Исследование термической стабильности трансформаторного масла ВГ в присутствии индивидуальных сульфидов

Сераорганические соединения, содержащиеся в масляных фракциях, ухудшают их качество, усложняют и удорожают производство из них трансформаторного масла. При производстве трансформаторных масел используют различные способы очистки масляных фракций от сераорганических соединений и комбинации различных методов [1–5].

Комплекс исследования структурно-группового состава нефтяных сераорганических Для цитирования

соединений показал, что некоторые из них могут быть применимы в виде присадок для повышения эксплуатационных свойств трансформаторного масла [6, 7].

Цель работы – исследовать влияние индивидуальных сульфидов на эксплуатационные свойства трансформаторного масла ВГ, производимого из парафинистых нефтей с использованием гидрокаталитических процессов.

Материалы и методы

Масло ВГ может использоваться в электрооборудовании высших классов напряжения и по всем своим характеристикам отвечает требованиям стандарта МЭК 60296-2003 к маслам класса IIА.

Для чистоты эксперимента масло ВГ в своем составе не содержало традиционной антиокислительной присадки – ионола (2,6 дит-ретичный бутилпаракрезол).

В процессе проведения эксперимента в качестве индивидуальных сульфидов использовали метилбензилсульфид (МБС) и метилфе-нилсульфид (МФС).

Физико-химические характеристики исследуемых индивидуальных сульфидов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-химические свойства МБС и МФС

Table 1.

Physical and chemical properties of MBS and MFS

Показатель | Index	МБС MBS	МФС MFS
20 Плотность | density, ρ 4	1,0282	1,0756
Показатель преломления | index of refraction, n 20	1,5643	1,5907
Молекулярная масса | molecular weight	138	124
Элементный состав | element structure,%:
С	69,56	67,74
Н	7,25	6,45
S	23,19	25,01

Воздействие МБС и МФС на эксплуатационные характеристики трансформаторного масла ВГ проводили в установке, представляющей собой модель секции трансформатора. Исследования проводили в электрическом поле напряженностью 30 кВ/см в присутствии медных и железных пластинок, взятых в количестве 0,2 и 0,3 см3 на 1 г масла, имитирующих конструкционные металлы трансформаторного оборудования и ускоряющие старение масла [8, 9].

Принятые экспериментальные условия исследования старения масла в электрическом поле соответствуют реальным условиям его эксплуатации в электрическом поле высокой напряженности при наличии кислорода воздуха и повышенных рабочих температурах, достигающих в верхних слоях масла в трансформаторном баке 95–105 °С.

При эксплуатации масла в маслонаполненном электрическом оборудовании в электрическом поле под воздействием высоких температур и кислорода воздуха происходит его термохимическое и электрическое старение, приводящее в связи с изменением молекулярного состава масла к ухудшению его эксплуатационных показателей, а именно пробивного напряжения, тангенса угла диэлектрических потерь, образованию осадка, воды и т. д. [9, 10].

Исследование влияния индивидуальных сульфидов МБС и МФС на термическую стабильность масла проводили в соответствии с ГОСТ 982-80.

В качестве исходного масла было использовано трансформаторное масло ВГ, в состав которого входит антиокислительная присадка ионол.

Результаты и обсуждение

Экспериментальные данные по исследованию термической стабильности, полученные в присутствии МБС и МФС, взятых в количестве 0,3; 0,5; 0,7 и 1,0%, приведены в таблице 2.

В соответствии с экспериментальными данными (таблица 2) при введении в состав масла ВГ индивидуальных сульфидов МБС и МФС наблюдается повышение термической стабильности масла, поскольку все параметры стабильности улучшаются по сравнению с параметрами исходного масла ВГ.

Сравнительный анализ, проведенный по экспериментальным данным (таблица 2) показал, что в качестве ингибирующей добавки МБС проявил себя в исследуемом процессе эффективнее МФС. Причем наибольшая активность исследуемых индивидуальных сульфидов проявилась при их введении в количестве 0,5%. Снижение или увеличение количества добавки МБС или МФС приводит к снижению термостабильности масла ВГ. Опытным путем доказано, что оптимальное количество сульфидов МБС и МФС, обеспечивающее максимальную термическую стабильность, составляет 0,5% от массы масла ВГ.

Таблица 2.

Влияние количества МБС и МФС на термическую стабильность масла ВГ

Table 2.

