Содержание к диссертации
Введение
1. Введение 4
2. Схемы регенерации трансформаторных масел
2.1. Состав продуктов окисления 8
2.2. Классификация методов очистки
2.2.1. Физические методы очистки 10
2.2.2. Химические методы очистки 11
2.2.3. Физико-химические методы 14
2.2.3.1.Коагуляция загрязнений 14
2.2.3.2. Адсорбционная очистка 15
2.3. Аппаратура для регенерации трансформаторного масла 17
3. Виды адсорбентов 24
4. Регенерация с использованием сорбентов -
4.1. Общая теория адсорбции 30
4.1.1. Термическое уравнение адсорбции и его частные случаи 32
4.2. Пористая структура адсорбентов 34
4.3. Режим очистки масел адсорбентами 35
4.4. Регенерация адсорбентов 36
5. Особенности старения трансформаторных масел в электрооборудовании . 38
5.1. Влияние 02, температуры и напряженности электрического поля на состав продуктов окисления масла. 38
5.2. Влияние внешних воздействий: температуры и напряженности электрического поля при недостатке кислорода на состав продуктов окисления масла. 46
5.3. Действие высоких температур и напряженности электрического поля на старение трансформаторного масла в электрооборудовании . 50
5.4. Влияние конструкционных материалов на старение трансформаторных масел з
шва II Методы и способы исследований
1. Технические требования на трансформаторные масла 57
2. Методика проведения процесса регенерации 63
3.Методика определения кислотности и кислотного числа 64
4. Методика определения тангенса угла диэлектрических потерь маслатработка технологии регенерации трансформаторного масла нтактным методом с помощью биосорбента 67
5.1.Влияние температуры процесса регенерации на качество егенерируемого масла 68
5.2. Влияние количества биосорбента на качество регенерируемого масла 78
5.3. Обработка экспериментальных данных 80
Отработка технологии регенерации трансформаторного масла методом вытеснения на гранулированном сорбенте 83
6.1. Влияние температуры регенерации и расходы отработанного масла на качество
регенерированного трансформаторного масла 84
7.0тработка технологии регенерации трансформаторного масла
омбинированньш методом 92
8. Основные выводы к главе 2. 105
гава III Особенности ИК - спектров отработанных трансформаторных масел,
генерированных на биосорбентах 106
1. Особенности ИК- спектров отработанных трансформаторных масел регенерируемых
шбинированным методом 107
ыводыкглавеЗ 109
гхнико - экономическое обоснование 110
ыводы о проделанной работе 114
писок использованной литературы. 115
риложение 1 Обработка экспериментальных данных риложение 2 ИК - спектры
- Химические методы очистки
- Режим очистки масел адсорбентами
- Действие высоких температур и напряженности электрического поля на старение трансформаторного масла в электрооборудовании
- Влияние количества биосорбента на качество регенерируемого масла
Введение к работе
Актуальность работы. Регенерация отработанных трансформаторных масел является одним из наиболее перспективных способов экономии топливно-энергетических ресурсов, что улучшает экономические показатели работы энергетического оборудования.
Трансформаторные масла, заливаемые в электросиловое оборудование, работают в достаточно жестких условиях и к их качеству предъявляются высокие требования. В связи с этим, разработка технологии восстановления свойств трансформаторных масел с целью их повторного использования с учетом современных экологических требований является весьма актуальной.
В настоящее время основным способом регенерации трансформаторных масел, используемых в электроэнергетике, является адсорбция на неорганических сорбентах.
Отработанный сорбент, содержащий смолистые нефтепродукты, приходится вывозить на свалку, что создает немалые экологические нагрузки на окружающую среду. Необходимо отметить также, что стоимость синтетических сорбентов в настоящее время высока, поэтому процесс регенерации отработанных трансформаторных масел с их использованием становится малорентабельным и оправдан лишь с экологической точки зрения.
В связи с этим поиск новых адсорбентов, позволяющих проводить регенерацию трансформаторных масел на имеющемся в составе предприятий топливно-энергетического комплекса оборудовании и обладающих лучшими по сравнению с используемыми в настоящее время адсорбентами экологическими и экономическими параметрами, является весьма актуальной.
