Какие бывают виды масляных трансформаторов. Чем отличаются трансформаторы ТМ, ТМГ и ТМГФ. Как устроены масляные трансформаторы. Где применяются разные типы масляных трансформаторов. Какие преимущества у герметичных трансформаторов.
Основные виды масляных трансформаторов
Масляные трансформаторы являются одним из самых распространенных типов силовых трансформаторов. Они широко применяются в системах электроснабжения благодаря своей надежности, долговечности и способности работать в широком диапазоне температур. По конструктивному исполнению выделяют следующие основные виды масляных трансформаторов:
- Трансформаторы типа ТМ (негерметичные)
- Трансформаторы типа ТМГ (герметичные)
- Трансформаторы типа ТМГФ (герметичные фланцевые)
Рассмотрим особенности конструкции и применения каждого из этих видов подробнее.
Устройство и принцип работы масляного трансформатора
Прежде чем разбирать отличия между видами масляных трансформаторов, необходимо понять общий принцип их работы. Основными элементами масляного трансформатора являются:
- Магнитопровод (сердечник)
- Обмотки (первичная и вторичная)
- Бак с трансформаторным маслом
- Вводы высокого и низкого напряжения
- Система охлаждения (радиаторы)
Принцип действия масляного трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. При подаче переменного напряжения на первичную обмотку в магнитопроводе возникает переменный магнитный поток. Этот поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС. Величина индуцированной ЭДС зависит от соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках.
Трансформаторное масло выполняет две важные функции:
- Служит диэлектриком, обеспечивая электрическую изоляцию
- Отводит тепло от обмоток и сердечника, выполняя роль охлаждающей среды
Теперь рассмотрим, чем отличаются разные виды масляных трансформаторов.
Трансформаторы типа ТМ (негерметичные)
ТМ расшифровывается как «трансформатор масляный». Это классическая конструкция масляного трансформатора, которая имеет следующие особенности:
- Наличие расширительного бака
- Открытое сообщение масла с атмосферой через воздухоосушитель
- Необходимость периодической замены и очистки масла
Расширительный бак компенсирует изменение объема масла при колебаниях температуры. Через воздухоосушитель происходит «дыхание» трансформатора — при нагреве излишки масла вытесняются в расширитель, при охлаждении масло втягивается обратно вместе с воздухом, который проходит осушку.
Основной недостаток трансформаторов ТМ — постепенное ухудшение свойств масла из-за контакта с окружающей средой. Это требует регулярного контроля состояния масла и его замены.
Трансформаторы типа ТМГ (герметичные)
ТМГ расшифровывается как «трансформатор масляный герметичный». Главное отличие от ТМ — полная герметизация внутреннего объема трансформатора. Особенности конструкции:
- Отсутствие расширительного бака
- Наличие гофрированных стенок бака для компенсации температурных расширений масла
- Отсутствие контакта масла с окружающей средой
Какие преимущества дает герметичное исполнение?
- Масло не окисляется и не увлажняется, сохраняя свои свойства весь срок службы
- Не требуется периодическая замена и очистка масла
- Снижаются затраты на обслуживание
- Повышается надежность и увеличивается срок службы
Трансформаторы ТМГ практически вытеснили ТМ в диапазоне мощностей до 6300 кВА благодаря своим преимуществам.
Трансформаторы типа ТМГФ (герметичные фланцевые)
ТМГФ — это модификация трансформаторов ТМГ, предназначенная для установки внутри помещений. Их главная особенность — наличие фланцевых вводов для подключения к распределительным устройствам. Конструктивные отличия:
- Вводы высокого и низкого напряжения смещены к торцам корпуса
- Наличие защитных кожухов на вводах
- Возможность фланцевого соединения с шинопроводами
Трансформаторы ТМГФ удобны при компактном размещении подстанций внутри зданий. Фланцевое соединение обеспечивает высокую степень защиты и безопасность обслуживания.
Области применения различных видов масляных трансформаторов
Выбор типа масляного трансформатора зависит от условий эксплуатации и требований к обслуживанию:
- ТМ — применяются в основном для замены старых трансформаторов аналогичного типа
- ТМГ — наиболее универсальны, используются как в помещениях, так и на открытых подстанциях
- ТМГФ — оптимальны для установки внутри производственных и общественных зданий
При новом строительстве и модернизации подстанций чаще всего выбирают герметичные трансформаторы ТМГ и ТМГФ из-за их преимуществ в обслуживании.
Сравнение характеристик трансформаторов ТМ, ТМГ и ТМГФ
Для наглядного сравнения основных характеристик рассмотренных видов масляных трансформаторов составим сравнительную таблицу:
| Характеристика | ТМ | ТМГ | ТМГФ |
|---|---|---|---|
| Герметичность | Нет | Да | Да |
| Расширительный бак | Есть | Нет | Нет |
| Замена масла | Требуется | Не требуется | Не требуется |
| Установка | В помещении/на улице | В помещении/на улице | Преимущественно в помещении |
| Фланцевые вводы | Нет | Нет | Есть |
Как видно из таблицы, герметичные трансформаторы ТМГ и ТМГФ имеют ряд преимуществ перед классическими ТМ в плане обслуживания и надежности.
