымораживание влаги из газа. Вследствие возникающей при этом разности давлений газа в охладителе и расширителе
происходит циркуляция газа через охладитель и постепенно влага вымерзает во всем объеме надмаслянного пространства.
С увеличением напряжения силовых трансформаторов повысились требования к их изоляции и возникла необходимость принятия к уже существующим дополнительных мер защиты трансформаторов.
Азотная защита заключается в том, что из трансформаторного масла, твердой изоляции и бака трансформатора удаляется воздух и заменяется инертным газом — азотом. Конструкция азотной защиты исключает возможность проникновения окружающего воздуха в трансформатор. С помощью эластичных резервуаров, заполненных азотом, обеспечивается наличие азота в надмаслянном пространстве все время работы трансформатора (рис. 30). Через осушитель резервуар с азотом соединяется с дыхательной трубкой расширителя. При снижении уровня масла в расширителе азот из эластичного резервуара идет в расширитель, при повышении уровня масла произойдет обратное, т. е. азот из расширителя пойдет в резервуар. Осушитель, по
Рис. 30.Рис. 30.мимо того что осушает поступающий в расширитель азот, в случае повреждения эластичных резервуаров некоторое время будет защищать изоляцию трансформатора от ув-
Рис. 30.
Рис. 30.
Принципиальная схема азотной защиты:
/ — предохранительная трубка; 2— стальной трубопровод; 3— расширитель; 4— резиновый шланг: 5 — осушитель азота; 6. 7, 10 — краны; 8 — эластичные емкости;
9 резиновый шланг
лажнения. Осушитель заполняется сухим силикагелем, степень увлажненности которого определяется по индикаторному силикагелю. Материалом для эластичных емкостей служит воздухонепроницаемая, маслостойкая прорезиненная ткань. Объем резервуара, который обеспечит компенсацию тепловых изменений объема трансформаторного мае ла и самого азота, определяется по формуле, м3,
|/=а1/мА7’м(1+Д7’вр),
где Ум — объем масла в трансформаторе, м3; а—коэффициент объемного расширения масла; Гм и Тв— возможный температурный перепад масла и воздуха во время работы трансформатора; р — коэффициент объемного расширения азота. Обычно резервуары изготовляются емкостью 6 м3, и в зависимости от количества масла в трансформаторе устанавливается один или два резервуара. Чтобы предохранить от воздействия солнечных лучей и атмосферных осадков, резервуары помещают в специальные шкафы. Во время подпитки резервуаров азотом следует перекрыть кран, соединяющий резервуар с расширителем, чтобы не повысить давление в трансформаторе.
В процесс монтажа трансформаторов с азотной защи той включаются: заливка трансформатора дегазированным маслом; подключение заполненных азотом резервуаров к трансформатору; азотирование масла в баке трансформатора. Перед дегазацией масло должно быть осушено до остаточного содержания влаги не более 0,001% и затем подвергнуто вакуумированию при остаточном давлении не выше 666,5 Па. Заливаемое в трансформатор дегазационной установкой масло может содержать воздуха не более 0,1% по объему [10]. Азотирование для предупреждения перенасыщения масла азотом надо производить при давлении, близком к атмосферному; избыточное давление не должно превышать 300 Па. Процесс азотирования можно ускорить с помощью искусственной циркуляции масла или применив дегазационную установку.
В зависимости от температуры растворимость азота в масле меняется, что необходимо учесть во время азотирования. Необходимое количество азота определяется по формулеv R
^аз^+^н,
где 1/аэ — объем азота, м3; VM — объем масла, м3; VH — объем надмаслянного пространства, м3; R — растворимость азота в масле при данной температуре.
Растворимость азота в трансформаторном масле приведена ниже:
Температура масла, 0 С О25 40 60 80
Содержание азота, % 88,6 8 85 9,1 9,5
Трансформатор доливают азотированным маслом. Рас ширитель можно использовать как емкость для азотирования масла. Кроме того, азотирование можно производить с помощью дегазационной установки.
За работой трансформаторов 417 МВ-А, 750 кВ, имеющих азотную защиту, вели наблюдения в течение 5 лет (табл. 3). За это время показатели масла оставались в пределах норм на свежее трансформаторное масло, причем значение tg 6 имело тенденцию к понижению. Это можно объяснить дополнительной очисткой масла от полярных примесей термосифонными фильтрами и частичной адсорбцией этих примесей твердой изоляцией трансформаторов. Значение влагосодержания колебалось от 0,0005 до 0,001%. Состав газа как растворенного в масле
Таблица 3
Марка масла, ГОСТ, ТУ
Время эксплуа- тапни.
Общая стабильность против окисления
По ГОСТ 9К1 55
По ГОСТ 981 -55 ^ГОСТ
Количе- осадка.
Кислотное чис конг
Количе-
осадка.
Кислотное чис- 'КОН^
Летучие кислоты, мг КОН за 6 ч
1
ТК ГОСТ 982- 68
12
0,05
0,33
—
43
0 04
0 25
11ет
0,05
Нет
60
0,08
0,38
0,01
0,10
0,021
2
ТК ГОСТ 982 68
12
0,07
0,28
43
0,05
0,25
Нет
0 04
Нет
60
0,07
0 36
0,01
0,07
0,012
3
ТК ГОСТ 982 68
12
0.04
0,24
-
—
43
0,014
0,2
Нет
0,02
Нет
60
0,06
0,22
Нет
0 02
0,008
4
Т-750, ТУ 38-1-2.39 69
12
Нет
0,01
43
Нет
0,01
Нет
0,01
Нет
60
Нет
0.02
Нет
0,01
Нет
5
Т 750, ТУ 38-1 239-69
12
Нет
0 01
43
Нет
0,02
Нет
0,01
Нет
60
Нет
0.02
Нет
0 01
Нет
так и в надмаслянном пространстве изменился незначительно.
Более совершенным методом защиты является пленочная. В этом случае эффект, который дает дегазация масла, полностью используется, что обеспечивает длительную стабильность свойств трансформаторного масла во время работы трансформатора. Кроме того, упрощается техно логия обработки масла, так как исключается процесс азотирования и облегчается работа эксплуатационного персонала во время работы трансформатора.
Принцип работы пленочной защиты заключается в следующем: из масла и твердой изоляции удаляется газ. Герметизация трансформатора осуществляется с помощью эластичной емкости, установленной в расширителе трансформатора. Таким образом, обеспечивается более надежная защита изоляции трансформатора, так как исключается не только возможность окисления и увлажнения масла, но в значительной мере уменьшается вероятность возникновения электрических разрядов, центрами развития которых, как правило, являются газовые включения. На трансформаторах с пленочной защитой, так же, как и на трансформаторах без нее устанавливаются фильтры непрерывной регенерации. На рис. 31 показана схема пленочной защиты трансформатора. Наружная поверхность эластичной емкости имеет те же размеры и форму, что и внутренняя поверхность расширителя. Воздух или азот поступает внутрь эластичной емкости через осушитель. Внутри расширителя эластичная емкость подвешивается на петлях. При увеличении объема масла в расширителе газ из емкости вытесняется в атмосферу или в емкость с азотом, а при уменьшении объема масла, наоборот, засасывается в эластичную емкость. Расширитель трансформатора с пленочной защитой имеет патрубки для соединения с трансформатором и для доливки масла, петли для крепления эластичной емкости, газосборочный коллектор и монтажные люки. Внутри эластичной емкости установлен рычаг стрелочного маслоуказателя для контроля за уров нем масла в расширителе. Газосборочный коллектор служит для выпуска воздуха из пространства между эластичной емкостью и расширителем во время монтажа. Во время эксплуатации коллектор с помощью реле, реагирующего на появление газа в нем, служит для контроля герметичности расширителя и эластичной емкости. В верхней части расширителя установлено реле поплавкового типа, которое должно подавать сигнал в случае повреждения эластичной емкости. Для более надежной гермети-
Рис. 31. Пленочная защита:
а расположение эластичной емкости в расширителе; 6 принципиальная схема работы трансформатора с пленочной защитой; / воздухоосушитель; 2— стрелочный маслоуказатель; 3 эластичная емкость; /— подсоединительный патрубок; 5 монтажный люк; 6— расширитель; 7— сборный коллектор; 8 рычаг маслоуказателя; 9— реле поплавкового типа; 10— кран для доливки масла; // реле газовое; 12— отсечный клапан
зации трансформатора с пленочной защитой вместо предохранительной трубы устанавливается предохранительный клапан.
До монтажа эластичную емкость надо хранить при температуре от —20 до 4-25" С в развернутом виде в месте, защищенном от попадания прямых солнечных лучей. Внутренняя поверхность расширителя должна быть чистой, без острых краев и заусенцев. Эластичную емкость заводят в расширитель и подвешивают на петлях за металлические кольца, установленные в патрубках. Заливаемое в трансформатор масло должно содержать влаги примерно 0,0008% и газа около 0,05% по объему. Конструкция расширителя и эластичной емкости не рассчитана на вакуум, поэтому заливка расширителя маслом производится без вакуумирования расширителя дегазационной установкой, причем насос дегазационной установки должен обеспечить подачу дегазированного масла в расширитель, преодолев перепад давления между остаточным давлением в установке и атмосферой. Чтобы удалить воздух из расширителя, его заполняют маслом до тех пор, пока масло не покажется в пробке реле. Затем масло сливают. По мере уменьшения объема масла в расширителе
Рис. 32 Кривые изменения концентрации влаги в масле и растворенного в ием воздуха в зависимости от времени эксплуатации трансформатора 417 МВХА, 500 кВ, оборудованного пленочной защитой:
/ — содержание влаги, % по массе; 2— содержание воздуха, % по объему
эластичная емкость опускается, плотно облегая внутреннюю поверхность расширителя. Заливка масла в трансформатор производится под вакуумом через промежуточную емкость. Заливка прекращается, когда масло появится в промежуточной емкости. Трансформатор соединяют с расширителем только после отключения вакуумного насоса. Во время эксплуатации необходимо следить за состоянием расширителя, эластичной емкости (не произошло ли на рушения герметичности) и за остаточным содержанием газа в трансформаторном масле. Причем если будет определяться не только количество газа, но и его состав, то это позволит определить повреждения, развивающиеся в изоляции значительно раньше, чем сработает газовое реле. На рис. 32 показаны кривые изменения концентра ции влаги и газа в трансформаторах с пленочной защитой [1]. Результаты анализа масла из трансформаторов с пленочной защитой приведены в табл. 4.
Таблица 4
№ транс-
Время экс-
1 [нет
Кислотное
Реакция
Пробивное
форма-
плуатации,
по шкале
число, мг
водной
напряжение.
тора
мес
От в аль да
кон/г
вытяжки
кВ
1
20
6
0 1
Слабокислая
42
2
10
6
0,08
Нейтральная
30
3
20
6
0,09
36
4
10
6
0,06
48
5
10
2
0,03
48
*6
10
5
0,07
31
Из приведенных данных видно, что часть трансформа торов была недостаточно герметична. Значительное потем- * нение масла (2—6) и увеличение кислотного числа (0,03— 0,1) указывают на окисление масла. Пленочная защита будет эффективна только при достаточно надежной герме-
тизации трансформатора и возможно полном удалении воздуха из масла и твердой изоляции. Последнее условие необходимо, так как если воздух и не будет поступать в трансформатор из атмосферы, процесс окисления масла может идти за счет растворенного в нем воздуха. Пленочная защита так же, как и азотная защищает трансформатор от проникновения в него атмосферных осадков, но не исключает образования влаги внутри трансформатора в процессе его работы. Эффективным методом под держания влагосодержания на уровне изготовленного трансформатора является циркуляция масла через осушитель, заполненный молекулярными ситами.