Цель работы. Целью данной работы является:
- Выбор нового адсорбента, позволяющего проводить регенерацию отработанных трансформаторных масел с высокой экономической эффективностью с учетом возросших экологических требований.
- Отработка технологии регенерации трансформаторных масел с ис
пользованием выбранного сорбента на существующих установках предприятий
топливно-энергетического комплекса России.
Научная новизна работы. Научная новизна работы состоит в том, что автором:
Предложен новый адсорбент (биосорбент) для регенерации отработанных трансформаторных масел.
Найдены параметры процесса регенерации отработанных трансформаторных масел с использованием биосорбента с целью достижения нормируемых показателей их качества (кислотное число (К.Ч.) не более 0,05 мг КОН/г масла, тангенс угла диэлектрических потерь масла при 90 С (tgS при 90 С) не более 5 %).
Практическая значимость работы.
Разработана технология регенерации отработанных трансформаторных масел с использованием биосорбента на существующих установках без дополнительных капиталовложений на их реконструкцию.
Использование разработанной технологии регенерации отработанных трансформаторных масел путем комбинирования различных способов позволяет увеличить срок службы дорогостоящего силикагеля в два раза;
Применение биосорбента в условиях типовой установки производительностью 9000 т/год позволяет получить экономический эффект 6600 тыс. руб/год.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы нашли отражение в докладах на следующих конференциях:
- на X Международной конференции молодых ученых по химии и хими
ческой технологии, Москва, 1996.
на П Всероссийской конференции по очистке воды от загрязнения нефтепродуктами, Москва, февраль 1999.
на семинаре "Качество производства и надежность эксплуатации мас-лонаполненного оборудования", Санкт-Петербург,5-9 июня 2000.
Публикации. По теме диссертации опубликовано три работы и три работы в печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из трех глав, списка литературы, двух приложений. Содержит ?&? машинописных страниц, в том числе с/ таблиц и аЛ^" рисунков.
Химические методы очистки
Разновидностью адсорбционной очистки является ионообменная очистка. Коагуляция агрязнений, находящихся в масле в коллоидном и мелкодисперсном состоянии, может быть зізвана определенными веществами - коагулянтами, а также может происходить под влиянием іеханических, тепловых и световых воздействий электрического поля и т.п. В качестве юагулянтов используют неорганические и органические электролиты, поверхностно-активные іещества, не являющиеся электролитами, коллоидные растворы поверхностно-активных іеществ и гидрофильные высокомолекулярные соединения. Механизм действия іеорганических электролитов в принципе основан на изменении свойств двойного лектрического слоя, который образуется на поверхности частиц загрязнении, находящихся в «асле и препятствует слипанию частиц. Применение электролитов позволяет нейтрализовать бразовавшиеся на поверхности заряды и тем самым создает возможность коагуляции частиц. із неорганических электролитов при регенерации нефтяных масел получили распространение юединения натрия (кальцинированная сода, тринатрийфосфат, жидкое стекло и др.), которые ірименяют в количестве до 10 % (масс). Эффективным коагулянтом загрязнений в «генерируемом отработанном масле является 36-98 % серная кислота при ее применении в шболыиих количествах (до 0.25-0.5% от массы масла). Органические электролиты являющиеся юногенньши поверхностно-активными веществами, диссоциируют в растворе на ионы, соторые сообщают пограничному слою поверхностно-активные свойства. Наибольшей ффективностью из органических коагулянтов обладают, в частности, алкилбензол - и шкилтолуолсульфонаты. Эти вещества входят в состав синтетических моющих средств, шпускаемых отечественной промышленностью. Неионогенные поверхностно-активные іещества (неэлектролиты) - это органические соединения с полярными молекулами, имеющими идрофильные и гидрофобные группы. Первые представляют собой, как правило, кислотный ютаток и легко гидротируются, а вторые состоят из углеродной цепи (главным образом юрмального строения) с различными функциональными группами и радикалами. В качестве «электролитных коагулянтов рекомендуются также неионогенные поверхностно-активные ещества, как, например, октадециламид оксимасляной кислоты. Процесс коагуляции, как и усмотренные выше химические процессы очистки, зависит от количества и концентрации агулянта, продолжительности и эффективности его контактирования с маслом, температуры. эагуляция загрязнений в масле завершается, как правило, за 20-30 мин., после чего іагулированньїе частицы отстаивают. Влияние температуры связано в основном с понижением зкости масел при нагревании, что благоприятствует очистке. Однако нагревание масла выше С может сопровождаться вспениванием и выбросом масла, поэтому при коагуляции мпературу масла поддерживают равной 75-80С (при использовании серной кислоты в честве коагулянта температура ниже - от 60 до 70С) [2].