Особенности эксплуатации масляных трансформаторов
При эксплуатации масляных трансформаторов необходимо учитывать следующие факторы:
- Температурный режим (допустимый диапазон от -60°C до +40°C)
- Нагрузочная способность и допустимые перегрузки
- Контроль уровня и качества масла (для негерметичных ТМ)
- Периодичность технического обслуживания
Для герметичных трансформаторов ТМГ и ТМГФ объем обслуживания существенно меньше, чем для ТМ. Однако все типы масляных трансформаторов требуют соблюдения правил пожарной безопасности, так как трансформаторное масло является горючей жидкостью.
Современные тенденции в конструкции масляных трансформаторов
Развитие технологий производства трансформаторов направлено на повышение их энергоэффективности и экологичности. Современные тенденции включают:
- Применение аморфных сплавов для изготовления магнитопроводов
- Использование изоляционных материалов с улучшенными характеристиками
- Оптимизация конструкции для снижения потерь холостого хода и короткого замыкания
- Внедрение систем онлайн-мониторинга состояния трансформатора
Эти инновации позволяют создавать масляные трансформаторы с повышенным КПД и увеличенным сроком службы.
Заключение о выборе типа масляного трансформатора
При выборе типа масляного трансформатора необходимо учитывать следующие факторы:
- Условия эксплуатации (в помещении или на открытом воздухе)
- Требования к обслуживанию и надежности
- Стоимость оборудования и затраты на эксплуатацию
- Экологические аспекты
В большинстве случаев оптимальным выбором являются герметичные трансформаторы ТМГ, а для установки внутри зданий — ТМГФ. Они обеспечивают высокую надежность при минимальных затратах на обслуживание. Однако в некоторых специфических условиях могут быть предпочтительны и классические трансформаторы ТМ.
Правильный выбор типа масляного трансформатора позволяет обеспечить надежное и эффективное электроснабжение объектов различного назначения.
Устройство масляного трансформатора, принцип работы
С целью снижения потерь электрической энергии при её транспортировке на большие расстояния используются трансформаторы, которые для этой цели преобразуют переменное напряжение генераторных подстанций в более высокое. Кроме того, с помощью этих агрегатов выполняется распределение энергии по потребителям, для чего напряжение понижается до требуемого уровня.
Используемые сегодня трансформаторы можно разделить на масляные и сухие. Масляные трансформаторы используются успешно уже много десятилетий практически во всех отраслях промышленности, что обусловлено прежде всего их характеристиками и свойствами.
Так, например, они выделяются особой надежностью и устойчивостью к колебаниям температур и перегрузкам. Магнитный провод и обмотки в таких агрегатах охлаждаются с помощью трансформаторного масла.
У маслонаполненных агрегатов немало преимуществ:
- Наличие бака обеспечивает защиту обмоток от неблагоприятных воздействий извне;
- Способны выдерживать резкие перепады температур в диапазоне от –60 до +40 °С;
- Отлично выносят перегрузки во время короткого замыкания;
- В зависимости от исполнения обладают относительно невысоким реактивным сопротивлением, что делает подобные аппараты очень надежными.
Устройство силового масляного трансформатора
Устройство силового трансформатора масляного типа аналогично устройству других видов трансформаторов. Основными элементами конструкции трансформаторов являются сердечник, или магнитопровод, из ферромагнитного материала, а также медные или алюминиевые обмотки в виде цилиндров. В конструкцию трансформатора входят также детали из электроизоляционных и конструкционных материалов.
Основная разница в конструкции этих агрегатов заключается в наличии у масляных трансформаторов бака, заполненного маслом. Зачем масло в трансформаторе? Оно является как охлаждающей жидкостью, так и изолятором. Для возмещения всего объема масла и скачков температур в этом устройстве есть специальный расширитель.
Для контроля температуры масла на крышке бака размещают термометр, а также входы и выходы обмоток. Чтобы предотвратить попадание влаги внутрь бака, устанавливают осушитель воздуха. Бак изготавливают из специального прочного материала.
Материал сердечника – специальная электротехническая сталь, которая отличается улучшенными электромагнитными свойствами.
В состав обмоток из медного или алюминиевого обмоточного провода входят проводники и различные изоляционные детали, основной функцией которых является защита витков от негативных воздействий. Подробная схема установки масляного трансформаторного устройства представлена на рис. 1.
Рис. 1. Устройство масляного трансформатора: 1– бак для масла, 2 – вентиль, 3 – болт заземления, 4 – термосифонный фильтр, 5 – радиатор, 6 – переключатель, 7 – расширитель, 8 – маслоуказатель, 9 – воздухоосушитель, 10 – выхлопная труба, 11 – газовое реле, 12 – ввод высокого напряжения (ВН), 13 – привод переключающего устройства, 14 – ввод низкого напряжения (НН), 15 – подъемный рым, 16 – отвод НН, 17 – остов, 18 – отвод ВН, 19 – ярмовые балки остова (верхняя и нижняя), 20 – регулировочные ответвления обмоток ВН, 21 – обмотка ВН (внутри НН), 22 – каток тележки
Принцип работы масляного трансформатора
В основе работы прибора – передача энергии из одной обмотку в другую посредством электромагнитной индукции.
Простейший трансформатор имеет две индуктивно связанные обмотки. Ток переменного напряжения поступает на так называемую первичную обмотку, после чего вокруг витков обмотки образуется переменное магнитное поле, которое концентрируется, в основном, в ферромагнитном сердечнике. Магнитное поле пронизывает витки не только первичной, но и вторичной обмотки, индуцируя в ней ЭДС. Под действием этой индуцированной ЭДС на выводах вторичной обмотки возникает разность потенциалов, называемая вторичным напряжением.
