Трансформаторные масла используются в качестве жидкой изоляции и теплоотводящей среды в электротехнической аппаратуре, например, в трансформаторах, масляных выключателях, конденсаторах высокого напряжения, силовых кабелях. В масляных выключателях масла выполняют функцию дугогасящей среды.
Трансформаторные масла получают глубокой очисткой нефтяных масел различными способами. При этом нефти различных месторождений отличаются химическим составом, что оказывает существенное влияние на физико-химические показатели и углеводородный состав масел, получаемых из них.
С развитием техники ужесточились требования, предъявляемые к чистоте трансформаторных масел. Сроком эксплуатации трансформатора, в действительности, является срок жизни изоляционной системы (т.е. трансформаторного масла). В процессе эксплуатации масел в них накапливаются продукты окисления, загрязнения и другие примеси.
При появлении в масле кислорода и воды, трансформаторное масло окисляется даже при идеальных условиях. На состояние изоляционного масла также влияют загрязнения, появляющиеся от твердых материалов трансформатора, которые растворяются в масле.
Кислоты, образовавшиеся в процессе окисления, действуют на углерод и металлы и создают мыльный металл, альдегид, спирт, которые осаждаются как кислотные грязи (тяжелые вещества) на изоляции. Грязь появляется быстрее при сильно загруженном, горячем и не правильно эксплуатируемом трансформаторе. Грязь увеличивает вязкость масла, и тем самым, уменьшает его охлаждающую способность, что ведет к сокращению службы трансформатора.
Рыбаков К.В. в своей работе «Очистка нефтепродуктов от механических примесей и воды» предложил следующую схему классификации загрязнений топлив и масел (см. схему 1).
Схема 1. Классификация загрязнений топлив и масел
Целью очистки (регенерации) трансформаторного масла является извлечение из него влаги, кислот, механической грязи, а также нежелательных компонентов, таких как непредельные углеводороды, асфальто-смолистые вещества, сернистые и азотистые соединения. Для регенерации отработанных масел применяют разнообразные технологические операции, основанные на физических, физико-химических и химических процессах.
В качестве технологических операций обычно соблюдается следующая последовательность методов:
· механический – для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений (фильтрация, центрифугирование, отстой);
· теплофизический – выпаривание, вакуумная перегонка;
· физико-химический – коагуляция, адсорбция;
· химический – если недостаточно первых трех; он связан с применением более сложного оборудования и большими затратами.
В эксплуатационном трансформаторном масле содержится вода, образующаяся в процессе старения масла и изоляции, а также вода, попадающая в масло из окружающей среды. Вода является наиболее опасной примесью в масле, т.к. даже небольшие ее количества значительно снижают пробивное напряжение трансформаторного масла.
В эксплуатируемом масле вода находится в растворенном, капельном и дисперсном состоянии (в виде эмульсии). Между этими состояниями воды существует определенное равновесие, зависящее от температуры, давления и содержания стабилизирующих присадок.
Для удаления капельной и дисперсной воды целесообразнее применять методы центрифугирования и фильтрации. Молекулярно растворенная вода, которая не может быть отделена от масла в сепараторе, удаляется методами вакуумирования или адсорбции. Адсорбционный способ, суть которого заключается в очистке масел с помощью твердых пористых тел, называемых адсорбентами является наиболее эффективным. Примеси задерживаются на поверхности и во внутренних порах адсорбентов.
Адсорбционная очистка может осуществляться одним из трех способов:
1.Перколяционный.
2.Контактный.
3. Методом противотока.
При перколяционном способе отработанное масло фильтруется через слой зерненого адсорбента (чаще всего, силикагеля), загруженного в вертикальный цилиндрический сосуд.
При контактной очистке восстанавливаемое масло при 70-75 оС контактирует (перемешивается) с порошкообразным адсорбентом в течение определенного времени, а затем освобождается от адсорбента на фильтре - прессе. Мелкая фракция адсорбента и температура обеспечивают достаточно высокую скорость массообмена, и очистка масла проходит быстро. К недостаткам контактной очистки следует отнести необходимость утилизации большого количества адсорбента, загрязняющего окружающую среду.
При третьем способе – масло и адсорбент движутся навстречу друг другу.
Наиболее перспективным методом является адсорбционная очистка масла в движущемся слое адсорбента, при котором процесс протекает непрерывно, без остановки для периодической замены, регенерации или фильтрования адсорбента, однако, применение этого метода связано с использованием довольно сложного оборудования.
В качестве адсорбентов для осушки и очистки масел можно использовать: силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, отбеливающие глины, синтетические цеолиты.
Как правило, на линиях очистки трансформаторных масел применяется блок адсорберов, состоящий из четырех патронов на 50 кг каждый. Один патрон наполнен цеолитами (типа NaA), наиболее эффективно очищающими масло от растворенной воды. Целесообразнее осушку масла цеолитами производить при пробивном напряжении масла 10 кВ и более. Динамическая активность цеолитов типа А при осушке электроизоляционных масел составляет 7-16%.
Три остальных патрона заполнены силикагелем КСКГ, очищающим масло от продуктов окисления, непредельных углеводородов, асфальто-смолистых, сернистых и азотистых соединений. Кроме вышеназванных веществ силикагель способен поглощать и растворенную воду, поэтому, предочистка масла цеолитами способствует более длительной работе силикагеля.
Блоки адсорберов могут состоять из различного количества патронов, заполненных цеолитами и силикагелем в различных соотношениях.
Такие блоки адсорберов установлены на многих станциях, стендах и линиях очистки трансформаторных и нефтяных масел, таких как ЛТМ – 901 и ЛТМ – 902, МЦУ – 4С и МЦУ – 4ЦС, РИФ 3-5 и др.
Наиболее эффективной и быстрой является очистка за один проход, когда масло после УВМ (установка восстановления масла) подается в чистую емкость. При этом пробивное напряжение масла на выходе возрастает в несколько раз, в зависимости от производительности установки. При невозможности очистки за один проход применяют циркуляционный метод, когда масло после УВМ возвращается в исходную емкость. В этом случае величина пробивного напряжения масла в емкости зависит от кратности прохода всего объема масла через линию, возрастая постепенно от исходного значения до предельного (для соответствующей производительности) на выходе.
Для не очень загрязненных масел достаточна 2-3 кратная циркуляция, а для сильно загрязненных кратность циркуляции необходимо увеличить до 5-7.
К примеру, линия очистки ЛТМ обеспечивает очистку масла по следующим показателям:
- уменьшения содержания воды до 10-20 г на 1т масла;
- снижения его кислотности в 10 раз;
- удаление механических примесей;
- повышение пробивного напряжения трансформаторного масла с 10-15 до 70 кВ.
Поскольку периодически адсорбенты необходимо регенерировать, к блокам адсорберов присоединяют блоки регенерации сорбентов, позволяющие очищать адсорбенты, не перегружая их из рабочих адсорберов. Они бывают различных типов, например:
1. БРПС – предназначен для регенерации синтетических и натуральных адсорбентов методом обработками токами высокой чистоты под вакуумом без дополнительной перегрузки, непосредственно в адсорбере отдельно стоящих установок МЦУ.
2. ПС-1 – предназначена для регенерации синтетических и натуральных сорбентов термовакуумным методом.
БР – блок регенерации, предназначенный для нагрева атмосферного воздуха и регенерации адсорбентов путем продувки горячим воздухом до 400оС