Адсорбционная очистка нефтяных масел основана на способности веществ, применяемых качестве адсорбентов, удерживать загрязняющие соединения.на наружной поверхности іанул и внутренней поверхности капилляров, пронизывающих гранулы. Адсорбционные гтоды главным образом применяют при производстве и регенерации масел. Адсорбционную гистку можно проводить путем перколяции, контактным методом и с использованием іижущегося слоя адсорбента. Перколяция заключается в пропускании очищаемого масла амотеком или под давлением) через цилиндрический сосуд, заполненный соответствующим [сорбентом. На качество перколяционной очистки влияет эффективность контактирования с (сорбентом, зависящая от размера гранул адсорбента, от температуры и вязкости масла, )ичем с возрастанием этих величин качество очистки снижается. Требование одновременно іижать и температуру и вязкость масла не может быть выполнено в виду взаимосвязанности их показателей, поэтому оптимальную температуру процесса выбирают минимально зможной для обеспечения достаточно низкой вязкости масла. Перколяционную очистку жменяют при регенерации масел, а также в конструкциях химических (восстановительных) ильтров, которые иногда устанавливают при использовании так называемых термосифонных нльтров на масляных трансформаторах. В настоящее время разработаны термосифонные ильтры, вмещающие от 1 до 200 кг адсорбента в зависимости от мощности трансформатора и гста его установки. Циркуляция масла в системе происходит непрерывно под влиянием ізности температур в различных точках адсорбера и бака трансформатора. При использовании зрколяционного метода качество очистки снижается по мере насыщения адсорбента ігрязнениями. Когда произойдет полное насыщение, адсорбент следует заменить и эдвергнуть регенерации. Контактная очистка заключается в перемешивании масла с мелко «молотым адсорбентом; после поглощения находящихся в масле загрязнении адсорбент іалягот. Этот метод широко распространен при производстве и регенерации масел. Важными факторами, влияющими на эффективность контактной очистки, являются температура и іродолжительность очистки масла адсорбентом. С повышением температуры возрастает гепловое движение адсорбируемых молекул, что затрудняет их адсорбцию на активной говерхности поглотителя и снижает эффективность очистки. Если же вести очистку при низкой гемпературе, вязкость масла повышается, что препятствует диффузии адсорбируемых молекул поверхности адсорбента. Контактную очистку при регенерации масел ведут при температуре 70-75С для трансформаторных масел. Продолжительность контактной очистки зависит от условий контактирования очищаемого масла с адсорбентом. Процесс очистки осуществляют збычно при интенсивном перемешивании, чем обеспечивается максимальное контактирование іагрязнении с активной поверхностью адсорбента. Продолжительность адсорбции при сонтактной очистке составляет 25-40 мин. в зависимости от вида адсорбента. После окончания сонтактной очистки должно обязательно проводиться фильтрование смеси масла и адсорбента іерез фильтр-пресс с целью удаления адсорбента, что несколько усложняет технологию сонтактной очистки. Процесс адсорбционной очистки масел в движущемся слое адсорбента шляется непрерывным, в отличие от перколяции и контактной очистки, связанных с териодическими операциями регенерации или отфильтровывания адсорбента. Сущность метода )чистки в движущемся слое адсорбента заключается в том, что в адсорбер противотоком тодают оба компонента, участвующие в процессе; в нижнюю часть аппарата входит іагрязненное масло, разбавленное растворителем, а в верхнюю часть - мелкодисперсный адсорбент. По мере опускания адсорбент насыщается загрязнениями и из нижней части адсорбера поступает на регенерацию в десорбер, откуда снова поступает в адсорбер, т.е. тостоянно циркулирует в системе. Процесс очистки осуществляют при температуре 40С, т.к. шзкость масла невысока из-за применения растворителя. Очистка масла в движущемся слое адсорбента значительно увеличивает выход готового или регенерированного масла и повышает ;го качество по сравнению с другими адсорбционными методами, однако ввиду сложного шпаратурного оформления этот способ широкого распространения не получил [1].