Масло обладает высокими диэлектрическими свойствами, то есть имеет малую электропроводность. Его заливают в бак, снабженный задвижками и винтовыми заглушками. В нижней части установлен запорный двигатель, который извлекают, когда нужно проверить масло на наличие пыли и других примесей. Для увеличения поверхности бака могут применяться металлические пластины, которые ускоряют процедуру теплообмена между маслом и наружным воздухом.
Попадая в бак, масло начинает движение по внутреннему и внешнему кругу.
Функцию первого круга выполняют два коллектора, образующих радиатор. Благодаря установленному в баке термометру можно регулировать температуру масла в зависимости от заданного значения. Для чего необходимо масло в силовых трансформаторах? Оно выполняет три основные функции:
- охлаждает трансформаторные обмотки;
- действует как изоляция между токоведущими и заземлёнными элементами активной части трансформатора;
- наконец, описывает состояние изоляции, служа источником диагностической информации.
Для долгой службы аппарата необходимо придерживаться правил его эксплуатации, и поскольку масло здесь является одним из важнейших компонентов, его качество имеет большое значение.
Важно не допускать нахождения маслонаполненного агрегата вблизи взрывоопасных элементов, так как данный аппарат имеет большой риск возгорания. Еще раз напомним, что трансформаторное масло – легковоспламеняющееся вещество.
Различия между сухими и масляными трансформаторами
Так как масляные трансформаторы имеют некоторые ограничения по размещению и нюансы обслуживания, а также низкую пожаробезопасность, в последнее время все большей популярностью стали пользоваться модели сухих трансформаторов.
В сухом трансформаторе пространство между обмотками не заполнено жидким диэлектриком, как в трансформаторе масляного типа, а охлаждение обмоток и магнитопровода осуществляется с помощью воздуха, который циркулирует естественным образом (естественная циркуляция) или принудительно (принудительная циркуляция).
Кроме данного принципиального различия, заявленного в названии устройств, эти силовые электроустановки отличаются еще по нескольким параметрам.
Во-первых, место установки. Если говорить об агрегатах масляного типа, то они устанавливаются снаружи. Сухие же могут устанавливаться как снаружи, так и внутри. Так как сухие трансформаторные устройства могут устанавливаться внутри, для них не нужны специальные сооружения, что также отличает их от масляных.
Во-вторых, так как масляные аппараты имеют большую угрозу возгорания, они имеют категорию пожарной безопасности В1, то есть пожароопасные, сухие же имеют категорию Д, то есть безопасные.
В-третьих, если говорить о перегрузках, то масляные трансформаторы устойчивы как к температурным перегрузкам, так и к перенапряжениям. Сухие – практически не имеют устойчивости к перегрузкам.
В-четвёртых, они различаются обслуживанием. Приборы сухого типа подлежат лишь наружному осмотру и очистке от пыли. Из-за высоких рисков масляные устройства подвергаются обязательному регулярному разностороннему техническому обслуживанию, включая анализ содержания влаги и газа в масле.
Наконец, они различаются сроком службы. Сухие трансформаторы имеют срок работы 10–15 лет, а это почти в два раза меньше, чем у маслонаполненных, срок службы которых составляет 20–25 лет. Конечно, многое зависит от условий эксплуатации конкретного устройства, однако именно такие сроки в среднем выдерживают данные агрегаты.
Типы масляных трансформаторов
По конструктивному исполнению выделяют трансформаторы типа ТМ (негерметичные) и герметичные – ТМГ.
В первом случае масло контактирует с окружающей средой (через расширитель), во втором – нет.
По мощности маслонаполненные аппараты бывают от 10 до 1000 МВа.
Если говорить о количестве фаз, то в большинстве случаев такие трансформаторы имеют трехфазную систему, но также применяются и однофазные.
Кроме того, эти устройства можно классифицировать по назначению: повышающие или понижающие.
Масляные трансформаторы группы СВЭЛ
Группа СВЭЛ изготавливает трансформаторы разной мощности для различных сфер промышленности и условий применения (рис. 2).
Рис. 2. Силовой масляный трансформатор Группы СВЭЛ
На производствах с сетями напряжения до 35 кВ, а также для электроснабжения железной дороги производят устройства с напряжением, соответственно, до 35 кВ.
Для тех же целей, но для сетей с напряжением до 110 кВ выпускают трансформаторы с номинальным напряжением до 110 кВ.
Трансформаторные устройства с напряжением до 220 кВ производства СВЭЛ применяют на предприятиях различных отраслей с напряжением сети до 220 кВ включительно.
Агрегаты с номинальным напряжением 330–750 кВ – в сети с напряжением 330 кВ и выше.
Маслонаполненные агрегаты с номинальным напряжением от 110 до 750 кВ используются на крупных подстанциях России и ряда других государств, где они служат узлами межрегиональных сетей передачи электроэнергии.
На площадках группы СВЭЛ осуществляется полный цикл производства. Контроль на каждом этапе обеспечивает высокое качество электротехнического оборудования и установок.
Отличия силовых трансформаторов ТМ, ТМГ, ТМГФ
Большинству специалистов известна разница между трансформаторами ТМ, ТМГ и ТМГФ. Однако, для тех, кто редко с этим сталкивается, небольшая справка будет полезна.
Все перечисленные трансформаторы относятся к типу «масляных».
