Применение базовых масел в электрической изоляции и трансформаторах

Функции, преимущества, типы и технические требования в энергетической отрасли

Базовые масла уже много лет являются одним из ключевых элементов средне- и высоковольтных электрических систем — трансформаторов, выключателей, вводов и различного изоляционного оборудования. Их основная задача — обеспечивать надёжную электрическую изоляцию и эффективный отвод тепла, но на практике их роль значительно шире.

Эта статья предоставляет комплексный технический обзор структуры, свойств, типов, критериев выбора, эксплуатационных требований и возможных проблем при использовании базовых масел в системах электрической изоляции и трансформаторах.

1. Значение электрической изоляции в энергетическом оборудовании

Трансформаторы и другое электрическое оборудование подвергаются воздействию:

• Тепловых нагрузок

• Электромагнитных полей

• Частичных разрядов

• Электрических дуг

• Загрязнения окружающей среды

Корректная изоляция может обеспечить срок службы оборудования 30–50 лет. Некачественная изоляция приводит к:

• Снижению диэлектрической прочности

• Повышенным рискам электрической дуги

• Опасности возгорания

• Отказам оборудования и простоям сети

Высококачественные базовые масла являются первой линией защиты от этих рисков.

2. Основные функции базовых масел в трансформаторах

2.1 Электрические функции

• Повышение диэлектрической прочности

• Предотвращение частичных разрядов

• Обеспечение электрического зазора между обмотками

• Снижение эффекта короны в высоковольтных системах

• Защита проводников от окисления

2.2 Тепловые функции

• Передача тепла от обмоток к баку трансформатора

• Предотвращение локальных перегревов

• Стабилизация рабочей температуры при повышенных нагрузках

2.3 Химические и физические функции

• Подавление окисления и коррозии

• Формирование защитного слоя на целлюлозной изоляции

• Поглощение влаги и снижение содержания воды

• Поддержание длительной химической стабильности

3. Ключевые свойства базовых масел для электрической изоляции

Даже небольшие примеси воды, кислот или загрязнений могут снизить диэлектрическую прочность на 50% и более.

4. Типы базовых масел, используемых для электрической изоляции

4.1 Минеральные базовые масла

Самый распространённый выбор для трансформаторов.

Преимущества:

• Доступная стоимость

• Хорошие диэлектрические параметры

• Простота производства

Типы:

• Нафтеновые базовые масла

• Парафиновые базовые масла

Нафтеновые обычно предпочтительнее благодаря низкой температуре застывания и лучшей стабильности.

4.2 Синтетические масла

Используются в высокопроизводительных и специальных трансформаторах.

Типы:

• Синтетические эстеры

• Полиальфаолефины (PAO)

Преимущества:

• Отличная термическая стабильность

• Высокая устойчивость к внешним воздействиям

• Очень высокая температура возгорания

4.3 Натуральные эстеры / био-масла

Современный экологичный вариант.

Преимущества:

• Превосходная диэлектрическая способность

• Высокая влагостойкость

• Биологическая разлагаемость и возобновляемость

• Всё шире применяется в экологически чувствительных регионах

5. Тепловые характеристики и отвод тепла

Около 70% электрических потерь трансформатора превращается в тепло.Базовые масла обеспечивают работу систем охлаждения:

• ONAN (естественная циркуляция масла и воздуха)

• ONAF (естественная циркуляция масла, принудительное охлаждение воздухом)

• OFAF (принудительная циркуляция масла и воздуха)

Оптимальная вязкость играет ключевую роль в эффективной тепловой циркуляции.

6. Механизмы деградации и эксплуатационные проблемы

Со временем изоляционные масла разрушаются под воздействием различных факторов:

6.1 Окисление

• Образование кислот

• Накопление шлама

• Повышение вязкости

6.2 Влага

Каждое увеличение содержания влаги на 1% снижает диэлектрическую прочность на 10–15%.

6.3 Избыточное тепло

Ускоряет химическое разложение масла.

6.4 Загрязнения

Металлические частицы, волокна или углеродные остатки увеличивают риск возникновения электрической дуги.

7. Стандарты выбора изоляционных базовых масел

• IEC 60296 – Минеральные изоляционные масла

• IEEE C57.106 – Руководство по оценке масла

• ASTM D3487 – Требования к минеральным маслам

• IEC 61099 – Синтетические изоляционные масла

Использование масел, не соответствующих этим стандартам, существенно снижает надёжность оборудования.

8. Основные испытания для оценки качества масла

• Диэлектрическая прочность (испытание BDV)

• Кислотное число (число нейтрализации)

• Содержание влаги (метод Карла Фишера)

• Анализ растворённых газов (DGA)

• Межфазное натяжение (IFT)

• Температура вспышки

• Вязкость

• Цвет и внешний вид

9. Преимущества использования высококачественных базовых масел

• Продление срока службы трансформатора до 20 лет

• Снижение термической деградации

• Минимизация фильтрации и необходимости обслуживания

• Повышение устойчивости к высокому напряжению

• Улучшение теплоотдачи и общей эффективности

• Снижение рисков возгорания и отказов

10. Будущие тенденции развития изоляционных масел

• Переход от минеральных масел к биоразлагаемым альтернативам

• Ужесточение экологических норм

• Спрос на масла с высокой термостойкостью

• Разработка маловязких и высокостабильных формул

• Масла с улучшенной влагостойкостью и повышенной диэлектрической прочностью

Заключение

Базовые масла играют ключевую роль в электрической изоляции трансформаторов и другого высоковольтного оборудования. Правильно выбранное масло значительно повышает эффективность работы, безопасность и срок службы оборудования. Несмотря на то что минеральные масла остаются наиболее востребованными благодаря оптимальному сочетанию цены и качества, синтетические и экологичные био-эстеры стремительно набирают популярность в современных энергосистемах.

Эта статья была исследована и подготовлена компанией AmiPetro.

Использование материала допускается при условии указания источника.