Режим очистки масел адсорбентами
Эдним из наиболее реальных источников пополнения масляных ресурсов является регенерация восстановление качества) масел и повторное их использование. Регенерация масел -«ономически рентабельная отрасль народного хозяйства. При правильной организации фоцесса стоимость восстановленных масел на 40-70% ниже стоимости свежих масел при фактически одинаковом их качестве. Регенерация нефтяных масел осуществляется или іепрерьівной очисткой их во время работы в циркуляционных системах промышленного іборудования и двигателей при помощи фильтрующих устройств и центрифуг, или становлением отработанных масел, сливаемых из различных агрегатов и оборудования, на гаслорегенерационных установках.
Минеральные масла должны обладать хорошей смазывающей способностью: обеспечивать свершенную жидкостную смазку и надлежащую прочность масляной пленки во всех узлах рения механизмов в широком диапазоне скоростей, нагрузок и температур. Сохранность іасляной пленки на трущихся поверхностях необходима для устранения сухого и полусухого рения, вызывающего износ и разрушение деталей. Масло должно быть также химически тойким против окисления кислородом воздуха при повышенных температурах, а также не вменять своих свойств при транспортировке и хранении. Нестабильное масло подвержено быстрому окислению; из него выделяются осадки, которые могут явиться причиной іагрязнекия машин. Масло должно быть не только стабильным по отношению к кислороду юздуха, но и в минимальной степени изменять качество в процессе работы под действием іьюокой температуры (не разлагаться), давления, влаги. Поэтому химическая стабильность іасла характеризуется такими показателями, как окисляемость, коксуемость, кислотное число, шсло омыления, и т.д. Следовательно, чтобы масло могло быть использовано для тех или иных іеЛей, оно должно отвечать соответствующим требованиям о предельно допустимых юказателях его качества. Нарушение этих требований приводит к выходу оборудования из :троя. ж работе в машинах и аппаратах нефтяные масла соприкасаются с металлами, подвергаются йствию окружающего воздуха, температуры, давления, электрического поля, естественного ета и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение ойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация углеводородов, утливание (неполное сгорание), разжижение горючим, загрязнения горючими веществами и воднению. Несмотря на то, что загрязнения, содержащиеся в нефтяных маслах, весьма знообразны, до настоящего времени оценку загрязненности масел проводят в подавляющем яыпинстве случаев только по количественным показателям (по массе или объему грязнении), хотя химический состав загряз нений и их структура не меньше, чем «центрация, оказывают влияние на эксплуатационные свойства масел и определяют их йствие на детали машин и механизмов, в которых применяют масла, содержащие эти грязнения. ) химическому составу загрязнения в нефтяных маслах подразделяют на неорганические, да входят минеральные вещества, вода и воздух, и органические, имеющие углеводородное и ікробиологаческое происхождение [2]. грязнения в маслах могут возникать как вследствие их попадания извне, так и результате менения углеводородного состава масел. Эти процессы начинаются уже при выработке масла . нефтеперерабатывающих заводах и продолжаются на всех стадиях его транспортирования анения, применения [2]. результате изменения углеводородного состава в маслах накапливаются асфальто-смолистые щества, коллоидальные кокс и сажа, различные соли, кислоты. Весь этот сложный процесс, «исходящий с маслом, называется старением. гавной причиной, вызывающей химическое изменение масла является контакт с кислородом. жшчивость масла против окисления, т.е. скорость процесса окисления, его окисления, а кже характер образующихся продуктов зависит от природы масла, температуры, давления здуха, величины поверхности соприкосновения с воздухом, от наличия соединений, особных каталитически ускорять или замедлять этот процесс, продолжительность работы юла и др. [4].