Их охлаждение осуществляется с помощью специального трансформаторного масла, залитого в радиаторы.
Прямое назначение силовых масляных трансформаторов — понижение напряжения в сети до рабочего значения (как правило, 0,4 кВ). Устанавливаются трансформаторы как внутри помещений трансформаторных подстанций, так и снаружи, так как довольно неприхотливы в отношении температуры окружающей среды. Силовые трансформаторы могут работать при температуре от -60 до +45 градусов. Защита обмоток масляной средой увеличивает срок эксплуатации до 25 лет, одновременно повышая надежность и нетребовательность к обслуживанию. Единственным недостатком силовых масляных трансформаторов считается потребность в химически пассивной и невзрывоопасной окружающей среде.
По конструктивному исполнению трехфазные силовые трансформаторы с масляным охлаждением делятся на следующие виды:
- трехфазные масляные (ТМ),
- трехфазные масляные в герметичной оболочке (ТМГ).
Трансформаторы ТМ
Исторически первыми появившимися силовыми масляными трансформаторами были трансформаторы марки ТМ.
Эта аббревиатура собственно и означает «трансформатор масляный» (точнее трансформатор «трехфазный масляный»).
В трансформаторах с естественным масляным охлаждением магнитопровод с обмотками погружают в бак, наполненный очищенным минеральным (трансформаторным) маслом. Масло перед заливкой дегазируется, что позволяет увеличить электрическую прочность изоляции.
Характерной чертой внешнего вида трансформаторов ТМ с полным заполнением маслом является расширительный бак.
Во время работы трансформатора масло нагревается, его объем увеличивается. Увеличение объема масла компенсируется расширителем, который имеет масляный затвор с воздухоосушителем для очистки и осушения воздуха. Объем расширительного бака составляет около 10% от объема масла.
Трансформаторы марки ТМ не являются герметичными. Со временем трансформаторное масло может впитывать влагу и воздух из окуружающей среды, теряя при этом свои свойства. По этой причине для трансформаторов ТМ предусматривается регулярная замена трансформаторного масла, что, учитывая его объем (до 300-400 литров), является непростой процедурой и может проводиться только специалистами.
Кроме того, возникает проблема утилизации старого трансформаторного масла.
Указанных проблем лишены трансформаторы ТМГ с герметичным масляным баком, которые к настоящему времени практически полностью вытеснили трансформаторы ТМ до мощности 6,3 мВА.
Трансформаторы ТМГ
В отличии от предшествующей серии трансформаторов ТМ, масляные трансформаторы серии ТМГ изготавливаются в герметичном исполнении (их внутренний объем не имеет сообщения с окружающей средой).
Трансформаторы заполнены трансформаторным маслом. Расширитель или газовая «подушка», сообщающаяся с внешней средой, отсутствует, вследствии чего исключается увлажнение и окисление масла, а также шламообразование. Трансформаторное масло не меняет своих свойств в течение всего срока службы трансформаторов, поэтому проводить отбор пробы масла и его замену не требуется (Правила устройства электроустановок. 7-е Издание. Глава 1.8.16, п. 13).
Герметичные трансформаторы ТМГ, даже после продолжительного хранения, практически не требуют расходов на предпусковые работы и при правильной эксплуатации не нуждаются в профилактических ремонтах и ревизиях в течении всего срока эксплуатации.
Изменение давления внутри бака компенсируется благодаря небольшой воздушной «подушке», предусмотренной в верхней части бака масляного трансформатора ТМГ, а также благодаря конструкции радиаторов. Для исключения недопустимого превышения давления трансформатор ТМГ снабжен предохранительным клапаном, срабатывающим при избыточном давлении 75 кПа (0,75 кгс/см2).
Для локализации последствий аварий, связанных с повреждением трансформатора, баки трансформаторов серий ТМГ оснащаются предохранительными мембранными устройствами, предназначенными для аварийного сброса масла при резком увеличении избыточного давления. При нормальной эксплуатации данное устройство не требует дополнительного обслуживания в течение всего срока службы трансформатора ТМГ.
Трансформаторы ТМГФ
Трансформаторы ТМГФ (фланцевые) являются модификацией трансформаторов ТМГ для установки внутри производственных помещений.
Вводы высокого и низкого напряжений на трансформаторах серий ТМГФ смещены в торцам корпуса трансформатора и оснащены коробами, что обеспечивает возможность фланцевого сопряжения с соответствующими распределительными устройствами.
При установке внутри помещения шины высокого и низкого напряжения должны быть расположены таким образом, чтобы к ним не было доступа обслуживающего персонала. Для этого используют металлические короба, которые ограждают шины. Короба на трансформаторе крепятся к фланцам.
Установка трансформатора ТМГФ внутри помещения
типов трансформаторного масла | MBT Transformer
Типы трансформаторного масла обладают свойствами, способствующими безопасной и бесперебойной работе трансформаторов. Следовательно, это критический элемент в системах электроснабжения. Давайте узнаем больше о трансформаторном масле из статьи ниже.
Содержание
1. Что такое трансформаторное масло?
2. Типы трансформаторного масла
а. Нафтеновое масло
b. Парафиновое масло
3. Идеальные свойства трансформаторного масла
a. Электрические свойства трансформаторного масла
b.
Химические свойства трансформаторного масла
c. Физические свойства трансформаторного масла
4. Испытание трансформаторного масла
5. Почему важны испытания трансформаторного масла?