Работы ВНИИЭ [7] показали, что содержание влаги в образцах твердой изоляции (определение проводилось по методу Фишера), отобранных из различных мест одного и того же трансформатора, может отличаться в 1,5- 2 раза. Причем высокое пробивное напряжение масла и небольшое содержание в нем влаги еще не гарантируют низкого содержания влаги в твердой изоляции, так как твердая изоляция значительно гигроскопичнее масла. Например, при содержании влаги в масле 10—15 г/т (0,001—0,0025%) твердая изоляция может содержать 1.5—3% влаги С увеличением влаги в твердой изоляции более 3,5% напряжение возникновения частичных разрядов снижается на 20%. Кроме того, при снижении температуры влага в виде капель из твердой изоляции может перейти в масло, что приведет к снижению электрической прочности всей изоляционной конструкции и ее повреждению. ВНИИЭ в течение -десяти лет проводил наблюдения за характером повреждений крупных отечественных трансформаторов напряжением 220 500 кВ (табл 5).
Таблица 5
Причина повреждений
% общего числа повреждений
Повреждения изоляции ползущим разрядом *
31,8
Витковые и междукатушечные замыкания
22,7
Повреждения регуляторов напряжения
12,2
Повреждение магнитопровода и его конструктивных деталей (в том числе образование короткозамкнутых контуров)
109
Повреждения трансформаторов, связанные с повреждением вводов высокого напряжения
9,7
Повреждения при транспортировке
4,6
Пробой между отводами обмотки НН
2,1
Повреждения во время монтажа
2,1
Прочие
3,9
* Ползущий разряд разряд, связанный с возникновением ионизационных процессов.
Рис 33. Количество поврежденных трансформаторов 220 500 кВ (% общего количества повреждений за 12 лет) в зависимости от времени эксплуатации
Количество повреждений, вызванных нарушением электрической, термической и механической прочности, составляет: электрической 51,9%; термической 20,4%; механической 10,4%; прочие (в том числе повреждения вводов и трансформаторов при транспортировке, монтаже и пр.) 17,3%. Большее число повреждений произошло в течение первых двух лет (рис. 33). По данным зарубежной литературы, повреждения трансформаторов в течение первых двух лет эксплуатации происходят за счет дефектов изготовления, после 10 лет — за счет износа изоляции. По характеру проявления повреждения можно разделить на следующие: возникновение дуги или большого пробоя; маломощные искровые разряды; ионизационные частичные разряды; местные перегревы. Эти явления могут происходить с участием различных изоляционных материалов (масло, бумага, электрокартон, склеенная лаком бумага, дерево и пр). Поэтому выделяющиеся при разложении этих материалов газы существенно отличаются по своему составу. Хотя состав газов, определенный различными исследователями, не совсем совпадает, все же можно сделать следующие обобщения [7]. При возникновении дуги в масле, если твердая изоляция не затронута, газ имеет состав: водород 60 —80%; ацетилен 10—25%, метан 1,5— 3,5%; этан 1—2%. Практически отсутствуют углекислый газ и окись углерода. При возникновении дуги в маслобарьерной изоляции газ содержит большое количество водорода, ацетилена и до 15—20% по обьему окиси углерода. При частичных разрядах в масло-барьерной изоляции образуется газ, состоящий в основном из водорода в сопровождении метана, окиси углерода и углекислого газа. Как правило, ацетилен отсутствует. Тепловое разложение масла начинается при температуре около 400° С и по мере ее повышения увеличивается. При температуре
600° С газ состоит почти только из водорода и метана. В присутствии воздуха образуется также углекислый газ, который при повышении температуры вторично разлагается. Термическое разложение масло-барьерной изоляции начинается при температуре выше 500° С, при этом в основном выделяется углекислый газ и в меньшем количестве окись углерода и водород. При любом повреждении трансформатора будут выделяться метан, двуокись углерода и ацетилен, причем первые два газа могут являться продуктами естественного старения бумажно-масляной изоля ции и содержаться в масле нормально работающего трансформатора. Ацетилен же появляется в масле только под действием электрического разряда. Следовательно, если в масле появился ацетилен и повышенное по сравнению с маслом нормально работающих трансформаторов коли чество двуокиси углерода и метана, то это указывает на повреждение трансформатора. Отбраковка трансформаторов по этому признаку оправдала себя на практике. Определение растворенных в масле газов производилось хроматографическим методом. Этот метод позволяет определять в трансформаторах местные очаги нагрева (горячие точки), которые на такой стадии не могут быть определены обычными методами профилактических испытаний. Таким образом, повреждения трансформаторов малой интен сивности, когда выделяющиеся газы растворяются в масле и не попадают в газовое реле, можно обнаружить с помощью определения содержания газов в масле работающих трансформаторов [7]. К выделению газов приводят такие дефекты маслонаполненных трансформаторов, как пере гревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова. Перегревы могут быть вызваны несовершенным контактом в месте подсоединения отводов обмотки к вводу; подгоранием контактов РПН (у трансформаторов с РПН), несовершенным контактом заземляющих шин пакетов стали магнитопровода; замыканием листов электротехни ческой стали; разрывом стяжных шпилек; самоотвинчи- ванием гайки и перемещением стяжного болта, прокручиванием стяжных болтов, нагревом металлических предметов, случайно попавших в бак трансформатора; касанием магнитопровода стенки бака через направляющие. Во всех этих случаях поднимается высокая температура, приводящая к разложению ‘масла. Наиболее частым случаем является замыкание листов электротехнической стали, так называемый «пожар железа». Анализ полученных данных показывает, что перегрев металла при /^ 238u С приводит к разложению масла с образованием кислот, при /^ 270° С
начинают выделяться газы, при /^ 337° С происходит выпадение осадка.
Возможен также такой механизм развития дефекта: образующиеся при разложении масла нерастворимые в нем смолы накопляются в месте перегрева, что ухудшает в этом месте отвод тепла, температура растет и вызывает разрушение изоляции соседних листов стали, происходит развитие дефекта. Образовавшиеся при этом пузырьки газа диаметром около 0,015 см растворяются в масле. Поэтому газовые реле не фиксируют процесс выплавления металла. При температуре выше 340° С от нагретых участков начинает подниматься поток пара и газа, пузыри которых имеют значительный объем (до 60 см3). Такие пузыри уже доходят до газового реле, и реле срабатывает.
Перегревы и ускоренное старение твердой изоляции возникают при наличии в изоляции областей, температура
которых превышает допустимую для данного класса изоляции. Такие области могут возникнуть в результате дефектов конструкции или ухудшения свойств изоляции в процессе эксплуатации, например ее увлажнения. Перегревы изоляции приводят к выходу трансформатора из работы, так как твердая изоляция (бумага, электротехнический картон) быстро стареет и теряет как диэлектрические, так и механические свойства. На практике часто встречаются такие случаи перегрева твердой изоляции.
Рис. 34. Схема установки для определения содержания газов, раст воренных в масле (а): /—кран одноходовой; 2—тройники; 3, 8, 10— краны серповые; 4 — устройство для ввода пробы масла; 5— дрек- сель; 6— магнит; 7— мешалка магнитная; 9 — осушитель газа; 1 — газ-носитель; // "Ввод пробы; III — иа колонку хроматографа; IV — к вакуумному насосу; б — устройство для ввода пробы; 1 — устройство для ввода пробы в сборе; 2 — тройник; 3 — втулка; 4 — гайка накидная
как перегрев изоляции крайних витков обмотки (причина — пронизывание этих витков потоком рассеяния), а также перегрев твердой изоляции отвода обмотки (причина — повышенный нагрев места присоединения отвоца к вводу). Перегрев твердой изоляции — опасный дефект, так как может вызвать электрический или тепловой пробой, что приведет к аварийному отключению трансформатора.
Основным газом, выделяющимся при нагреве бумаги, является углекислый газ (СО2). Количество СО2 возрастает во времени с постоянной скоростью. Газовыделение в трансформаторах с открытым дыханием значительно повышает газовыделение в трансформаторах, имеющих защиту. Так на 1 г бумаги в трансформаторах с открытым дыханием выделяется газа 9-10-2 мл/сут, в трансформаторах с азотной защитой 4-10 2 мл/сут и в трансформаторах с пленочной защитой 1-10 мл/сут [8]. Для количественного и качественного определения газов, растворенных в трансформаторном масле, удобен хроматографический метод, разработанный ВТИ им. Дзержинского. Анализ состоит из двух последовательных операций: выделения растворенных газов путем вакуумирования пробы и копи чественного определения состава газа. Для анализа надо всего 1 мл масла. Вакуумирование пробы производится при остаточном давлении 133,3 Па. Ошибка опыта не превышает 0,5%. Чтобы ускорить выделение газа, пробу нагревают до 100° С в специальном дрекселе и перемешивают магнитной мешалкой. Эти операции производятся с помощью специальной приставки (рис. 34). Важной частью приставки является устройство для введения пробы. Конструкция приставки позволяет создать избыточное давление газа-носителя в полости тройника, чтобы исключить подсос воздуха. Для прокладок можно использовать резиновые пробки от лекарств, что позволяет производить до 15 определений без замены прокладок. Колонку хроматографа заполняют сорбентом под вакуумом, после чего подключают приставку к хроматографу в линию газа носителя перед входом в колонку, продувают систему газом-носителем, вакуумируют приставку, проверяют ее герметичность и полноту удаления воздуха. Для этого серповой кран 3 ставят в положение, отключающее приставку и соединяющее газ-носитель с камерой устройства для ввода пробы. Через кран 10 приставку вакуумируют 5 мин, после чего его поворачивают так, чтобы отключить приставку от вакуумного насоса и хроматографа. Расчет концентрации газов производится по градуировочному графику. Условия хроматографического анализа следу-
Рис. 35. Схема конструкции трансформатора шведской фирмы «ASEA»Рис. 35. Схема конструкции трансформатора шведской фирмы «ASEA»все детали должны бытьвсе детали должны бытьющие: сорбент-молекулярные сита типа ЮХ, длина колонки 2 м, диаметр 4 мм, детектор по теплопроводности, ток детектора 7,5 мА, температура 40° С, газ-носитель гелий, скорость 150 мл/мин. Ошибка опыта не превышает 2,5%. Этим методом производились определения содержания газа в пробах масла, отобранных из трансформаторов 750 кВ с азотной защитой. С помощью той же приставки к хроматографу можно определить содержание влаги в масле. Отличие заключается в том, что
Рис. 35. Схема конструкции трансформатора шведской фирмы «ASEA»
Рис. 35. Схема конструкции трансформатора шведской фирмы «ASEA»
все детали должны быть
все детали должны быть
выполнены из металла. При использовании резиновых или пластиковых шлангов и стеклянных деталей получаются невоспроизводимые результаты.
Большой интерес представляет конструкция защиты изоляции трансформатора, разработанная Шведской фирмой «ASEA» [6]. Фирма считает, что такая конструкция целесообразна в первую очередь для крупных трансфер маторов, отключение которых связано с большими трудностями. Конструкция показана на рис. 35.