И.Черножухов и С.Э.Крейн [31] установили, что из содержащихся в маслах углеводородов .иболее устойчивы против окисления ароматические, промежуточное положение занимают фгеновые и наиболее подвержены действию кислорода при высоких температурах ірафиновьіе углеводороды. При регенерации в маслах оставляют небольшое количество смол, іторьіе являются естественными антиокислителями. В результате окисления смолистых юществ, содержащихся в масле, получаются нерастворимые в нем продукты уплотнения типа юфальтенов и карбенов. їсе масла при длительном пребывании на воздухе темнеют в результате образования в них :мол и других веществ. В темноте или на рассеянном свету окисление протекает значительно іедленнее. Из изложенного выше следует, что внешние факторы оказывают значительное шияние на состояние масел и определяют характер продуктов старения. Критерием годности ласел служит, прежде всего, кислотное число. При этом следует иметь в виду не только іеличину кислотного числа, но и типы образующихся кислот. Образующиеся при окислении иламообразные продукты, отлагаясь на маслопроводах, нарушают циркуляцию масла и могут тать причиной аварии в машинах с циркуляционной смазкой. Повышение устойчивости масел іротив окисления при умеренных температурах достигается применением антиокислительных ірисадок. В условиях термического распада углеводородов антиокислительные присадки жазываются неэффективными, поэтому их добавляют при относительно мягких режимах к рансформаторным и турбинным маслам [4].
Действие высоких температур и напряженности электрического поля на старение трансформаторного масла в электрооборудовании
Цеолиты: Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и :лочно-земельных металлов - отличаются строго регулярной структурой пор, которые в ычных температурных условиях заполнены молекулами воды. Эта пода, названная элитной, при нагреве выделяется. Цеолиты «кипят», отсюда и произошло сочетание двух гческих корней - «цео» и «лит», то есть «кипящие камни». Термин «цеолит» введен в нералогию свыше 200 лет назад шведским ученым Кроншельдом. Свойства природных олитов изучены и систематизированы в трудах академиков Ферсмана и Вернадского. Общая мическая формула цеолитов - Мег/пО-АЬОз-хБЮг-уНаО (где Me—катион щелочного металла, і - его валентность). В природе в качестве катионов обычно в состав цеолитов входят: натрий, шй, кальций, реже барий, стронций и магний. Кристаллическая структура цеолитов разована тетраэдрами Si04 и А104. Катионы компенсируют избыточный отрицательный заряд ИОННОЙ части алюмосиликатного скелета цеолита. Если из цеолита удалить воду, поры могут [ть заполнены снова водой или другим веществом, что и предопределяет их использование в оцессе осушки, очистки и разделения веществ. Обратимость- процессов гидратации и гидратации цеолитов была установлена в 1840 году Дамуром. Поглощение вещества оисходит в основном в адсорбционных полостях цеолитов. Однако, не все вещества могут оникать в эти адсорбционные полости и поглощаться в них. Это объясняется тем, что горбционные полости соединяются друг с другом входами - окнами и строго определенного мера. Проникнуть через окно могут только те молекулы, критический диаметр которых ныне размера входного окна. Самую простую структуру имеет каркасный силикат - содалит. зеленой коре обнаружено пять модификаций этого вещества: хлорсодалит (6NaSiA104-NaCl), цросодалит (6NaSiA104-2NaOH), лазурит (4NaSiA104-2Na2S), гаюин (6NaSiAlO4-2CaS04), зеан (6NaSiAl04-Na2S04). Из-за узких входов в полости содалита компоненты омышленных газов не протекают, и применения в технике этот минерал не получил. Лишь ца адсорбируется некоторыми формами содалита, но этот процесс протекает очень медленно адсорбционное равновесие устанавливается в течение нескольких месяцев. Цеолиты авнительно широко используются для осушки трансформаторных масел и других ециальных жидкостей. Заманчиво их применение и для очистки масел, слитых с машин и ханизмов. Цеолиты обладают чрезвычайно тонкопористой структурой и, будучи обезвожены, гут адсорбировать вещества, молекулы которых имеют поперечные размеры 4.4-4.7 А, в то : время более крупные молекулы почти не адсорбируются. Адсорбция различных веществ иродными кристаллическими адсорбентами, имеющими поры молекулярных размеров, была азвана «персорбцией», а сами кристаллические адсорбенты, способные к избирательной дсорбции по размерам и форме молекул, получили название «молекулярные сита». Одним из войств цеолитов является полный обмен - взаимодействие их с подземными водами, в оторых растворены различные соли. Поэтому в цеолитах сочетаются ионы металлов, анионы ремниевых кислот и молекулы кристаллизационной воды.