1. Что такое трансформаторное масло?
Трансформаторное масло (также известное как изоляционное масло) — это особый тип масла, обладающий превосходной электроизоляцией и стабильный при высоких температурах. Масляные трансформаторы используют масло для изоляции, остановки разряда и разряда ауры и в то же время рассеивания тепла трансформатора (т.е. в качестве хладагента).
Трансформаторное масло также используется для консервации сердечника и обмоток трансформатора путем их полного погружения в масло. Еще одним важным свойством изоляционного масла является предотвращение окисления целлюлозно-бумажной изоляции. Трансформаторное масло служит барьером между атмосферным кислородом и целлюлозой, избегая прямого контакта и, следовательно, сводя к минимуму окисление.
Уровень трансформаторного масла измеряется с помощью MOG (магнитного указателя уровня масла).
Трансформаторное масло
2. Типы трансформаторного масла В настоящее время используются два основных типа трансформаторного масла: трансформаторное масло на основе парафина и трансформаторное масло на основе лигроина.
а. Нафтеновое масло
Минеральное изоляционное масло получают из определенных видов сырой нефти, которые содержат чрезвычайно низкое содержание н-парафинов, известных как парафин.
Температура застывания этого масла ниже по сравнению с парафиновым маслом из-за меньшего содержания парафина.
Температура кипения этого масла составляет примерно 425 °C.
По сравнению с другими маслами это масло более подвержено коррозии.
Продукты окисления растворимы в масле.
Коррозия сырой нефти на основе парафина приводит к образованию нерастворимого шлама, увеличивающего вязкость.
Так уменьшится мощность теплопередачи, срок службы и перегрев.Эти масла содержат ароматические соединения при относительно более низких температурах, например -40°C.
Так уменьшится мощность теплопередачи, срок службы и перегрев.Минеральное изоляционное масло, полученное из специальной нефти, содержит значительное количество н-парафина, т. е. парафина.
Температура застывания этого масла выше по сравнению с нафтеновым типом из-за высокого содержания парафинов.
Температура кипения этого масла около 530 °С.
Окисление этого масла меньше.
Продукты окисления нерастворимы в масле.
Несмотря на то, что нафтеновый тип масла более подвержен коррозии, чем парафиновый, продукты окисления растворяются в масле, что приводит к уменьшению проблемы.
Теоретически, масло на основе парафина не так легко окисляется, как масло на основе нафты, и образует меньше шлама.
Дело в том, что нефтешлам на основе нафты лучше растворяется, чем масло на основе парафина, поэтому любой шлам, образуемый маслом на основе нафты, легче удалить, чем шлам из масла на основе парафина. Если шлам скапливается на дне контейнера трансформатора, он будет мешать работе трансформатора.
Нефть на основе нафты и нефть на основе парафина не содержат растворенного парафина. Этот парафин может повысить температуру застывания и потенциально вызвать проблемы, но в более теплом климате, где температура никогда не бывает очень низкой, это не проблема.
Тем не менее, парафиновое масло является наиболее часто используемым типом масла в трансформаторах во всем мире, несмотря на то, что масло на основе нафты имеет более очевидное преимущество.
3. Идеальные свойства трансформаторного масла Для определения пригодности масла к эксплуатации следует учитывать некоторые специфические свойства изоляционного масла.
Свойства (или параметры) трансформаторного масла:
- Электрические свойства: Удельное сопротивление, диэлектрическая прочность, коэффициент диэлектрических потерь.
- Химические свойства: Содержание воды, кислотность, содержание шлама.
- Физические свойства: межфазное натяжение, вязкость, температура вспышки, температура застывания.
Диэлектрическая прочность трансформаторного масла также известна как напряжение пробоя трансформаторного масла (BDV). Напряжение пробоя измеряют, наблюдая, при каком напряжении искрят нити между двумя погруженными в масло электродами, разделенными определенным зазором. Низкое значение BDV свидетельствует о наличии в масле влагосодержащих и проводящих веществ.
Для измерения BDV трансформаторного масла на объекте обычно имеется переносной комплект для измерения BDV. В этом комплекте масло хранится в баке, в котором закреплена одна пара электродов с зазором между ними 2,5 мм (в некоторых комплектах 4 мм). Теперь между электродами подается медленно возрастающее напряжение. Скорость нарастания напряжения контролируют на уровне 2 кВ/с и наблюдают за напряжением, при котором начинается искрение между электродами, т.
е. при напряжении, при котором диэлектрическая прочность трансформаторного масла между электродами нарушена.
Это измерение проводится от 3 до 6 раз в одной и той же пробе масла, и мы берем среднее значение этих показаний. BDV является основным индикатором исправности масла. Так что это популярный и важный тест трансформаторного масла, и его можно легко провести на месте.
Сухое и чистое масло дает результаты BDV, лучшие, чем масло с содержанием влаги и другими токопроводящими примесями. Минимальным напряжением пробоя трансформаторного масла или диэлектрической прочностью трансформаторного масла, при котором это масло можно безопасно использовать в трансформаторе, считается 30 кВ.
- Удельное сопротивление трансформаторного масла
Это еще одно важное свойство трансформаторного масла. Удельное сопротивление масла является мерой сопротивления постоянному току между двумя противоположными сторонами блока масла объемом один см3.
Его единицей является ом-см при определенной температуре. С повышением температуры удельное сопротивление масла быстро уменьшается.