В баке трансформатора / расположен сердечник 2 с обмотками 3. Вывод высокого напряжения 4 снабжен проходным изолятором 5. В нижней части бака трансформатора расположен расширитель 6. Маслонасос 7 подает масло из расширителя через фильтр 8 по маслопроводу 9 в бак трансформатора. Вакуумным насосом 10 в пространстве над маслом в расширителе поддерживается некоторый вакуум. В трубе // между расширителем и вакуумным насосом установлен маслоуловитель 12 За насосом имеется устройство 13 для анализа газов, откачиваемых из расширителя. Из бака трансформатора масло перетекает в расширитель по маслопроводу 14, в котором установлен предохранительный клапан 15 Клапан открывается, когда давление в баке превысит атмосферное на определенное значение. Клапан 15 соединен с баком трубкой 16.
Такая конструкция имеет ряд преимуществ: электрическая прочность масла остается постоянной, так как идет непрерывная фильтрация масла; непрерывное удаление газов обеспечивает стойкость масла как к старению, так и к перегрузкам; избыточное давление в баке трансформатора, создаваемое насосом, предохраняет от про-
никновения внутрь трансформатора влаги и воздуха. Одна стенка расширителя, находящаяся внутри бака, сделана ослабленной. В случае аварии стенка разрушается и масло из бака перетекает в расширитель. При этом не происходит повреждения бака. Масло не вытекает и, следовательно, устраняется возможность возникновения пожара.
ОСУШКА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА ЦЕОЛИТАМИ
Методы осушки цеолитами и дегазации масла разработаны на основании процессов массопередачи, которые широко применяются в химической технологии. Массопере- дача, как и теплопередача, является сложным процессом, включающим в себя перенос вещества в пределах одной фазы, а также перенос вещества через поверхность раздела в другую фазу. При теплопередаче тепло передается из одной среды в другую, как правило, через твердую перегородку, а массопередача происходит через границу раздела соприкасающихся фаз. В промышленности применяются в основном процессы массопередачи между газовой и жидкой, между газовой и твердой, между жидкой и твердой и между двумя жидкими фазами. Массопередача включает в себя следующие процессы: 1) абсорбцию — поглощение газа жидкостью, реже твердым веществом (абсорбция газов металлами — акклюзия), причем поглощение происходит не поверхностью, а всей массой поглотителя. Обратный процесс выделения поглощенного газа называется десорбцией; 2) адсорбцию — поглощение компонента газа, пара или раствора поверхностью твердого пористого поглотителя. Обратный процесс (десорбцию) можно использовать для восстановления как поглотителя, так и поглощенного вещества; 3) кристаллизацию — переход вещества из жидкой фазы в твердую в результате изменения растворимости при понижении температуры; 4) растворимость — процесс, обратный кристаллизации; 5) реактификацию — разделение смесей путем многократного обмена компонентами между жидкой и газовой фазами, которые, как правило, движутся противотоком друг к другу; 6) сушку — удаление влаги из материала; 7) экстракцию—извлечение вещества, растворенного в жидкости, другой жидкостью, которая не смешивается или только частично смешивается с первой. Ниже будут более подробно рассмотрены процессы массопередачи, которые происходят при хранении, обработке
и эксплуатации трансформаторного масла, а именно абсорбция, адсорбция и десорбция. Например, поглощение воздуха и влаги трансформаторным маслом является процессом абсорбции. Увлажнение твердой изоляции трансформаторов маслом — адсорбция влаги твердой изоляцией.
Процесс адсорбции широко используется для восстановления отработанных трансформаторных масел, для снижения диэлектрических потерь свежих трансформаторных масел, при осушке масла цеолитами, в фильтрах непрерывной регенерации масла трансформаторов и т. д. В связи с внедрением метода глубокой осушки масла цеолитами стал получать распространение способ осушки баковой изоляции масляных выключателей сухим трансформаторным маслом — десорбция влаги из баковой изоляции и абсорбция ее трансформаторным маслом. Процессы абсорбции и десорбции воздуха или газа трансформаторным маслом происходят во время работы трансформатора, когда при изменении нагрузки меняется температура и трансформатор «дышит». Протекающие на твердой изоляции процессы адсорбции и десорбции можно наблюдать по изменению тангенса угла диэлектрических потерь свежего масла после заливки его в оборудование. После заливки масла в оборудование tg6, как правило, повышается. Происходит абсорбция маслом некоторых компонентов изоляционных лаков. Через некоторое время tg6 масла может снизиться за счет адсорбции твердой изоляцией извлеченных ранее маслом компонентов. Например, перед заполнением статора генератора типа ТВМ-300 трансформаторное масло имело tg6=0,087% при 70° С и 0,16% при 90° С. После заливки значения tg6 соответственно равнялись 0,82% и 1%. Через 30 сут после заливки масла значения тангенса угла диэлектрических потерь несколько снизились: 0,402% при 70° С и 0.65% при 90° С.
Адсорбция — концентрация вещества (адсорбата, ад- сорбатива) из объема на поверхности раздела фаз, например, из газа или раствора на поверхность твердого тела (адсорбента). Адсорбция происходит под влиянием молекулярных сил поверхности адсорбента. Молекулы адсорбата притягиваются этими силами и, таким образом, поверхность адсорбента покрывается слоем адсорбированных молекул. Различается физическая адсорбция, при которой молекулы адсорбата и адсорбента сохраняют свою индивидуальность, и химическая, при которой молекулы вещества образуют с адсорбентом на его поверхности химическое соединение. Физическая адсорбция обратима и при постоянной температуре Т увеличивается с ростом
давления газа Р или концентрации раствора. С повышением температуры физическая адсорбция уменьшается, так как возрастает энергия теплового движения и все большая часть молекул адсорбата преодолевает силу притяжения к поверхности адсорбента и при дальнейшем повышении температуры происходит десорбция.
Во время адсорбции происходит выделение тепла, количество которого зависит от размера адсорбированных молекул и составляет 4—80 кДж/моль. Адсорбция газов происходит почти мгновенно, жидкостей — значительно медленнее и находится в зависимости от вязкости жидкости. Кроме того, на скорость адсорбции влияет ско рость потока и размер пор адсорбента.
Если через слой адсорбента протекает газовая или жидкая смесь с начальной концентрацией примеси Со, то за слоем адсорбента в течение некоторого времени концентрация примеси будет близка к нулю, затем она начнет расти, приближаясь постепенно к Со. Момент появления примеси за слоем адсорбента в минимальной концентрации, которую можно обнаружить лабораторными методами анализа, называется «проскоком». Время работы слоя адсорбента до проскока называется временем защитного действия и зависит от высоты слоя адсорбента. В практике значение адсорбции определяется количеством адсорбированного вещества на единицу массы адсорбента. Количество адсорбированного вещества увеличивается с понижением температуры и повышением давления. Процесс десорбции идет эффективнее с повышением температуры и снижением давления. Промышленные процессы адсорбции характеризуются состоянием слоя адсорбента, т. е будет ли слой адсорбента двигаться или останется неподвижным. Так как в установках осушки масла слой цеолитов остается неподвижным, а движется только поток масла, то ниже будет рассматриваться процесс с неподвижным слоем адсорбента. Если бы скорость адсорбции была бесконечно большой, то адсорбция на каждом последующем слое адсорбента происходила бы после насыщения предыдущего слоя. Но так как скорость массопере- дачи не бесконечна, то распределение адсорбата происходит плавно по высоте слоя, образуя так называемый фронт адсорбции. После образования фронта адсорбции начинается период параллельного переноса фронта адсорбции. Время адсорбционного (защитного действия) слоя заканчивается, когда происходит проскок. Время защитного действия в период формирования фронта очень мало и выражается плавной кривой, которая затем переходит
в прямую линию Время защитного действия слоя тпр можно определить из уравнения Шилова
тпр= К1 то=- То,
где К — коэффициент защитного действия слоя; то — потеря времени защитного действия, вызванная тем, что формирование фронта адсорбции происходит не мгновенно; и — скорость перемещения фронта адсорбции.
График, из которого могут быть получены отдельные величины уравнения, строится по опытным данным. Тангенс угла наклона прямолинейной части кривой равен коэффициенту защитного действия слоя tga=/<; отрезок, отсекаемый продолжением прямой на оси фронта, равен потере времени защитного действия слоя.
В расчетах за конечную концентрацию адсорбата в потоке принимают значение концентрации, которое можно определить с помощью имеющихся методов анализа, т. е. несколько сдвигают границы зоны массопередачи внутрь нее. За практически работающий считают слой адсорбен та, в котором происходит падение концентрации адсорбируемого вещества от начальной концентрации О,95</отр до близкой к нулю и составляющей 0,05 уотпр. Количество вещества, поглощенного адсорбентом в зоне массопередачи, равно: M=lHS (О,95//о—0,05z/n) =O,9/(lS</o, где S— площадь поперечного сечения слоя.
Различается статическая и динамическая активность адсорбента. Статическая активность — это максимальное количество вещества, адсорбируемого единицей массы адсорбента к моменту достижения равновесия. Статическая активность определяется привесом адсорбента. Динамическая активность характеризуется промежутком времени с момента начала протекания смеси через слой адсорбента до проскока. Это время называется временем защитного действия или временем до проскока. Время защитного действия зависит от природы смеси и адсорбента, от со отношения между высотой слоя и площадью его поперечного сечения, размера гранул адсорбента, скорости движения потока и концентрации сорбируемой примеси в смеси. Динамическая активность слоя адсорбента является линейной функцией его высоты.
Адсорбенты по своей структуре делятся на четыре основные группы: непористые, имеющие сильно развитую наружную поверхность, на которой происходит адсорбция; широкопористые, имеющие развитую внутреннюю поверхность, на которой происходит адсорбция (поры имеют
размер более 50-10 10 м); тонкопористые с размером пор менее 50-10 м.
Геометрическую структуру адсорбентов исследуют следующими методами: адсорбционным, который позволяет определить объем и размер пор; методом определения кажущейся и истинной плотности. Кажущаяся плотность адсорбента плотность гранул, истинная плотность плотность твердого остова адсорбента. Разность между кажущейся и истинной плотностью равна объему пор адсорбента. У активных адсорбентов объем пор составляет 0,2 -2 мл/г; методом вдавливания ртути внутрь пор - давление, под которым ртуть входит в поры, обратно пропорционально их радиусу. Этот метод дает возможность находить, как распределяются поры по их радиусу; мею- дами электронно-микроскопическим и рассеивания’ рентгеновских лучей, которые под малым углом дают представление о размерах и формах частиц, образующих твердый остов адсорбента; методом просасывания газа через спрессованный порошок, который позволяет определить каналы между крупными частицами.
Свойства адсорбента можно изменять в нужном направлении, сужая или увеличивая размер пор Размер пор синтетических цеолитов в значительной мере зависит от размера молекул металла, примененного при синтезе. Обработка паром силикагеля, алюмосиликатных катализаторов, цеолитов приводит к разрушению микропор, что мы и наблюдали при попытке снять паром остатки транс форматорного масла с поверхности отработанных цеолитов. На разрушение микроструктуры указывало резкое возрастание адсорбционной емкости по бензолу.