Influence of quantity of MBS and MFS on thermal stability of oil of the VG brand

Количество сульфида Amount of sulfide,%	Термическая стабильность по ГОСТ 982-80 Thermal stability in accordance with GOST 982-80
	Кислотное число, мг КОН/1 г масла acid number, mg КОН/1 g of oil	Осадок Sludge,%	Вода Water,%
Исходное масло | Initial oil	0,160	0,018	0,001
МБС 0,3	0,080	0,009	0,0007
МБС 0,5	0,005	0,00	0,00
МБС 0,7	0,090	0,011	0,0008
МБС 1,0	0,100	0,015	0,0009
МФС 0,3	0,097	0,010	0,0009
МФС 0,5	0,020	0,004	0,0007
МФС 0,7	0,100	0,013	0,0068
МФС 1,0	0,120	0,014	0,0083

Из таблицы 2 видно, что при введении 0,5% МБС в масло количество образовавшихся кислых соединений уменьшается в 32 раза по сравнению с исходным маслом ВГ и в 4 раза – по сравнению с маслом с 0,5% антиокислитель-ной добавкой МФС. Количество образовавшегося осадка и воды составило 0 в отличие от исходного масла ВГ и масла с антиокисли-тельной добавкой МФС.

Следовательно, МБС в исследуемом процессе является более эффективным по сравнению с МФС.

Проведенный сравнительный анализ строения молекул сульфидов МБС и МФС показал, что при одинаковой длине парафиновой цепи замена нафтенового цикла на ароматическое ядро приводит к снижению эффективности индивидуального сульфида в качестве анти-окислительной добавки к маслу.

При эксплуатации масла в трансформаторах под действием электрического поля высокой напряженности, кислорода воздуха и повышенных рабочих температур в углеводородных соединениях масла начинаются процессы окислительного превращения с образованием кислых продуктов, увеличивающих скорость старения масла и коррозию конструкционных металлов. Образовавшийся осадок оседает на элементах конструкции трансформатора и их твердой изоляции, вызывая в значительной мере ухудшение условий отвода теплоты, нарастание диэлектрических потерь и повышение скорости старения электрооборудования. Кроме перечисленных процессов образования кислых продуктов и осадка, происходит выделение воды, которая оказывает сильное каталитическое воздействие на окислительное превращение углеводородов масла.

Помимо перечисленных продуктов при окислении углеводородов масел образуются газообразные продукты, появление которых связано с перегревом элементов конструкции трансформатора или с воздействием электрических разрядов в изоляции.

Все перечисленные продукты окисления выделяются в результате воздействия на масло кислорода воздуха, и выход их зависит от концентрации воздуха в объеме масла. Особенно этот факт важен при эксплуатации трансформаторов со «свободным дыханием», которые имеют сообщение с атмосферным воздухом. Поэтому было изучено влияние концентрации индивидуальных сульфидов МБС и МФС на количество поглощенного маслом ВГ воздуха.

Экспериментальные данные показаны на рисунке 1. Из рисунка видно, что с увеличением концентрации индивидуальных сульфидов в масле от 0 до 0,5% происходит снижение количества поглощенного воздуха маслом. Дальнейшее повышение концентрации МБС и МФС от 0,5 до 1,0% сопровождается нарастанием количества поглощенного воздуха маслом ВГ.

Концентрация МБС и МФС Concentration MBS and MFS, %

Рисунок 1. Влияние концентрации МБС и МФС на концентрацию воздуха в масле ВГ: 1 – МБС; 2 – МФС Figure 1. Influence of the concentration of MBS and MFS on the air concentration in oil VG: 1 – MBS; 2 – MFS

Из рисунка видно, что кинетические закономерности поглощения воздуха маслом ВГ в присутствии сульфидов МБС и МФС подчиняются одним и тем же законам, о чем свидетельствует одинаковый ход кривых 1 и 2. Однако в присутствии МБС поглощается в 2,2 раза меньше воздуха по сравнению с МФС, что указывает на более высокую эффективность сульфида МБС по сравнению с сульфидом МФС.

Выводы

• 1.    Исследовано влияние индивидуальных сульфидов: метилбензилсульфида и метилфе-нилсульфида на термическую стабильность трансформаторного масла ВГ в электрическом поле напряженностью 30 кВ/см.

• 2.    Показано, что исследованные индивидуальные сульфиды являются антиокислительными ингибиторами, поскольку замедляют скорость снижения термической стабильности масла, о чем свидетельствуют низкие значения кислотных чисел, осадка и воды по сравнению с исходным маслом ВГ, в состав которого входит антиокислительная присадка ионол.