Сразу после зарядки трансформатора после длительного простоя температура масла будет равна температуре окружающей среды, а при полной нагрузке температура будет очень высокой. Может доходить до 90ºC в условиях перегрузки. Удельное сопротивление изоляционного масла должно быть высоким при комнатной температуре и иметь хорошее значение при высоких температурах.
Поэтому удельное сопротивление или удельное сопротивление трансформаторного масла следует измерять при 27ºС и 90ºС.
Минимальное нормативное удельное сопротивление трансформаторного масла при 90ºС составляет 35·1012 Ом-см, при 27ºС — 1500·1012 Ом-см.
- Коэффициент диэлектрических потерь тангенса дельты трансформаторного масла
Коэффициент диэлектрических потерь также известен как коэффициент потерь или тангенс дельта трансформаторного масла.
Когда изоляционный материал помещается между токоведущей частью и заземленной частью электрооборудования, возникает ток утечки. Поскольку изоляционный материал является диэлектриком, ток через изоляцию в идеале опережает напряжение на 90°. Здесь напряжение означает мгновенное напряжение между токоведущей частью и землей оборудования. Но на самом деле никакие изоляционные материалы не являются идеальными диэлектриками по своей природе.
Следовательно, ток через изолятор будет опережать напряжение под углом чуть меньше 90º. Тангенс угла, на который он меньше 90º, называется коэффициентом диэлектрических потерь или просто тангенсом дельта трансформаторного масла. Проще говоря, ток утечки через изоляцию действительно имеет две составляющие: одну резистивную или активную, а другую емкостную или реактивную. Опять же, из приведенной выше диаграммы ясно, что значение ‘δ’ также известно как угол потерь.
Если угол потерь мал, то резистивная составляющая тока IR мала, что свидетельствует о высоком резистивном свойстве изоляционного материала.
Изоляция с высоким сопротивлением является хорошим изолятором. Следовательно, желательно, чтобы угол потерь был как можно меньше. Поэтому мы должны стараться, чтобы значение tanδ было как можно меньше. Высокое значение этого тангенса δ указывает на наличие загрязнителей в трансформаторном масле.
Следовательно, существует четкая зависимость между тангенсом δ и удельным сопротивлением изоляционного масла. Если значение тангенса дельта увеличивается, удельное сопротивление изоляционного масла уменьшается, и наоборот. Таким образом, как испытание на сопротивление, так и испытание на тангенс дельта трансформаторного масла, как правило, не требуются для одного и того же куска изолятора или изоляционного масла.
Одним предложением можно сказать, что tanδ является мерой несовершенства диэлектрической природы изоляционных материалов, таких как масло.
б. Химические свойства трансформаторного масла Содержание влаги или воды в трансформаторном масле крайне нежелательно, так как это неблагоприятно влияет на диэлектрические свойства масла.
Содержание воды в масле также влияет на бумажную изоляцию обмотки и сердечника трансформатора. Бумага очень гигроскопична. Бумага поглощает максимальное количество воды из масла, что влияет на изоляционные свойства бумаги и сокращает срок ее службы. Но в нагруженном трансформаторе масло нагревается сильнее; следовательно, растворимость воды в масле увеличивается.
В результате бумага выделяет воду и увеличивает содержание воды в трансформаторном масле. Таким образом, температура масла во время отбора пробы для испытаний имеет решающее значение. При окислении в масле образуются кислоты; кислоты обуславливают растворимость воды в масле. Кислота в сочетании с водой разлагает масло, образуя еще больше кислоты и воды. При этом скорость деградации масла увеличивается. Мы измеряем содержание воды в масле как ppm (частей на миллион единиц).
Содержание воды в масле допускается до 50 ppm, рекомендованного IS-335(1993). Точное измерение содержания воды при таких низких уровнях требует сложного прибора, такого как кулонометрический титратор Карла Фишера.
- Кислотность трансформаторного масла
Кислотное трансформаторное масло является вредным свойством. Если масло становится кислым, содержание воды в масле становится более растворимым в масле. Кислотность масла ухудшает изоляционные свойства бумажной изоляции обмотки. Кислотность ускоряет процесс окисления в масле. К кислоте относится также ржавление железа в присутствии влаги.
Испытание трансформаторного масла на кислотность можно использовать для измерения кислотных компонентов загрязняющих веществ. Мы выражаем кислотность масла в мг КОН, необходимого для нейтрализации кислоты, содержащейся в грамме масла. Это также известно как число нейтрализации.
в. Физические свойства трансформаторного масла Межфазное натяжение между поверхностью воды и масла является способом измерения молекулярной силы притяжения между водой и маслом. в дин/см или миллиньютон/метр. Межфазное натяжение как раз полезно для определения наличия продуктов распада нефти и полярных примесей.
Хорошее новое масло обычно имеет высокое межфазное натяжение. Примеси окисления масла снижают IFT.
- Температура воспламенения трансформаторного масла
Температура воспламенения трансформаторного масла – это температура, при которой масло выделяет достаточное количество паров для образования легковоспламеняющейся смеси с воздухом. Эта смесь обеспечивает мгновенную вспышку при подаче пламени в стандартных условиях. Точка воспламенения важна, потому что она определяет вероятность возникновения пожара в трансформаторе. Поэтому желательно иметь очень высокую температуру вспышки трансформаторного масла. В целом, это более 140º(>10º).
