Введение
Высокорафинированное минеральное масло.
Трансформаторное или изоляционное масло — это масло, стабильное при высоких температурах и обладающее превосходными диэлектрическими свойствами. Оно используется в масляных трансформаторах, некоторых типах высоковольтных конденсаторов, пускорегулирующих аппаратах люминесцентных ламп, а также в некоторых высоковольтных выключателях и автоматических выключателях. Его функции заключаются в изоляции, подавлении коронного разряда и дугообразования, а также в охлаждении. Трансформаторное масло чаще всего производится на основе минерального масла, но альтернативные составы с различными техническими или экологическими характеристиками становятся все более популярными.
Transformer oil or insulating oil is an oil that is stable at high temperatures and has excellent electrical insulating properties. It is used in oil filled wet transformers, some types of high voltage capacitors, fluorescent lamp ballasts, and some types of high voltage switches and circuit breakers. Its functions are to insulate, suppress corona discharge and arcing, and to serve as a coolant. Transformer oil is most often based on mineral oil, but alternative formulations with different engineering or environmental properties are growing in popularity.
Функции и свойства
Основная функция трансформаторного масла – изоляция и охлаждение трансформатора. Поэтому оно должно обладать высокой диэлектрической прочностью, теплопроводностью и химической стабильностью, а также сохранять эти свойства при длительном воздействии высоких температур. Обычно трансформаторное масло имеет температуру вспышки выше 140 °C (284 °F), температуру застывания ниже 40 °C (40 °F) и электрическую прочность выше 28 кВ (действ. знач.). Для улучшения охлаждения крупных силовых трансформаторов бак, заполненный маслом, может быть оснащен внешними радиаторами, через которые масло циркулирует за счет естественной конвекции. Силовые трансформаторы мощностью в тысячи киловольт-ампер могут также иметь вентиляторы охлаждения, масляные насосы и даже теплообменники масло-вода. Силовые трансформаторы подвергаются длительным процессам сушки с использованием электрического самонагрева, применения вакуума или их комбинации, чтобы гарантировать полное отсутствие влаги в трансформаторе перед заливкой изоляционного масла. Это помогает предотвратить образование коронного разряда и последующий электрический пробой под нагрузкой. Масляные трансформаторы с расширительным баком могут быть оснащены газовым реле, например, реле Бухгольца. Эти защитные устройства обнаруживают накопление газа внутри трансформатора, вызванное коронным разрядом, перегревом или внутренней электрической дугой. При медленном накоплении газа или быстром повышении давления эти устройства могут сработать и отключить защитный автоматический выключатель, обесточив трансформатор. Трансформаторы без расширительных баков обычно оснащаются реле быстрого действия, выполняющими аналогичную функцию реле Бухгольца.
Альтернативы минеральным маслам
Минеральное масло обычно эффективно в качестве трансформаторного масла, но имеет ряд недостатков, одним из которых является относительно низкая температура вспышки по сравнению с некоторыми альтернативами. Утечка минерального масла из трансформатора может привести к пожару. Противопожарные нормы часто требуют использования менее воспламеняющейся жидкости для трансформаторов, установленных в зданиях, или применения сухих трансформаторов, не содержащих жидкость вообще. Минеральное масло также является загрязнителем окружающей среды, а его изоляционные свойства быстро ухудшаются даже при небольшом содержании воды. Трансформаторы хорошо защищены от попадания воды в масло по этой причине. Синтетические и природные эфиры тетражирных кислот пентаэритрита становятся все более распространенной альтернативой минеральному маслу, особенно в областях с высоким риском возгорания, например, внутри помещений, благодаря высокой температуре воспламенения, превышающей 300 °C (572 °F). Они биоразлагаемы, но при этом дороже минерального масла. Природные эфиры демонстрируют более низкую окислительную стабильность в насыщенном кислородом тесте при 120 °C – около 48 часов, по сравнению с 500 часами для минеральных масел, и поэтому используются в герметичных трансформаторах. Герметичные уплотнения важны для больших трансформаторов из-за теплового расширения и сжатия. Трансформаторы средней и большой мощности обычно оснащаются компенсатором и используют резиновый мех с применением натурального эфира для снижения проникновения кислорода и предотвращения более быстрого окисления эфира по сравнению с тем, к чему привыкли энергетические компании при использовании минеральных масел. Также применяются масла на основе силикона или фторуглеродов, которые еще менее воспламеняемы, но они дороже эфиров и не являются биоразлагаемыми. На сегодняшний день в эксплуатации находится более 3 миллионов трансформаторов с использованием растительных составов, в том числе на основе сои или рапса, в трансформаторах напряжением до 500 кВ. Однако составы на основе кокосового масла не подходят для использования в холодном климате или при напряжении выше 230 кВ. Исследователи также изучают наножидкости для применения в трансформаторах; они будут использоваться в качестве добавок для повышения стабильности и тепловых и электрических свойств масла.
Полихлорированные бифенилы (PCB)
Полихлорированные бифенилы (ПХБ) – это синтетические диэлектрики, впервые созданные более века назад и обладающие ценными свойствами, что привело к их широкому применению. Ранее полихлорированные бифенилы использовались в качестве трансформаторного масла благодаря высокой диэлектрической прочности и негорючести. К сожалению, они также токсичны, биоаккумулируются, не подвергаются биологическому разложению и их сложно безопасно утилизировать. При сжигании они образуют ещё более токсичные продукты, такие как хлорированные диоксины и хлорированные дибензофураны. Начиная с 1970-х годов, производство и новые области применения ПХБ были запрещены во многих странах из-за опасений, связанных с накоплением ПХБ и токсичностью продуктов их распада. Например, в США производство ПХБ было запрещено в 1979 году в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами. Во многих странах реализуются масштабные программы по извлечению и безопасному уничтожению оборудования, загрязнённого ПХБ. Одним из методов извлечения ПХБ из загрязнённого трансформаторного масла является применение системы удаления ПХБ, также называемой системой дехлорирования ПХБ. Системы удаления ПХБ используют щёлочную дисперсию для отщепления атомов хлора от других молекул в ходе химической реакции. В результате образуется трансформаторное масло, не содержащее ПХБ, и шлам, не содержащий ПХБ. Эти два компонента затем можно разделить с помощью центрифуги. Шлам можно утилизировать как обычные промышленные отходы, не содержащие ПХБ. Обработанное трансформаторное масло полностью восстанавливается, соответствует необходимым стандартам и не содержит обнаруживаемых количеств ПХБ. Таким образом, его можно повторно использовать в качестве изоляционной жидкости в трансформаторах. ПХБ и минеральное масло смешиваются в любых пропорциях, и нередко одно и то же оборудование (бочки, насосы, шланги и т.п.) использовалось для обоих типов жидкостей, поэтому загрязнение трансформаторного масла ПХБ остаётся актуальной проблемой. Например, согласно действующим нормам, концентрация ПХБ, превышающая 5 частей на миллион, может привести к классификации масла как опасных отходов в Калифорнии.