Наиболее простым, эффективным и не требующим сложного технологического оформления методом осушки трансформаторного масла является адсорбционный. Сущность метода заключается в том, что при прохождении через слой адсорбента находящаяся в масле влага задерживается на его поверхности При выборе адсорбента, разработке технологии и конструировании установки учитывалось, что требуемая степень очистки масла должна достигаться за один цикл обработки. Примененный для этой цели адсорбент должен иметь большую адсорбционную емкость, высокую селективность, т. е. адсорбировать только молекулы какого-либо определенного заданного вещества (в нашем случае воды); углеводородный состав масла, а следовательно, и его свойства должны оставаться неизменными; адсорбировать относительно большое количество вещества при малых концентрациях его в растворе Даже 76
сильно увлажненное масло содержит обычно не более 0,01% воды, Адсорбент должен многократно восстанавливать свои адсорбционные свойства, изготовляться отечественной промышленностью и экономически оправдывать применение. Всем этим требованиям полностью отвечают синтетические цеолиты — молекулярные сита.
Природные цеолиты еще сравнительно недавно служили только как образцы для изготовления синтетических Лишь в последние годы с помощью рентгеновского метода анализа было установлено, что высококремнистые туфы (туф — вулканическая горная порода, образующаяся за счет цементирования вулканического пепла, шлака и других выбросов) состоят на 50—70%, а в некоторых случаях на 90%, из цеолитов. Крупные месторождения цеолитовых туфов есть в Советском Союзе.
Из семи типов цеолитов, найденных в природе, три (анальцим, филлипи^т и гайланид) из-за малого размера входных окон (2,6 А, А=10-1° м) могут адсорбировать только такие малые молекулы, как молекула воды и, следовательно, могут применяться для осушки трансформаторных масел. Стоимость подготовки природных цеолитов для промышленного использования примерно в 100 раз ниже стоимости изготовления синтетических. Подготовка сводится к следующему: туф размалывают, высушивают и рассеивают по фракциям в зависимости от размеров частиц. Природные цеолиты могут заменить синтетические и в таких областях, как изготовление резины, бумаги и т. п. [12]
Кристалл цеолита состоит из решеток с мелкими полостями, которые соединены между собой каналами. Вода входит внутрь этих полостей. Такая структура обеспечивает легкое протекание и обратимость процессов поглощения и выделения воды (гидратация и дегидратация). Пористую структуру цеолитов можно представить в виде полостей молекулярных размеров, соединенных между собой более узкими отверстиями — «окнами». Объем пор цеолитов велик и составляет 28—56% общего объема.
Молекула цеолита состоит из окиси кремния, окиси алюминия и катиона какого-либо металла. Особенностью структуры молекулы цеолита является то, что ион алюминия, так же, как и ион кремния, окружен четырьмя ионами кислорода. Но так как алюминий трехвалентен, а кремний четырехвалентен, то образуется избыточный свободный заряд, который компенсируется ионом металла. Соотношение между количеством ионов кремния и алюминия в молекуле цеолита может меняться, но на каждый ион алюминия приходится обязательно ион какого-либо металла, который ком-
Рис. 36. Технологическая схема цеолитовой установки:
/ входной вентиль; 2 масло насос; 5 подогреватель масла. 4 входной фильтр; 5,8. 12. 14 вентили; 7 адсорберы; 9 жидкостной об ьемный счетчик. 10 вхо i- нон патрубок 11 выходной фильтр; 12, 13 манометры; 15 отборные краны; 17 нижним коллектор; 18 кран
пенсирует избыточный заряд. Большой межрешеточный объем цеолитов обеспечивает большую сорбционную емкость. Жесткая пространственная (трехмерная) кристаллическая решетка кристаллов позволяет цеолитам переносить без заметных структурных изменений продолжительный нагрев под разрежением при температуре 300— 450°.
Цеолиты выгодно отличаются от других сорбентов следующими особенностями своей структуры: определенным строго постоянным размером пор для каждого типа цеолитов, что обеспечивает адсорбцию только тех молекул, которые по своим размерам могут проникнуть в эти поры; наличием двух разновидностей пор — больших и малых полостей в структуре алюмосиликатного скелета. Малые полости представляют свободный объем внутри элементарных кубооктаэдрических структурных единиц (элементарной структурной единицей кристалла, или элементарной ячейкой, называется наименьший объем пространственной решетки кристалла, отражающий все особенности его структуры). В кристаллографии октаэдр — это самая простая форма кубической системы. Он имеет 8 треугольных граней, 12 ребер, 6 вершин, в каждой из которых соединяются 4 ребра.
Большие полости являются пространством между элементарными структурными единицами; поры связаны между собой более узкими окнами, размер которых определяет доступность пор для адсорбируемых молекул Поры образу-
ются отрицательно заряженными ионами кислорода; положительно заряженные ионы алюминия и кремния расположены в глубине алюмосиликатного скелета. В порах имеются положительно заряженные ионы, обычно Na или Са, которые способны к ионному обмену Высокий адсорбционный потенциал - следствие наложения полей противоположных стенок в узких каналах цеолитов обеспечивает высокую сорбционную емкость при низкой концентрации ад сорбата и при повышенных температурах. Цеолиты — полярные сорбенты и поэтому обладают большим сродством с полярными молекулами, особенно с водой.
Схема синтеза цеолитов широко известна и применяется в различных технологических оформлениях как в Советском Союзе, так и за рубежом.
Мелкий кристаллический порошок цеолитов неудобен для промышленного применения. Поэтому из порошка с помощью связующего (10-15% глин) изготовляют гранулы, которые по своей механической прочности могут применяться в промышленных условиях.
Обобщая изложенное, можно сделать следующие выводы: 1) высокий сорбционный потенциал синтетических це олитов обеспечивает удаление из трансформаторного масла воды при малой ее концентрации в оастворе, 2) большой межрешеточный объем обеспечивает относительно небольшой расход адсорбента; 3) полярность обеспечивает достаточную скорость протекания процесса; 4) селективность цеолитов гарантирует, что при соответствующем подборе типа молекулярных сит во время фильтрования трансформатор ного масла будет удаляться только вода, а углеводородный состав масла останется неизменным.
После проведения лабораторных работ и промышлен ных испытаний было установлено, что в качестве осушителя следует применять синтетические цеолиты типа NaA в количестве 0,08—0,2% массы масла. Монтажно-наладочным управлением треста Электроцентромонтаж были сконструированы и изготовлены передвижные установки для осушки трансформаторного масла цеолитами и стационарная установка для осушки и восстановления цеолитов Кроме того, разработана технология проведения этих процессов
Качество осушки оценивалось по значению пробивного напряжения, по значению tg6 и по содержанию влаги. Кроме того, до фильтрования масла и после через цеолиты проводилось определение кислотного числа, натровой пробы и стабильности против окисления. Анализ подтвердил, что при фильтровании трансформаторного масла через цеолиты типа NaA не происходит адсорбция углеводородов, которая
Рис. 37 Адсорбер (а), крышка адсорбера (6):
1 заглушка; 2— стержень. 3 решетка; 4 сетка
могла бы привести к изменению эксплуатационных свойств масла.
Цеолитовая установка монтируется в прицепном авто фургоне грузоподъемностью 4,5 т.
Технологическая схема установки показана на рис. 36. Основной рабочей частью является батарея адсорберов. Двумя коллекторами вверху и внизу адсорберы собраны в единую жесткую конструкцию. Каждый адсорбер (рис. 37,а) представляет собой полый металлический цилиндр, к нижней горловине которого приварено донышко из металлической сетки, служащее опорой для цеолитов. Верхняя горловина закрывается крышкой (рис. 37, б), к которой крепится сетка. Адсорберы от нижней горловины до верхней заполнены синтетическими цеолитами типа NaA. При сборке следует следить, чтобы верхняя сетка плотно входила в горловину, не образуя зазора, иначе цеолиты во время работы будут дробиться. Для контроля за давлением масла на верхнем коллекторе и на подогревателе установлены манометры. Давление зависит от количества поступающего масла, от его температуры и не должно превышать 0,08—0,1 МПа. Для поддержания постоянной температуры служит подогреватель, который представляет собой сварную металлическую призму Передняя стенка призмы выемная, на ней смонтировано девять электронагревательных элементов
типа ТЭН-12. На подогревателе имеются штуцера для подключения маслопроводов, установки манометра, термосигнализатора типа ТС-100 и кран для отбора проб масла. От механических примесей масло очищается с помощью фильтра. В качестве фильтров можно применять фильтры герметичной конструкции типа ФНГ-30 или ФНГ-60, которые изготовляются промышленностью для очистки жидкого топлива. Такой же фильтр установлен на выходе масла из установки. Назначение этого фильтра - задерживать гранулы цеолита в случае повреждения сетки в верхней горловине адсорбера. Для определения скорости подачи масла служит объемный счетчик типа 2-СВСШ-25. Насос, подающий в установку масло, установлен под полом фургона. Там же можно уложить шланги для сборки маслопровода. Для всасывающего маслопровода применяются гофрированные шланги диаметром 25 мм; на выбросе шланги могут быть гладкими. Кроме того, установка должна комплектоваться маслопробойником типа АИМ-80, щитом управления, кабелем для подачи питания на щит управления и кабелем для заземления установки.
Сырое масло насосом через подогреватель и фильтр подается в нижний коллектор За время прохождения масла от нижней горловины адсорбера до верхней содержащаяся в нем влага адсорбируется цеолитами. Осушенное масло собирается в верхнем коллекторе и выходит из установки через фильтр и счетчик.
При установившемся тепловом режиме установка работает спокойно и какой-либо дополнительной регулировки не требует. Если цеолиты предварительно осушены и установка полностью подготовлена к работе, обслуживать ее может один человек. Работу надо производить в определенной последовательности. Прежде всего слить отстой из конуса бака с сырым маслом и отобрать пробу масла. Пока будут проведены подготовительные работы (сборка маслопровода, заземление, подача напряжения), проба масла отстоится и можно будет определить пробивное напряжение исходного масла, чтобы установить скорость подачи масла в установку. При наличии видимой воды и пробивном напряжении ниже 20 кВ скорость подачи'масла должна быть не более 1600 л/ч. Если видимой воды в масле Het и пробивное напряжение более 20 кВ, то скорость подачи можно увеличить до 2500 -3000 л/ч. Превышать указанную скорость подачи масла не следует. Адсорбционный процесс протекает во времени и при увеличении скорости выше допустимой масло, выходящее из установки, будет содержать столько же влаги, сколько и до фильтрования через цеолиты. После от- '/Л6-37У981
бора пробы масла конус^маслобака надо соединить с масло- насосом установки, а выброс масла — с баком для хранения чистого сухого масла или аппаратом, который надо залить маслом. Потом необходимо заземлить установку, подать напряжение на щит управления, определить пробивное напряжение исходного масла, включить маслонасос и отрегулировать скорость подачи масла. В дальнейшем обязанности дежурного сводятся к наблюдению за работой насоса и периодическому определению пробивного напряжения масла. Пробы масла отбираются на входе масла в установку из нагревателя и на выходе из выходного фильтра. Если установка вновь включается в работу, то перед подачей масла надо открыть все воздушные краны и закрыть их, как только покажется масло. Адсорберы всегда должны быть заполнены маслом, но в нагревателе, коллекторах, фильтрах масла может не быть, и если воздух не спустить, то создаваемое им давление может значительно превысить нормальное рабочее давление в установке.
Регулятор температуры нагревателя масла надо установить так, чтобы он включал обогрев при температуре поступающего масла 8—10е С и отключал его при температуре масла 15° С. Таким образом, даже в холодное время года нагреватель работает примерно половину времени работы установки.