- Температура застывания трансформаторного масла
Это минимальная температура, при которой масло начинает течь при стандартных условиях испытаний. Температура застывания трансформаторного масла является ценным свойством в основном в местах с ледяным климатом. Если температура масла падает ниже точки застывания, трансформаторное масло прекращает конвекцию и препятствует охлаждению трансформатора.
Нефть на основе парафина имеет более высокую температуру застывания, чем нефть на основе нафты, но в Индии это не влияет на использование парафиновой нефти из-за ее теплых климатических условий. Температура застывания трансформаторного масла в основном зависит от содержания парафинов в масле. Поскольку масло на основе парафина содержит больше парафина, оно имеет более высокую температуру застывания.
- Вязкость трансформаторного масла
В двух словах о вязкости трансформаторного масла можно сказать, что вязкость – это сопротивление потоку в нормальных условиях. Под сопротивлением течению трансформаторного масла понимается препятствие конвекционной циркуляции масла внутри трансформатора. Хорошее масло должно иметь низкую вязкость, чтобы оно оказывало меньшее сопротивление обычному потоку масла и, таким образом, не влияло на охлаждение трансформатора. Низкая вязкость трансформаторного масла необходима, но не менее важно, чтобы вязкость масла как можно меньше увеличивалась при понижении температуры.
Любая жидкость становится более вязкой при понижении температуры.
Трансформаторное масло необходимо протестировать, чтобы убедиться, что оно соответствует сегодняшним стандартам. Стандарты и процедуры тестирования определяются различными международными стандартами, и ASTM устанавливает большинство из них.
Испытания масла состоят из измерения напряжения пробоя и других химических и физических свойств масла либо в лаборатории, либо с помощью портативного испытательного оборудования. Срок службы трансформатора увеличивается благодаря надлежащему тестированию, что снижает необходимость платить за замену.
Факторы для проверки:
Вот наиболее распространенные вещи, на которые следует обращать внимание при проведении испытаний трансформаторного масла:
- Стандартные технические условия на минеральное изоляционное масло, используемое в электрических устройствах (ASTM D3487)
- Кислотное число (ASTM D664)
- Напряжение пробоя диэлектрика (ASTM D877)
- Коэффициент мощности жидкости (ASTM D924-08)
- Межфазное натяжение (ASTM D971)
- Удельное сопротивление (ASTM D1169)
- Агрессивная сера (ASTM D1275)
- Визуальный осмотр (ASTM D1524)
Примечание: ASTM расшифровывается как Американское общество испытаний и материалов.
Эти тесты помогут определить, являются ли масла чистыми, и создать базовый набор свойств, которые необходимо периодически проверять. Хотя существует большое количество доступных тестов, они дороги. Поэтому лучше всего использовать их в качестве диагностики, если проблема возникает во время первичного тестирования.
Рекомендуемая частота зависит от мощности и напряжения. Если результаты теста показывают некоторые красные флажки, частоту придется увеличить. Даже если стоимость тестирования высока, ее следует сравнивать со стоимостью замены трансформатора и временем простоя, связанным с его потерей.
Важно понимать разницу между чрезмерным и нормальным уровнем газообразования. Количество растворенного газа в трансформаторном масле можно определить с помощью анализа растворенного газа (DGA). Скорость выделения газа зависит от нагрузки, конструкции трансформатора и материала изоляции.
Испытания трансформаторного масла важны для:
- определения основных электрических свойств трансформаторного масла
- Определите, подходит ли определенное масло для будущего использования
- Определение необходимости регенерации или фильтрации
- Снижение затрат на масло и увеличение срока службы компонентов
- Предотвращение несвоевременных сбоев и максимальная безопасность
=> Имейте в виду, трансформаторные масла могут служить до 30 лет.
Таким образом, проведение надлежащих процедур тестирования сейчас сэкономит вам тысячи долларов в долгосрочной перспективе.
Типы трансформаторного масла | Наука
Обновлено 7 декабря 2019 г.
Кевин Бек
Когда вы видите или слышите слово «трансформер», в зависимости от того, когда вы родились, чем вы зарабатываете на жизнь и к каким развлечениям вы стремитесь, вы будете скорее всего, вы думаете о гигантском красочном роботе или о ключевом компоненте любой электросети. Даже если вы не знаете, что делает трансформатор, вы, вероятно, видели их, и, если вы читаете это в помещении, вы, скорее всего, находитесь в пределах пары сотен футов от трансформатора.
Как практически все компоненты современных систем энергоснабжения, трансформаторы работают во внутренней среде, которая характеризуется выделением значительного количества тепла. Кроме того, важно ограничить поток электричества внутри трансформатора рабочими частями, которые в нем нуждаются.
Это означает, что для оптимальной работы трансформаторам требуется как охлаждающая жидкость, так и какой-либо изолятор.
В результате этих соображений трансформаторное масло является критическим элементом в системах электроснабжения, так как определенные типы масла обладают свойствами, способствующими безопасной и бесперебойной работе этих устройств. Поскольку в трансформаторе нет движущихся частей, вас может удивить, что ему вообще нужно масло, но некоторые из более крупных моделей содержат несколько тысяч галлонов.
Что такое электрический трансформатор?
Работа трансформатора заключается в преобразовании напряжения, поступающего в трансформатор по проводу, в большее или меньшее значение, в зависимости от потребностей части электросети, в которой находится трансформатор. Как правило, когда электроэнергия покидает завод, на котором она вырабатывается, напряжение увеличивается («повышается») по мере того, как она передается на высоковольтные линии электропередачи, которые легко определить по высоким башням, растянувшимся на большие расстояния в сельской местности.