Различаются три основные группы природных цеолитов: Ta6a3HTCaNa2Al2Si4Oi2-6H20 Натролит Na2Al2Si30io-2H20 Гейландит CaNa2Al2Si6Oi6-4H20 Механизм и особенности адсорбции на цеолитах прежде всего определяются строением х кристаллов. В двуокиси кремния и в силикатах каждый атом кремния связан с четырьмя томами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра. Атомы через кислородный мостик бразуют слоистый атом в виде длинной цепочки или цикла. В алюмосиликатах трехзарядные оны AI замещают четырехзарядные ионы Si. Компенсация лишнего заряда происходит за счет квивалентного по заряду иона металла. В природных цеолитах ионы Na легко обмениваются а ионы Са: 4Na+ - 2Са2+.
Особенностью строения кристаллов является то, что тетраэдры образуют сотообразную груктуру с относительно близкими по форме к шарообразной полостями молекулярных азмеров, сообщающимися узкими отверстиями («окнами»). Стенки полостей образованы онами кремния и других элементов. Полости занимают половину объема всего кристалла. лждая из них по трем взаимно перпендикулярным направлениям сообщается с соседними ерез «окна». Внутренняя поверхность цеолита огромна, ее размеры во многом определяют дсорбционные свойства. Например, каждая полость предварительно обезвоженного табазита в одной среде или в условиях влажного воздуха поглощает 24 молекулы воды. Кислотные ентры, находящиеся на поверхности цеолита, обуславливают его каталитические свойства. ти свойства усиливаются добавкой в качестве связующего материала. Адсорбция на юлекулярных ситах - явление физическое. В настоящее время доказана идеальная обратимость того процесса. Известно, что в результате различий по размерам и форме кристаллов каждый еолит способен поглощать лишь определенные группы компонентов. В природе же стречаются лишь смеси цеолитов. В промышленности в настоящее время определенные типы еолитов получают путем синтеза. Кристаллические цеолиты, полученные синтетическими іетодами, отличаются идеальной однородностью размеров пор, не изменяющихся даже в узких ределах. Этим цеолитам присущи три специфических свойства: высокая избирательная пособность; повышенное сродство к номерным, ароматическим и непредельным леводородам благодаря ярко выраженному гетероионному характеру внутренней Верхности; большая адсорбционная емкость и способность полностью извлекать адсорбат из иной системы. Промышленное производство молекулярных сит началось в 1954г. В стоящее время освоено производство отечественных цеолитов различных марок: NaA, NaX, іА. Молекулярнью сита применяются в обычных адсорбционных системах со стационарным оем адсорбента и периодической регенерации путем обжига. Как правило, система состоит не шее чем из двух адсорберов, один из которых включен в цикл осушки и очистки жидкого тока, а второй - в цикл регенерации адсорбента. Тепло для регенерации получают в шосных нагревателях, в которых осуществляется нагрев продувочного газа, используемого ІЯ нагрева насыщенного адсорбента. Широко применяются такие схемы с обогревательными тройствами, расположенными непосредственно в слое адсорбента [ 1 ].