Для осушки свежих цеолитов и восстановления отрабс тайных служит стационарная установка, в которой одновременно устанавливают четыре адсорбера. Стационарная установка состоит из двух теплоизоляционных камер из ша-
Рис 38. Стационарная установка для осушки и восстановления цеолитов:
/ адсорбер. 2 вентилятор; J электро двигатель вентилятора. 4 сушильная ка мера. 5 камера для установки нагревате лей во духа. 6 гверн камер; 7 нагрева теть во4дула. 8 нагревательный элемент из нихромовой проволоки. 9— коллектор. 10 воздухопровод; И воздухопровод, к соединяющий нагреватеть воздуха с ад
Сорберим; 12 шибер в подающем воздухопроводе
мотного кирпича, имеющих общую внутреннюю стенку. Разрез камеры показан на рис 38. Камеры закрываются двойными металлическими дверями с тепловой изоляцией из шлаковатных матов В камере 4 устанавливаются адсорберы, в камере 5 — электронагревательные элементы из нихромовой спирали. Сопротивление каждой спирали равно 8 Ом, мощность 17,7 кВт. Сечение проволоки 2,8 мм2, длина 40 м. Проволока накручивается на стержень диаметром 10 мм и затем растягивается до 6 м. Внутри нагревательная камера разделена на четыре отделения, в каждом отделении на трех стенках шплинтами закреплены нагревательные элементы. Шплинты вмонтированы при укладке стенок камеры. Наружная стенка нагревателя выемная. Установленные в камеру адсорберы соединяются с нагревателями воздуха четырьмя воздухопроводами. В полу камеры на одной оси с воздухопроводами вмонтированы скользящие патрубки, на которые устанавливаются адсорберы. Патрубки вмонтированы в трубу 9, где собираются газообразные продукты процесса: масло стекает с поверхности цеолитов и через вентиль 17 спускается в подземный бак. Воздух в низ нагревательной камеры подается вентилятором через воздухопровод, изготовленный в виде четырех рукавов. В руказа вставлены шиберы, что позволяет регулировать количество подаваемого в нагреватель воздуха. Протекая по нагревателям снизу вверх, воздух (400— 420 м3/ч) нагревается до температуры 400—450° С и поступает в верхнюю часть адсорбера. Движение воздуха в адсорбере сверху вниз является обязательным условием для нормального протекания процесса осушки цеолитов. В противном случае поток воздуха будет препятствовать стеканию остатков масла с поверхности гранул цеолитов. Кроме того, если воздух будет подаваться в низ адсорбера, го при воспламенении паров масла и его остатков пламя распространится по адсорберу. Особенно это опасно, если своевременно не будет уменьшена подача воздуха. Тогда за счет излишне интенсивного горения температура внутри адсорбера сразу поднимется до 600—630° С, т. е. выше предела термической прочности синтетических цеолитов типа NaA, и вся масса цеолитов может выйти из строя. При направлении потока воздуха сверху вниз даже в этом случае кристаллическая структура цеолитов будет разрушена только в нижнем слое, что практически незначительно уменьшит сорбционную емкость установки в целом. Удобнее вместо одного вентилятора типа ВД-4 установить четыре вентилятора типа ВД-1, соединив их с камерами прямыми воздухопроводами. Этим будет обеспечена более равномер-
ная подача воздуха и, следовательно, одновременность протекания процесса во всех четырех адсорберах.
Работа по осушке и восстановлению молекулярных сит должна проводиться в следующей последовательности: ад сорберы устанавливаются в сушильную камеру нижними горловинами на скользящие патрубки, верхние горловины соединяются с воздухопроводами. Скользящие патрубки позволяют устанавливать в камеру адсорберы, несколько отличающиеся по высоте. При работе с отработанными цеолитами перед установкой в камеры необходимо слить из адсорберов остатки трансформаторного масла. После установки адсорберов в камеры надо заложить термопары. Тер мопары (например, хромель-алюмель) компенсационным проводом (медьЦ-, константан-) присоединяют к потенциометрам типа ППР-4. Шиберы в воздухопроводах надо полностью открыть и включить вентилятор. При восстановле нии отработанных цеолитов надо в течение 10—15 мин пропускать через адсорберы холодный воздух, чтобы возможно большее количество масла стекло с поверхности гранул, и зачем включить подогреватель воздуха. Теплоизоляционная камера сводит потери тепла через стенки адсорберов до минимального значения и обеспечивает равномерное проте кание процесса по всей высоте адсорбера. Регулировка температуры в пределах 400—450° С производится дежурным персоналом периодическими включениями и отключениями электроподосревателя. Процесс заканчивается, когда температура воздуха на входе в адсорбер и на выходе из него сравняются. Выравнивание температур указывает, что поглощение тепла на испарение влаги прекратилось Некоторый разброс температур возможен за счет потерь тепла через стенки адсорбера.
Сушка свежих цеолитов длится 8- 9 ч. После окончания сушки сначала надо отключить нагреватель, затем вентилятор и открыть дверь сушильной камеры. Когда темпе ратура внутри адсорберов снизится до 200—220° С, надо разболтить фланцы и выкалить адсорберы из камеры. Чтобы облегчить работу при высокой температуре, болты и гайки делают из металлов, имеющих разный коэффициент объемного расширения (бронза, сталь).
Если адсорберы закреплены на общей передвижной тележке, то на горловины адсорберов устанавливают верхний и нижний коллекторы, к которым присоединяют маслопроводы, и все четыре адсорбера заполняют маслом. Если адсорберы устанавливают на кронштейнах, закрепленных в фургоне, то из сушильной камеры выдвигают по одному адсорберу и заполняют их маслом. Залитые маслом цеоли-
ты могут храниться длительный срок. После заполнения маслом адсорберы должны остыть до комнатной температуры (10—12 ч), после чего через них надо прокачать масло, чтобы смыть пыльцу, образовавшуюся на поверхности гра нул во время их сушки. Промывка ведется непрерывным потоком масла, после промывки адсорберы должны остаться заполненными маслом. Процесс восстановления отработанных цеолитов отличается от процесса сушки свежих тем, что на поверхности гранул отработанных цеолитов остается некоторое количество трансформаторного масла, которое не удается удалить при сливе масла из адсорберов и при продувке через них воздуха. Это масло должно выгореть, поэтому процесс несколько удлиняется (до 10—12 ч).
При восстановлении отработанных цеолитов следует тщательно следить за температурой внутри адсорберов. Когда температура в нижней части адсорберов достигнет 180 200° С, надо с помощью шиберов уменьшить подачу воздуха. При температуре 200—220° С в нижней части адсорбера происходит самовоспламенение паров масла и за тем его остатков. Если подача воздуха не будет своевременно уменьшена, то за счет излишне интенсивного горения температура резким скачком поднимется до 600—630° С, т. е. значительно выше предела термической прочности цеолитов типа NaA, который равен 500° С. Если все же температурный скачок произойдет, надо прекратить подачу воздуха в адсорберы, перекрыв полностью шиберы, выключив вентилятор и нагреватель воздуха. Затем следует подождать, пока температура в нижней части адсорбера снизится до 120—150° С, и, приоткрыв шиберы, включить вентилятор и нагреватель воздуха При своевременном уменьшении подачи воздуха выгорание масла протекает спокойно и температура не поднимается выше 400—450° С. После того как с поверхности гранул масло будет удалено, процесс десорбции влаги идет так же, как при сушке свежих цеолитов. По внешнему виду восстановленные цеолиты не отличаются от свежих, причем сорбционные свойства их восстанавливаются многократно без практических потерь. Во время эксплуатации потери цеолита в основном происходят за счет раскрошивания гранул в зазоре между верхней горловиной и закрывающей ее съемной сеткой. Зазор может образоваться при перекосе сетки или если ее диаметр меньше диаметра горловины. Поэтому при монтаже передвижной цеолитовой установки надо особенно тщательно проверять плотность установки сетки в верхней горловине.
Процесс осушки и восстановления цеолитов является наиболее сложным из всего рабочего цикла, поэтому уста-
новку должна обслуживать постоянная бригада специально обученных людей Засыпанные в адсорбер цеолиты работают длительное время без замены. При нормальных условиях от одного восстановления до другого установка может осушить до 600 т масла.
Глубокая осушка масла при высокой производительно сти передвижных цеолитовых установок, простота их конструкции и обслуживания способствовали довольно быстрому внедрению в электромонтажное производство метода осушки масла синтетическими цеолитами. Первая промышленная установка была изготовлена и введена в эксплуатацию в 1965 г. В настоящее время все-монтажные управления практически полностью перешли на осушку масла цеолитами, решив таким образом вопрос глубокой осушки масла при монтаже маслонаполненного оборудования.
ДЕГАЗАЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
Выше уже говорилось, что окисление трансформаторного масла происходит не только за счет воздуха окружающей среды, но и за счет воздуха, растворенного в масле. Кроме того, растворенный в масле и находящийся в твердой изоляции воздух снижает электрическую прочность изоляционной конструкции трансформатора, так как газовые включения являются центрами развития электрических разрядов (см. «Пробой диэлектриков»).
С повышением напряжения мощных силовых трансформаторов вопрос дегазации трансформаторного масла и вакуумирования трансформаторов приобрел большое практическое значение. Для продления срока службы и надежности работы изоляции заводы изготовители выдвигают определенные требования по вакуумированию трансформаторов и дегазации масла в процессе монтажа. Так, например, вакуумирование трансформаторов напряжением 750 кВ должно производиться при остаточном давлении в баке трансформатора не более 200 Па (1,5 мм рт. ст.) в течение не менее 72 ч, при остаточном давлении 133 Па (1 мм рт. ст.); продолжительность вакуумирования может быть уменьшена до 48 ч [4].
Скорость насыщения масла газом зависит от высоты столба масла и поверхности соприкосновения с ним газа. Скорость обратного процесса также зависит от высоты слоя и поверхности масла.^
При вибрации в масле возможно появление местных зон пониженного давления, в которых растворенный в
масле газ начинает выделяться в виде пузырьков, поэтому для повышения надежности работы изоляции необходимо снижать до минимума вибрацию в работающих трансформаторах.
Состояние газа, при котором давление его меньше 0,1 МПа, называется вакуумом. Наименьшее достигнутое остаточное давление равно примерно 133-10-|2Па; в промышленных установках удается достичь вакуума 133-10“^— 133-10 10 Па. Весь диапазон давлений от атмосферного до наинизшего делится на области: низкого (1-10 6—133 Па), среднего (133-0,1 Па), высокого (0,1—0.1-10"4 Па) и сверхвысокого (0,1-Ю-4 Па и ниже) вакуума.
Газ состоит из отдельных молекул, которые находятся в постоянном движении. Результаты ударов молекул о стенки сосуда, в котором находится газ, воспринимаются как давление газа. Энергия перемещения всех молекул газа выражается его температурой. Температура газа — это мера средней скорости движения его молекул, поэтому движение молекул газа называют тепловым движением.
В вакуумной технике сорбция газов и паров поверхностью твердого тела имеет важное значение из-за необходимости удалять газы и пары со стенок вакуумных аппаратов, а кроме того, это явление используется для откачки газов сорбционными "насосами. Сорбция газа всегда сопровождается выделением тепла, десорбция — его поглощением. Как правило, газ содержится внутри и на поверхности металла. Если металлическую вакуумную аппаратуру предварительно не обезгазить, то из нее будет выделяться газ в вакуумное пространство, что особенно заметно при разогреве металлических частей.