В точках пути от высоковольтных (до 750 000 В) линий отходят провода, а трансформаторы на подстанциях снижают («понижают») напряжение для подачи в дома, офисы и т.д. Другие трансформаторы, находящиеся ближе к точке подачи электроэнергии, еще больше снижают напряжение, при этом 120 В являются стандартным напряжением, получаемым в электрических розетках в Соединенных Штатах.
Физика трансформаторов
Схематически трансформатор можно представить как выдолбленный прямоугольный ящик, сделанный из железа, материала, который сильно намагничивается. С одной стороны проходит провод, несущий электричество, и несколько раз обвивается вокруг этой стороны трансформатора. Такое же расположение видно и с другой стороны, но с другим количеством витков провода вокруг трансформатора.
Движущиеся заряды (ток, представленный I ) генерируют магнитные поля, которые, в свою очередь, индуцируют собственные токи. Это соотношение приводит к выражению:
Где нижние индексы p и s обозначают первичную и вторичную катушки.
Таким образом, изменения напряжения контролируются изменением числа витков.
- Обратите внимание, что трансформаторы не могут генерировать дополнительную мощность (P). Поскольку P = IV, любое увеличение напряжения в трансформаторе влечет за собой соответствующее падение тока и наоборот.
Типы трансформаторов
Некоторые трансформаторы имеют только одну катушку и работают с помощью провода «ответвления», который подключается к этой катушке. Они называются автотрансформаторами .
Измерительные трансформаторы не используются в электросетях, вместо этого используются для тестирования и стандартизации оборудования, такого как вольтметры и ваттметры (которые измеряют электрическую мощность в ваттах или Вт). Трансформаторы напряжения (ПТ) используются для понижения напряжения, а 9Трансформаторы тока 0004 (СТ) понижающие по току.
Функции трансформаторного масла
Основной задачей трансформаторного масла является защита первичного трансформаторного оборудования, то есть проводов и железного сердечника.
Он также действует как изолятор (также называемый диэлектриком , материалом или просто диэлектриком), не допуская разрушительных химических реакций, в основном окисления, до проводов.
Еще одним назначением трансформаторного масла является отвод тепла. Хотя технически движущихся частей нет, постоянно меняющиеся магнитные и электрические поля в трансформаторе (который зависит от переменного тока или переменного тока) создают силы, которые приводят к значительному выделению тепла. Если это не может быть поглощено обычно большим количеством масла, омывающего трансформатор, это может привести к повреждению, включая опасные и даже взрывоопасные последствия.
Потенциальное повреждение трансформатора от окисления связано не с самим железным сердечником, что может вас удивить, если вы поймете, что окисление железа приводит к ржавчине. Вместо этого окислительному повреждению подвергается целлюлозная бумага, окружающая трансформатор, а трансформаторное масло служит физическим барьером для этого процесса.
Идеальные свойства трансформаторного масла
Информацию в предыдущем разделе можно разделить на отдельные электрические, химические и физические свойства, которыми должно обладать трансформаторное масло, чтобы быть максимально эффективным.
- Электрические свойства: Диэлектрическая прочность , или способность служить эффективным изолятором, является главной проблемой в этой области. Масло должно иметь известный (конкретный) уровень сопротивления , которое представляет собой деление напряжения на ток (R = V/I) и чувствительно к изменениям температуры в трансформаторе. Наконец, коэффициент диэлектрических потерь масла , равный , определяет, какой ток неизбежно «утекает» из системы.
- Химические свойства: Содержание воды в масле нежелательно, так как это ухудшает диэлектрические свойства масла. Кислотность и Содержание осадка также должно быть сведено к минимуму.
- Физические свойства: Желательно высокое поверхностное натяжение между границей раздела нефти и воды, а также высокая температура воспламенения (температура, при которой масло становится летучим или воспламеняющимся) и низкая температура застывания (температура, при которой масло начинает течь свободно).
Типы трансформаторного масла
В настоящее время используются два основных типа трансформаторного масла: трансформаторное масло на основе парафина и трансформаторное масло на основе лигроина.
Масло на основе парафина не так легко окисляется, как масло на основе нафты, теоретически образуя меньше шлама. Однако любой шлам, образующийся из нефти на основе нафты, легче удалить, чем шлам из нефти на основе парафина, потому что он более растворим. Когда шлам скапливается на дне контейнера трансформатора, он мешает его работе.
Нефть на основе нафты не содержит растворенного парафина, в отличие от нефти на основе парафина.
Этот парафин может повысить температуру застывания и потенциально вызвать проблемы, но в более теплом климате, где температура никогда не бывает очень низкой, это не проблема.
Несмотря на очевидное превосходство масел на основе лигроина, парафиновое масло остается наиболее часто используемым типом масла в трансформаторах во всем мире.
Тестирование трансформаторного масла
Одним из неприятных аспектов электрического оборудования, которое работает 24 часа в сутки, семь дней в неделю, является необходимость постоянного тестирования и технического обслуживания для обеспечения как безопасности, так и надлежащего функционирования системы, в которой находятся электрические элементы. Трансформаторное масло ничем не отличается в этом отношении.
Трансформаторы маркируются при проверке, чтобы дата следующего запланированного испытания была четко обозначена, подобно наклейке, которую автомобиль получает после замены масла в качестве напоминания.