Влияние количества биосорбента на качество регенерируемого масла
Наиболее высокая каталитическая активность меди по сравнению с железом связана с ьшей термолабильностью первой, благодаря чему медь скорее переходит в растворимое в ле состояние. В результате ускоряется взаимодействие меди с перекисными соединениями и исходит дальнейшее развитие окислительного процесса.
Кроме того, частицы металлов склонны к образованию мыл при их взаимодействии с дыми продуктами старения масел. Влияние мыл на диэлектрические потери в масле чалось многкми исследователями.
Производные металлов - окислы и слои органических кислот - мыла - в большинстве чаев являются более активными инициаторами окисления масла, чем сами металлы. :личение tg5 масла происходит за счет образования мыл.
Скопление частиц металлов, в основном мелких 5-Ю мкм приводит к образованию явных Центров, в наиболее напряженных частях трансформатора, может привести к ждевременному старению бумажно-масляной изоляции, перегревам и образованию гачных разрядов на частицах.
Кроме того, ухудшение электроизоляционных свойств происходит в результате ращения электроизоляционных промежутков в масле, в случае если частицы достаточно пных размеров 25-100 мкм или за счет образования «мостиков» из частиц, в случае если гацы мелкие 5-Ю мкм.
Частицы примесей вызывают местные .искажения электрического поля, а при еделенных условиях, перемещаясь или деформируясь, они образуют цепочки - «мостики», ль которых облегчается развитие разряда. Движение примесных частиц наблюдается в днородных полях когда диэлектрическая проницаемость частиц єч отлична от лектрической проницаемости масла ем. В этом случае частицы, поляризуясь в юрическом поле, образуют диполи, ориентированные вдоль силовых линий поля. Для рдых частиц обычно є, s„ и равнодействующая сил направлена в сторону высоких ряжений. Таким образом, при приложении напряжения твердые частицы устремляются в асти с повышенной напряженностью. Вблизи каждой частицы є, ем, существует местная днородность электрического поля. Вследствие этого частицы стремятся объединиться в ючки, вытянутые вдоль силовых линий поля. При определенных условиях из цепочек разуются «мостики», перекрывающие весь разрядный промежуток или значительную его сть, и по «мостику» происходит пробой.
Также при изготовлении масляных трансформаторов применяются различные виды грдых изоляционных материалов. Количество целлюлозных материалов в масляных реформаторах весьма значительно.
Для усиления механической прочности изоляции отводов высокого напряжения и других коведущих частей трансформаторов применяется лакированная ткань или же кренированная мага. При изготовлении отдельных деталей и узлов трансформатора используют гетинакс, келит, пластмассы, дерево, хлопчатобумажную ленту.
Опубликованные до настоящего времени данные о влиянии твердых изоляционных и нструкционных материалов на старение масла немногочисленны.
В присутствии лакоткани марки JTXM значительно повышается кислотное число масла педствие частичного растворения в масле кислых соединений, содержащихся в опитывающем ткань лаке. Интересно, что при высокой кислотности масла не произошло повышение tg6 масла,
При старении масла в контакте с изделиями из маслостойкой резины наблюдается еличение кислотного числа и ухудшение диэлектрических показателей. В масле наруживается обильный белый осадок, содержащий окись цинка, которая входит в число гредиентов резины.
Влияние на степень старения масла оказывают целлюлозные материалы, находящиеся в ансформаторе. Чем большей плотностью обладает тот или иной материал из целлюлозы, тем иее его адсорбционная способность. По этой причине, например, при более плотной нденсаторной бумаге показатели качества масла изменяются в большей степени, чем при бельной бумаге, обладающей меньшей плотностью.
При оценке глубины окисления масла по количеству поглощенного кислорода удается статочно отчетливо выявить ускоряющее действие целлюлозных материалов на процесс исления масла. Кроме того, в трансформаторное масло при взаимодействии с бумажно-ісляной изоляцией попадают волокна, которые образовались при ее разложении. Волокна мажной изоляции, попадая в трансформаторное масло, содержат сорбированную воду, тем мым увеличивая влажность масла и снижая его пробивное напряжение [35].