Количество газа, проходящего через единицу поверхности при давлении Р и постоянной температуре газа Т, равно Q=PV, где 0 — поток газа; V — объем газа, проходящего через любое сечение системы в единицу времени, Р - давление в этом сечении.
Расход газа может выражаться различно: массовый расход — масса газа, которая проходит через сечение в единицу времени; действительное число молекул газа, проходящее через сечение в единицу времени; объемный расход объем газа, проходящего через сечение в единицу времени (объемный расход меняется при изменении давления в данном сечении); объемный расход, приведенный к атмосферному или другому характерному для данной системы давлению.
Течение газа в трубопроводе указывает, что на газ действует сила, вызывающая перепад давления pi и рг на
концах трубопровода. Объем газа, протекающего через поперечное сечение в единицу времени, пропорционален разности давлений Р\—Р2. Сопротивление потоку газа W представляет собой отношение перепада давления в данном участке вакуумной системы к потоку газа 6, проходящему через этот участок: W= кР\—Р^ /0.
Сопротивление системы зависит от геометрических размеров трубопровода и от режима течения газа. При вязкостном течении (вязкостным называется такое течение, при котором длина свободного пробега молекулы значительно меньше размера аппарата) определяющим фактором является внутреннее трение газа. При переходе к молекулярному режиму (при молекулярном режиме молекулы газа сталкиваются со стенками сосуда; столкновений молекул друг с другом практически не происходит) роль внутреннего трения снижается, определяющим становится число ударов молекул газа о стенки трубопровода.
Пропускная способность трубопровода и скорость откачки имеют одну и ту же размерность и могут численно равняться, но смысл их различен. Понятие «пропускная способность» выражает сопротивление трубопровода потоку газа и подразумевает наличие градиента давления. «Скорость откачки» — это способность системы удалять газ. При этом подразумевается присутствие внешнего источника энергии. Скорость откачки газа s при давлении Р — это объем газа, удаляемый из системы в единицу времени, измеренный при давлении P:s=6/P.
Любой вакуумный насос имеет предельное давление, при котором скорость его откачки падает до нуля Давление это зависит от качества примененного в насосе масла, от утечек в самом насосе и т п Если Во — поток газа за счет натекания в насосе, то для любого насоса 6=shP—Оо. При достижении предельного давления р0 скорость откачки будет равна нулю, когда Uo=sHp.
Скорость откачки насоса определяется по формуле:
s„=e/p=sT(i-y,
где sT теоретически определенная скорость откачки; ри предельное давление; р — давление, при котором определялась скорость откачки.
Во время откачки в вакуумную систему непрерывно выделяется некоторое количество газа. Это газовыделение зависит от природы тел, находящихся внутри вакуумной системы; для каждого данного тела, кроме того, от предварительного насыщения его газом; от размеров поверхности тела. С увеличением температуры газовыделение увеличивается и постепенно уменьшается с течением времени.
В технике для проведения процессов вакуумирования применяют аппараты, называемые колоннами. Распространение в промышленности получили в основном колонны следующих типов: с колпачковыми тарелками, с сетчатыми тарелками и с насадками. Последние имеют значительно меньшее сопротивление потоку газа или жидкости, чем тарельчатые колонны, что является их существенным преимуществом. Внутри насадочной колонны имеется решетка, на которую укладываются насадки. Для успешного проведения процесса насадки должны иметь возможно большую поверхность на единицу объема и оказывать малое сопротивление потоку. Как наиболее простые и отвечающие этим требованиям получили распространение так называемые «кольца Рашига», представляющие собой кольца, диаметр которых равен высоте. Они могут изготовляться из металла, фарфора, керамики и др. Чтобы облегчить вес передвижных дегазационных установок, можно рекомендовать синтетические кольца из нейлона, тефлона и т. п. Примене ние таких колец безопасно в случае попадания внутрь трансформатора обломков колец, если часть колец будет повреждена и по каким-либо непредвиденным обстоятельствам целость выходного фильтра нарушится.
К применяемым в вакуумной технике материалам предъявляются специальные требования. Сосуд, который выдерживает давление в несколько сот атмосфер, может оказаться не вакуумплотным. Например, если из баллона емкостью 40 л, который содержит газ при избыточном давлении 15 МПа, вытечет количество газа, имеющее при 0,1 МПа объем 1 см3, то давление в баллоне упадет на 0,000017%. Если же давление в баллоне будет равно 0,1 МПа и в него проникнет то же количество газа (0,1 см3 при 0,1 МПа), то давление внутри баллона возрастет в 19 000 раз Материалы, из которых изготовляются вакуумные системы, должны быть возможно менее газопроницаемы и легко выделять адсорбированные на поверхности и растворенные в них газы. При прогреве и непрерывной откачке выделение газов происходит быстрее. К установкам низкого и высокого вакуума предъявляются разные требования. Низковакуумные установки проще в изготовлении, подборе материала и конструкции уплотнений. Хорошим материалом для вакуумных установок является стекло, которое практически газонепроницаемо. Стеклянные детали легко сплавляются друг с другом, а при необходимости и с металлами. Кроме того стекло является хорошим диэлектриком, что позволяет подводить высокое напряжение к электродам электровакуумных приборов.
Стекла делятся на две группы: легкоплавкие с температурой размягчения 490—6Ю°С (сплавляются с платиной и ее заменителями); тугоплавкие с температурой размягчения выше 610° С (сплавляются с вольфрамом) Однако из за хрупкости стекла промышленные вакуумные установки изготовляют из металла, хотя через металлы из-за их кристаллической структуры, наличия пор и трещин, особенно в литых деталях, всегда идет процесс диффузии газа. Недостаток этот уменьшается тем, что металлические вакуумные установки, как правило, работают при непрерывной откачке натекающего в систему газа. Наиболее пригодны для изготовления вакуумных систем малоуглеродистые и нержавеющие стали медь, алюминий и разного рода сплавы. Металлические трубопроводы вакуумных систем должны быть бесшовными, цельнотянутыми из меди, латуни или стали. Наиболее удобным материалом является красная медь. Из красной меди легко изгибать трубки и спаивать их. Кроме того, этот металл стоек на воздухе. Существенное значение имеет обработка внутренней поверхности деталей вакуумной системы. Чем лучше обработаны внутренние стенки системы, тем меньше будет на них адсорбировано газа.
Вакуумные уплотнения и смазки должны при остывании иметь гладкую, без трещин поверхность и не давать большой усадки Для устранения течи в редко разъединяемых нешлифованных соединениях можно применить шеллачный, шеллачно-дегтярный, бакелитовый и глифталевый лаки и эмалевые краски. Растворителем для эмалевых красок является бензол (рабочая температура 30° С), для шеллачного лака — спирт и ацетон (рабочая температура 40 С), для глифталевого лака смесь спирта с бензином (рабочая температура 200 С). Шеллачный лак со временем растрескивается, поэтому его можно применять только как временное уплотнение. Несколько прочнее шеллачно-дегтярный лак (смесь шеллака с дегтярным маслом).
Для уплотнения шлифованных соединений и кранов употребляются смазки (битум, пицеин, универсальный воск, высококанифольная смесь и менделеевская замазка). Нельзя допускать увлажнения смазок, поэтому хранить их надо в закрытой таре.
В качестве рабочей жидкости для пароструйных насосов, уплотнений для механических насосов, смазки трущихся частей аппаратов и для заполнения жидкостных вакуумметров и затворов применяются масла. Вакуумное масло должно иметь высокую техническую стойкость и быть химически инертным по отношению к откачиваемым газам. Изготовляются вакуумные масла в основном из тяжелых фракций нефти.
Неразъемные части металлических вакуумных систем соединяются сваркой или пайкой. Пайку можно применять только для трубок небольшой длины и малого диаметра. Для пайки применяются следующие припои: оловянно-свинцовый с точкой плавления 180—200' С, оловянно-серебря- ный с точкой плавления 400 С, твердый (ПМЦ-54 или ПФ-45) с точкой плавления 700‘ С, медно-цинковый с точкой плавления 875е С. Если необходима подвижность частей вакуумной системы, то соединения производят с помощью резиновых вакуумных .илангов Для имотовления
р, Па
Рис 39. Типы вакуумных насосов и охватываемый ими диапазон давлений
вакуумных шлангов требуется резина с малым содержанием серы (1,5— 2%), обладающая большой гибкостью и способностью к растяжению. Вакуумные шланги изготовляются диаметром 3 6, 9, 12, 15 и 30 мм и имеют толщину стенок, равную внутреннему диаметру. Применяя вакуумные шланги, необходимо учитывать, что резина со временем стареет (трескается и делается негерметичной). Этот процесс идет особенно быстро под действием света, кислорода и нагревания.
В вакуумных системах применяются специальные краны и запорные устройства. Краны с притертыми пробками (стеклянные и металлические) служат для присоединения манометров и на небольших лабораторных установках. Такие краны состоят из пробки с отверстиями и муфты с отростками, при помощи которых кран присоединяется к системе. Пробки крана делаются конусообразные (конусность 1:5 или 1:10) и тщательно притираются. Краны смазываются полужидкой смазкой. В промышленных установках применяются сильфонные вентили. В установках низкого и среднего вакуума можно применять вентили с литыми чугунными или бронзовыми корпусами и крышками и резиновые уплотнения. Вакуумные вентили, работающие при остаточном давлении до 133-10 '°— 133-10“® Па, должны изготовляться из прокатанного металла, уплотнения могут быть из резины или фторопласта Вентили для сверхвакуумных систем (давление ниже 133-10 у Па) изготовляются из нержа веющей стали с металлическими уплотнениями, допускающими прогрев вентиля для его дегазации.
Вакуумные насосы характеризуются следующими параметрами: предельным (максимальным) давлением, создаваемым насосом; производительностью насоса (количеством газа, удаляемого в единицу времени, г/с, Па); скоростью откачки — отношением производительности к давле-
нию, измеренному во впускном сечении насоса (см3/с; л/с; м3/с); допускаемым выпускным давлением (для насосов, работающих с пониженным давлением по сравнению с атмосферным); выпускным давлением срыва. Максимально допустимым выпускным давлением называется давление, при котором выпускное давление повышается не более чем на 10% по сравнению с нормальным Выпускное давление срыва соответствует повышению выпускного давления на порядок по сравнению с нормальным. На рис. 39 показано, какие диапазоны давлений охватываются различными типами насосов
По выпускному давлению вакуумные насосы делятся на три группы: выбрасывают откачиваемый газ в атмосферу; требуют предварительного разрежения; не выбрасывают газ наружу, а связывают внутри самого насоса. Для насосов, требующих предварительного разрежения, последовательно с ними устанавливают форвакуумные насосы.
В практике электромонтажных работ, как правило, применяются вращательные насосы, у которых весь внутренний объем заполнен вакуумным маслом. К этим насосам относятся пластинчато-роторные, пластинчато-статорные и золотниковые (рис 40) Надежность работы насоса зависит, в основном, от качества примененного масла. Вакуумное масло должно иметь низкую упругость пара, не должно содержать механических примесей и не должно вступать в химическую реакцию с откачиваемым газом. На каждые 10 л/с откачиваемого объема газа требуется около 0,75 кВт электроэнергии. Скорость откачки вращательных масляных насосов изменяется от 0,6 до 1300 м3/ч. Для откачки больших объемов газа от атмосферного давления применяются насосы типов ВН-4Г и ВН-6Г. Эти насосы могут длительное время работать при давлении у впускного патрубка около 0,013 МПа благодаря наличию у них маслоотбойного устройства.
ниже приведено время откачки 100 л газа от 0,1 МПа до 13,3 Па различными насосами при непосредственном присоединении их к объему.
Тип насосаВремя откачки.Тип насосаВремя откачки.ВН 6Г ВН-4Г ВН 1Г ВН-2Г РВН-20 ВН-461М ВН 49413923553 ч 11.5 чВН 6Г ВН-4Г ВН 1Г ВН-2Г РВН-20 ВН-461М ВН 49413923553 ч 11.5 чРис. 40. Схема вращательных маслонасосов;а — пластинчато-роторный; б — пластинчато-статорный; в - золотниковыйРис. 40. Схема вращательных маслонасосов;а — пластинчато-роторный; б — пластинчато-статорный; в - золотниковый
Тип насоса
Время откачки.
Тип насоса
Время откачки.
ВН 6Г ВН-4Г ВН 1Г ВН-2Г РВН-20 ВН-461М ВН 494
13923553 ч 11.5 ч
ВН 6Г ВН-4Г ВН 1Г ВН-2Г РВН-20 ВН-461М ВН 494
13923553 ч 11.5 ч
Рис. 40. Схема вращательных маслонасосов;
а — пластинчато-роторный; б — пластинчато-статорный; в - золотниковый
Рис. 40. Схема вращательных маслонасосов;
а — пластинчато-роторный; б — пластинчато-статорный; в - золотниковый
Насосы типов ВН-1Г, ВН 2Г, ВН 4Г, ВН 6Г, BE 300Г и ВН 500Г имеют газобалластное устройство которое предупреждает проникновение паров в насос. Вращательные масляные насосы могут применяться в стационарных и передвижных установках при температуре окружающего воздуха 15—30°С.
Насколько большое практическое значение имеет удаление газовых включений из трансформаторного масла и твердой изоляции изложено в § 1. Впервые требование по дегазации трансформаторного масла (до остаточного содержания газа в масле не более 0,1% по объему) было предъявлено заводом-изготовителем при монтаже первой группы трансформаторов напряжением 750 кВ Для дега зации масла была изготовлена специальная стационарная установка. Определение остаточного содержания газа в масле производилось по методу, разработанному заводом «Москабель».
Сооружать стационарные установки на каждом объекте монтажа нецелесообразно, поэтому монтажно-наладочным управлением треста ЭЦМ была спроектирована и изготовлена передвижная установка, смонтированная на автоприцепе грузоподъемностью 7 т (рис. 41). Габариты фургона 4900X2300X2500 мм. Масса установки 3,5 т. Так как высоту колонок дегазатора пришлось уменьшить, то, чтобы сохранить поверхность дегазации, было установлено четыре
Рис. 41 Технологическая схема передвижной установки для дегазации трансформаторного масла:
1 ,3.5.14.16.18,25,26.27 — вентили сильфонные Д —25 мм; Г 2* 3'4'5* — вентили сильфонные Ду=3 мм или 10 мм; 2—насос типа РЗ-4,5; 4 — маслоподогреватель; 6— дегазатор; 7 — нижний коллектор; 8, 15, 17 — вентили сильфонные Д =3 мм; 9 — электронасос типа ЭЦМ-62-10; 10 — вакуумный насос типа ВН-1Г; 11 —сливной бачок; 12—вакуумный насос типа ВН-461; 13- накопительный бак; 19— вакуумметры образцовые; 20— датчик типа МТ-6; 21 верхний коллектор; 22— абсорбциометр; 23— манометр; 24— объемный жидкостной счетчик; 28— выходной фильтр
Рис. 42 Разрез колонки дегазатора:/ - смотровое окно (оргстекло толщиной 30 мм); 2—кольца Рашига 15X15 мм;3— крышка; 4— отражатель; 5 распыли-Рис. 42 Разрез колонки дегазатора:/ - смотровое окно (оргстекло толщиной 30 мм); 2—кольца Рашига 15X15 мм;3— крышка; 4— отражатель; 5 распыли-колонки, уменьшен раз мер колец и увеличено их число. Основные характеристики дегазатора: количество колонок четыре, высота 1300 мм, наружный диаметр 325 мм, внутренний диаметр 310 мм, объем одной колонки 0,098 м3, общий объем дегазатора 0,39 м3, количество колец в дегазаторе 75 000 шт., размеры колец hXd=\5x 15 мм. С помощью коллекторов дегазатор собран в единую жесткую конструкцию, вверху воздушным с d= 100 мм и масляным с d=25 мм, внизу только масляным с d= 100 мм (рис. 41). В комплект установки кроме дегазатора входят: накопительный бак, выдержи-
Рис. 42 Разрез колонки дегазатора:
/ - смотровое окно (оргстекло толщиной 30 мм); 2—кольца Рашига 15X15 мм;
3— крышка; 4— отражатель; 5 распыли-
Рис. 42 Разрез колонки дегазатора:
/ - смотровое окно (оргстекло толщиной 30 мм); 2—кольца Рашига 15X15 мм;
3— крышка; 4— отражатель; 5 распыли-
вающий вакуум при- мерно 13,3 Па, который служит для слива масла во время отработки
режима дегазации и для азотирования масла, необходимогорежима дегазации и для азотирования масла, необходимогодля доливки трансформатора (основное количество масла азотируется в баке самого трансформатора); вакуумный насос типа ВН-1Г; насос типа РЗ-4,5; насос типа ЭЦМ-63-10; вакуумный насос типа ВН 461, абсорбциометр; бачок для слива проб масла; объемный жидкостный счетчик; система трубопроводов; сильфонные вентили; измерительные приборы (вакуумметр ВСБ, вакуумметры образцовые, щит управления, фильтры). Разрез колонки дегазатора показан на рис. 42.
режима дегазации и для азотирования масла, необходимого
режима дегазации и для азотирования масла, необходимого
Подготовка установки к работе. Трансформаторное мае ло, подлежащее дегазации, должно быть предварительно осушено и очищено от механических примесей. Бак с чис
тым сухим маслом маслопроводом соединяют с насосом установки. Затем установку заземляют и подают напряже-
ние на щит управления. Вентили на входе и выходе масла должны быть закрыты, остальные открыты. Включают вакуумный насос ВН-1Г и производят откачку воздуха из системы. При включении новой установки или после длительного перерыва в работе откачку следует производить не менее 24 ч. При остаточном давлении 133,3 Па производят проверку установки на натекание Для этого отключают вакуумный насос Если вакуум в системе начнет быстро падать, то следует найти и устранить течь (проверить сварные швы, плотность фланцевых соединений, подтяжку гаек и т. п.). Герметичность установки можно считать удовлетворительной, если натекание не превышает 66 Па (5 мм рт. ст.) в час.
Дегазация масла (рис. 41). Вентили /, 14, 15, 16 должны быть закрыты. Включают вакуумный насос 10 и соз дают в установке давление не более 66,6 Па (0,5 мм рт. ст.). Открывают вентиль 1, включают насос 2 и подают масло в дегазатор. Включают насос 9 и вентилем 8 регулируют отсос масла из дегазатора так, чтобы уровень его не поднимался выше красной черты на масломерном стекле. Красная черта указывает высоту, на которой в колонках приварено ложное периферическое дно, служащее опорой для насадок. Нельзя допускать, чтобы уровень масла поднимался выше красной черты, так как при этом часть колец (насадок) будет утоплена в масле и, следовательно, сократится общая полезная поверхность насадок. После того как началась циркуляция масла через дегазатор, включают нагреватель масла. Температура масла во время дегазации должна быть равной 60—65° С. После подачи масла вакуум в установке сразу падает до остаточного давления 533—666 Па. Через несколько минут давление опять снижается до 133—199 Па, и в дальнейшем весь процесс дегазации протекает при таком давлении.
Установка абсорбциометра на маслопроводе непосредственно за насосом 9 позволяет по мере необходимости производить отбор проб масла, не прекращая работы установки Для отбора пробы открывают вентили 14 и 5' и через них сливают масло в бачок // до тех пор, пока соединительные трубки и вентиль 5' не нагреются протекающим через них маслом. Бачок // через вентиль 27 соединен с воздухопроводом и находится под тем же вакуумом, что и вся установка. Затем закрывают вентиль 5' и масло будет поступать в абсорбциометр. После того как будет достигнута требуемая степень дегазации масла, от крывают вентиль 15, закрывают вентиль 26 и приступают к заливке трансформатора маслом.
Отключение установки производят в следующем порядке: выключают нагреватель масла, открывают вентиль 26 и закрывают вентиль /5, отключают насос 2 и перекрывают вентиль /, отключают электронасос 9 и вакуумный насос ВН-1Г.
К работе на установке могут допускаться только специально обученные люди. На рабочем месте должны находиться два человека. Перед подачей напряжения на установку следует обязательно проверить заземление. Установку следует обеспечить средствами пожаротушения (углекислотные огнетушители, песок, асбестополотно). Нельзя оставлять включенную установку без надзора, пользоваться открытым огнем в установке и вблизи нее, нельзя оставлять на рабочем месте промасленные концы, ветошь и другой обтирочный материал.
Дегазационная установка, изготовляемая по ТУ 34 1347- -73, отличается от предложенной МНУ ЭЦМ установки только конструктивным оформлением. Достоинством установки МНУ ЭЦМ является простота ее обслуживания и возможность после внесения в схему незначительных изменений производить непрерывно и последовательно процессы дегазации и азотирования масла. Возможность такого проведения процессов подтверждается статистической обработкой результатов дегазации масла при монтаже группы трансформаторов напряжением 750 кВ. Так, среднее остаточное содержание газа в масле составляло 0,0529% об. (норма 0,1% об.) при среднем квадратичном отклонении от среднего значения 0,00015 Температура масла во время проведения процесса колеблется от 55 до 70° С. Можно предположить, что при более стабильной температуре (60—65° С) могут быть получены еще лучшие результаты.