Вода в масле может находиться в четырех агрегатных состояниях;
1. Дисперсная вода - это капельная вода, она оказывает самое сильное отрицательное ияние на электроизоляционные свойства масла и бумаги. За счет неравномерного тределения влаги по объему, особенно в присутствии металлов (Си и Fe) происходит самое енсивное старение бумажно-масляной изоляции.
2. Вода сорбированная твердыми частицами (10-Ю3 молекул на единицу объема) -зывает отрицательное влияние не только на электроизоляционные свойства масла, тем ьш ухудшая параметры качества масла. При неравномерном распределении по объему вляется риск дрейфа в зоны с максимальной напряженностью.
3. Растворенная вода (в виде димера и (или) тримера) имеет в отличие от дисперсной и бированной воды равномерное распределение по объему и оказывает минимальное действие на электроизоляционные свойства масел, но однако имеет отрицательное действие на старение бумажно-масляной изоляции и самого масла.
4. Вода, находящаяся з структуре СН, в основном в ароматических кольцах, азовавшаяся за счет водородных связей - данный тип влаги практически не влияет на ество масла.
Влияние дисперсной влаги объясняется тем, что вода под действием электрического поля ивается в области с более высокой напряженностью. При этом они еще и деформируются, ягиваясь вдоль силовых линий. При некотором напряжении, зависящем от концентрации ги, происходит слияние отдельных капель и образование тончайших водяных каналов. В щьтате чего электрическое поле сильно искажается, ибо диэлектрическая проницаемость ы как полярной жидкости много больше, чем масла. Особенно сильное снижение ктрической прочности имеет место при увлажнении масла, загрязненного волокнами. Из-за ыной гигроскопичности волокна интенсивно сорбируют влагу, что приводит к увеличению гиэлектрической прочности. Поэтому процессы втягивания волокон в области сильного поля 5разование «мостиков» идут активнее.
Следует отметить, что существует точка перегиба в интервале температур от 20С до 2, при которой отрицательное влияние влагосодержания масла становится не ественным.
Пробой в жидких диэлектриках, загрязненных примесями при длительной экспозиции ряжения, представляет собой по существу завуалированный газовый пробой. Под действием электрического поля примеси, содержащиеся в масле и образующие в нем лоидный раствор или микроэмульсию, втягиваются в зону между электродами и дрейфуют в равлении поля. Значительное количество теплоты, выделяющейся при этом вследствие кой теплопроводности диэлектрика, расходуется на нагрев самих частиц примеси. Если эти імеси являются причиной высокой удельной проводимости масла, то при низкой мпературе кипения примесей они испаряются, образуя при достаточном содержании их азовый канал», в котором и происходит пробой.
Интересно отметить, что высокая растворяющая способность масла удерживает в объеме тенциальные осадки, образуемые при окислении, и таким образом уменьшает количество ободных частиц, которые могут снизить пробивное напряжение.
Кроме десорбции воды с поверхности целлюлозных волокон происходит десорбция газов последующим образованием газовых каналов при содержании газов более 6% об. в масле в висимости от температуры и характера образующихся газов.
При большой концентрации газов в масле образуются микропузырьки, в которых условия [я развития разряда, особенно его начальных стадий, более благоприятны, чем в самом масле. тияние растворенных газов обусловливает зависимость электрической прочности дегазированного масла от давления. С увеличением давления растворимость газа еличивается, число микропузырьков сокращается и пробивное напряжение уменьшается,
На количество частиц может оказывать влияние обуглероживание молекул масла, которое юисходит при частичных электрических разрядах. Количество образующихся частиц ррелируется с массовым числом базового масла и в этой части нафтеновые масла имеют «имущества над парафиновыми [4].
В заключении необходимо отметить, что по всей видимости, для всех видов загрязнений шествует точка перегиба ( критической концентрации), когда отрицательное влияние дельных факторов становится незначительным.