Прибор для определения остаточного содержания газа в масле — абсорбциометр завода «Москабель» представляет собой толстостенную стальную трубку, зажатую с помощью стяжных шпилек и гаек между двумя металлическими дисками. Недостатком такой конструкции прибора является то, что даже незначительный перекос при затяжке стяжных шпилек вызывает поломку стеклянной трубки. Поэтому толстостенная трубка была заменена толстостенным стаканом с шлифованным торцом. Стакан притирается к шлифованному металлическому диску и прочно удерживается на нем за счет разности между атмосферным и остаточным давлениями внутри стакана. Трубками, впаянными в диск, и вентилями внутренняя полость стакана соединяется с вакуумным насосом ВН-461, атмосферой, датчиком
Рис. 43. Абсорбциометр МНУ ЭЦМ: а - абсорбциометр в сборке; /. 2. 3 4.5- сильфонные вентили Ду—3 мм или 10мм; / толстостенный стеклянный стакан, 2—дно абсорбциометра (металл); 3— шкала, 4 — трубка для отбора пробы масла; 5- трубка для слива пробы из абсорбциометра; 6 трубка для присоединения к вакуумному насосу; 7 датчик типа МТ-6; б форсунка; / корпус форсунки; 2 винт двухзаходный; 3 шайба направляющая^ втулка;5—трубка абсорбциометра
МТ-6, маслопроводом и сливным бачком (рис. 43). Для обеспечения вакуумной плотности на торец стакана и на металлический диск наносится смазка следующего состава: смазка 1ДИЛТИМ 201 35% и канифоль 65%. Герметичность прибора определяется следующим образом: вентили Г, 3', 4', 5' закрывают, открывают вентиль 2', включают вакуумный насос ВН 461 и создают в приборе остаточное давление не более 13,3 Па. Перекрывают вентиль 2 (отключают прибор от вакуумного насоса) и определяют по вакуумметру ВСБ-1 давление в приборе, через 3 мин повторяют определение. Герметичность прибора считается удовлетворительной, если за 3 мин натекание не превысит 6,6 Па Если натекание будет больше указанного значения, то надо подтянуть накладные гайки, соединяющие латунные трубки с вентилями. Если и после этого натекание будет превышать допустимое значение, то надо осмотреть все соединения, найти и устранить подсос воздуха. При определении остаточного содержания газа в масле в приборе создают остаточное давление не более 13,3 Па (вентиль 4' открывают, вентили 1', 2', 3' и 5' закрывают), открывают вентиль Г и сливают через него в сливной бачок масло, пока трубки и вентиль не нагреются . маслом, поступающим из дегазатора. Затем отключают прибор от вакуумного насоса (закрывают вентиль 4') и определяют остаточное давление в приборе, открывают вентиль 2' и отбирают * пробу масла (объем пробы 160 см3). Высота столба масла определяется по шкале, прикрепленной к прибору, затем по градуировочной таблице, которая должна прилагаться к каждому прибору, определяют, какому объему соответст- ' вует данная высота столба масла После отбора пробы измеряется остаточное давление в приборе Рг. Количество газа в масле, % объема масла, подсчитывается по фор-
мулемуле("п—ум№—упр|133,3-760("п—ум№—упр|133,3-760100%,100%,где и п — объем прибора, см3; и м — объем пробы, см3; Pi — давление в приборе до отбора пробы, Па; Pi — давление в приборе после отбора пробы, Па. За истинное
муле
муле
("п—ум№—упр|133,3-760
("п—ум№—упр|133,3-760
100%,
100%,
значение принимается среднее из двух последовательных определений, причем результаты этих определений не должны отличаться друг от друга более чем на 20%.
Для подготовки прибора к следующему определению надо слить масло в бачок через вентиль 3', после чего вентиль 3' закрывают и вакуумным насосом через вентиль 4' создают в приборе остаточное давление 13,3 Па.
Если поступление масла в прибор затруднено, надо разобрать прибор и прочистить отверстия в распылителе. По описанному методу определяется не истинное содержание газа в масле, а только то количество, которое выделяется из масла при данных условиях (температуре, давлении, поверхности раздела между жидкой и газовой фазами). При введении пробы вакуум в адсорбциометре падает скач
ком в течение нескольких секунд, пока масло находится в распыленном состоянии и еще не осело на дно прибора. После того как проба масла осела на дно, давление в адсорбциометре практически не изменяется. Следовательно, выделение газа идет, только пока масло находится в распыленном состоянии. Заменив в адсорбциометре распыли
тельную головку форсункой,тельную головку форсункой,Рис. 44. Абсорбциометр треста «Гидроэлектромоитаж»Рис. 44. Абсорбциометр треста «Гидроэлектромоитаж»можно достичь более тонкого распыления пробы, что значительно увеличит поверхность раздела между газовой и жидкой фазами. В результате большое количество газа успеет выделиться из масла, пока проба осядет на дно и ошибка опыта будет уменьшена.
тельную головку форсункой,
тельную головку форсункой,
Рис. 44. Абсорбциометр треста «Гидроэлектромоитаж»
Рис. 44. Абсорбциометр треста «Гидроэлектромоитаж»
Заслуживает внимания абсорбциометр, предложенный трестом «Гидроэлектромонтаж». Прибор состоит из двух сосудов: г,—сосуд для отбора пробы масла (дозатор); v2— сосуд, в котором происходит выделение газа из пробы масла (дегазатор). Сосуды и, и у2 изготовлены из латунной труб-
ки диаметром 63 мм. Пайка всех соединений выполнена припоем ПС-40, несущие механическую нагрузку детали спаяны серебряным припоем. В вакуумных вентилях (тип 15Б50рЗмм) резиновые уплотнения колец заменены фторопластовыми. Все это обеспечивает незначительное натекание воздуха и стабильность работы прибора. Определение производится в следующей последовательности: закрывают вентили Вт и В5, открывают вентиль В4 и производят вакуумирование сосуда ®2 до остаточного давления Р!=0,1=0,2 тор, что соответсгвует 13,3—26,6 Па (1 тор=1 мм рт. ст. = 133 Па). Затем через вентили BY и В2 через сосуд и, проливают масло до полного удаления из него воздуха (время пролива примерно 1 мин), после чего вентили В!, В2 и В4 закрывают, открывают вентиль В5 и все масло из верхнего сосуда щ через распылитель переливается в сосуд v2- В этом случае меняющимися величинами являются только давления PY и Р2, так как объем пробы и прибора—величины постоянные, что значительно облегчает и уменьшает возможность ошибки при проведении определения и расчете полученных результатов. В приборе треста «Гидроэлектромонтаж» щ = 188 см3; v=237 см3.
Формула для определения содержания воздуха в пробе масла, %, принимает вид: Л=0,18 (Pi—Pi).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ГГарчикова Л. А., Дубнова Г. 3., Фотии А. Н. Защита изоляции трансформаторов от старения,- Энергетик, 1971, № 1, с. 22—23.
Долгинов А. И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике,- М.: Энергия, 1968.— 464 с.
Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло 2-е изд — М.: Энергия, 1968.— 352 с.
Нормы испытания электрооборудования.— 5-е изд.— М.: Атомиз- дат, 1978.— 304 с
Проскураков В. А., Драбкин А. Е. Химия нефти и газа.— Л. Химия, 1981.— 358 с.
Прудников Л. С. Трансформаторы с непрерывным контролем за состоянием масла. — Экспресс-информация. Сер. Электромонтажные работы, 1974 № 1 с. 18—19.
Труды ВНИПЭ.— М.: Энергия, 1976 — Вып. 49, с. 3—17,с 24— 31 с. 31—42.
Труды ВНИИЭ — М.: Энергия, 1980.— Вып. 60, с. 30 38
Трансформаторы. Переводы докладов на XXIII сессии Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ) Под ред. С И. Рабиновича — М.: Энергия. 1970, с. 19—28, с. 35- 46.
Филиппишин В. Я., Туткевич А. С. Монтаж силовых трансформаторов.— М.: Энергоиздат, 1981. 432 с. (Трансформаторы. Вып. 38).
Защита внутренней изоляции мощных силовых трансформаторов /В. Ф. Френкель, Л. Н. Шифрин, Ю. Е. Лимин, М. И. Гликман Г Д. Головань.— Электрические станции, 1974 № 10, с. 44—47.
Челищев Н. Природные цеолиты на старте.— Наука и жизнь, № 2, 1978, с. 78—81
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие3
Введение4
Пробой диэлектриков6
Изоляция трансформаторов28
Трансформаторное масло38
Защита изоляции трансформаторов53
Осушка трансформаторного масла цеолитами72г
Дегазация трансформаторного масла86
Список литературы100
ЛИДИЯ ОСИПОВНА МАНЕВИЧ
Обработка трансформаторного масла
Редактор издательства Л. В. Копейкина
Обложка художника Т. Н. Хромовой
Художественный редактор В. А. Гозак-Хозак
Технический редактор Г, В. Преображенская
Корректор Н. А. Смирнова
ИБ №329
Сдано в набор 12.09.84. Подписано в печать 31.01.85. Т-06123. Формат 84ХЮ8'/з2- Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 5,46. Усл. кр.-отт. 5.67. Уч.-изд л. 6,12. Тираж 27000 экз. Заказ 3749. Цена 30 к.
Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Ордена Октябрьской Революции н ордена Трудового Красного Знамени МПО «Первая Образцовая типография» Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 113054, Москва, Валовая, 28.
Энергоатомиздат готовит к изданию в 1986 г. следующие книги серии «Библиотека электромонтера»:
Ермилов А. А., Соколов Б. А. Электроснабжение промышленных предприятий.—4-е изд., пе- рераб. и доп.
Ишкин В. X., Строганов Н. И. Аппаратура многоканальной связи по ВЛ СВН.
Каминский Е. А. Как добиться надежной работы электроустановок. Пояснения, вопросы, ответы.
Овчинников В. В. Автоматическое повторное включение.
Преображенский В. И. Полупроводниковые выпрямители.
Рыжавский Г. Я., Скитальцев В. С. Наладка высокочастотных каналов телеотключения.
Предварительные заказы на эти книги Вы можете оформить в местных магазинах, распространяющих научно-техническую литературу.
Своевременное оформление предварительных заказов—гарантия того, что Вы приобретете интересующую Вас книгу.
Имеются в продаже и высылаютсяналоженным платежом
Правила устройства электроустановок. Раздел IV. Распределительные устройства и подстанции.— 5-е изд.— М.: Атомиздаз 1978.— 96 с.: ил.— (В обл.): 40 к.
Правила устройства электроустановок. Раздел V. Электросиловые установки. 5-е изд.— М.: Атомиздат, 1977 — 48 с.: ил.— (В обл.): 20 к.
Книги рассчитаны на инженерно-технический персонал, занятый проектированием, монтажом и эксплуатамией электрооборудования.
Заказы направлять по адресу: 117922, ГСП-1, Москва, Ленинский просп., 15. ВГО «Союзкнига». Отдел научно-технической литературы.
Книготорги имеют я продаже и высылают наложенным платежом (без задатка) книги из серии «Библиотека электромонтера»:
Алиев Г. М.-А. Агрегаты питания электрофильтров.— 2-е изд. перераб и доп.— М.: Энерго- издат, 1981.—136 с.— (Б-ка электромонтера; Вып. 517).—40 к.
Заказы направлять по адресам:
660607, г. Красноярск, ул. Мира, 86. Облкниго- торг;
480064, г. Алма-Ата, ул. Шевченко, 76.
Обл книготорг;
650059, г. Кемерово, Наградская ул., 5. Книготорг.
Абсатаров 3. А., Антонович Е. В. Подготовка производства электромонтажных работ.— М.: Энергоиздат, 1981.— 72 с., ил.— (Б-ка . электромонтера; Вып. 524).— 20 к.
Заказы направлять по адресам:
470038, г Караганда, ул. Сатпаева, 15. Книготорг;
196066, г. Ленинград, Московский просп., 189.
Книжный магазин № 92 «Энергия»;
454017, г. Челябинск, ул. Б. Хмельницкого, 6. Книжный магазин №18; '
480064, г. Алма-Ата, ул. Шевченко, 76. Облкниготорг.
Живов М. С. Монтаж подстанций промышленных предприятий.— 2-е изд. перераб и доп.— М.: Энергоиздат, 1981.— 96 с.— (Б-ка электромонтера; Вып. 516).— 25 к.
Заказы направлять по адресу:
443660, г. Куйбышев. ГСП, ул. Чапаевская, 85. Облкниготорг.
ЪМ пл
w№Wjbitiem.'n<W)tlA«