Вакуумная осушка и определение влагосодержания трансформаторного масла

В настоящее время мониторинговые и лабораторные данные о влагосодержании изоляционного масла становятся важной составной частью оперативной диагностики маслонаполненного оборудования.

Вода является наиболее опасной примесью в масле, так как даже небольшое количество ее значительно снижает пробивное напряжение трансформаторного масла. В эксплуатационном масле вода может находиться в состоянии осадка, в виде эмульсии и в растворенном состоянии. В растворенном состоянии влага не оказывает значительного влияния на электрическую прочность и тангенс угла потерь, однако способствует повышению окисляемости трансформаторного масла и снижению его стабильности.

Главным источником воды в трансформаторе является атмосферная влага. Она проникает в трансформатор вместе с воздухом через несовершенные системы защиты от увлажнения. Второй путь, это проникновение воздуха через уплотнения под воздействием градиента давления.

Помимо попадания влаги в масло из окружающей атмосферы, в самом трансформаторе существует источник воды. Эта вода выделяется в твердой изоляции и масле в результате процесса их старения. В полностью нагруженном трансформаторе целлюлозная изоляция состарится в течение 20—30 лет и выделит за это время около 0,5—0,75 % воды (от массы изоляции).

Таким образом, трансформаторное масло подвергается обработке ниже представленными методами:

Обработка центрифигурированием — этот способ обработки трансформаторного масла заключается в удалении из масла влаги и взвешенных механических частиц при воздействии на них центробежной силы. Можно удалить из трансформаторного масла только влагу, находящуюся в состоянии эмульсии и твердые частицы, удельная масса которых больше удельной массы обрабатываемого трансформаторного масла. Центрифигурирование применяется в основном при подготовке масла для заливки в силовые трансформаторы напряжением до 35 кВ, либо в качестве предварительной очистки масла. Длительная обработка масла способствует окисляемости чистого масла из-за возможного удаления антиокислительных присадок. Обработка масла фильтрованием — обработка трансформаторного масла фильтрованием заключается в пропускании его через пористые перегородки, на которых задерживаются имеющиеся в нем примеси.

Адсорбционная обработка — процесс очистки трансформаторного масла при помощи адсорбции основан на поглощении воды и других примесей различными адсорбентами. В основном для этого применяются синтетические цеолиты, которые имеют высокую адсорбентную способность, особенно к молекулам воды. Обработка трансформаторного масла с помощью цеолитов позволяет удалить из него влагу, находящуюся в растворенном состоянии.

Обработка в вакуумных установках. Основным элементом является дегазатор. Сырое трансформаторное масло предварительно нагревается до температуры 50-60°С, после чего распыляется в первой ступени дегазатора. Затем оно тонким слоем стекает по поверхности колец Рашига. Одновременно первая ступень вакуумируется вакуум-насосом. Откачка выделяющихся паров влаги и газа осуществляется через цеолитовый патрон и воздушный фильтр. Из полости первой ступени дегазатора трансформаторное масло самотёком поступает в полость второй ступени, где происходит его окончательная осушка и дегазация. Далее трансформаторное масло через фильтр тонкой очистки подается в трансформатор или ёмкость.

Известно большое число методов определения наличия воды, в органических жидкостях, из которых наиболее приемлемыми для трансформаторных масел являются методы гидридкальциевый и Фишера. Эти методы отличаются высокой чувствительностью и точностью.

Гидрид-кальциевый метод определения содержания воды в нефтепродуктах основан на экзотермическом эффекте реакции, который связан с процессом взаимодействия гидрида кальция (CaH2) с водой протекающий по химическому уравнению:

CaH^ + 2 HO ^ Ca [ OH^ ] + 2 H

По количеству выделившегося газообразного водорода рассчитывают содержание влаги. Чувствительность метода составляет 0,0002% вес. При наличии влаги происходит выделение газообразного водорода и повышение температуры масла [2].

К недостаткам метода относится большая погрешность при определении влагосодержания (до 20%). Ее величина, по-видимому, связана с накоплением влаги на стенках стекла в течение времени.

Этот же процесс наблюдается и при определении воды по Фишеру, но площадь поверхности стеклянной ячейки в этом методе существенно меньше, чем в первом. Кроме того, процесс определения по Фишеру занимает не более 15 мин, в то время как гидридкальциевый метод требует около 2,5 ч.

Методом Фишера широко пользуются за рубежом. К его недостаткам относится большая погрешность определения при наличии высокой кислотности, влияющей на результат титрования пробы [3].

Чувствительность метода 0,00002% вес. воды в масле, что превосходит чувствительность гидридкальциевого метода; расхождения между параллельными определениями ±2%. Аппаратурное оформление метода Фишера более сложно, чем гидридкальциевого.

Для ориентировочной оценки количества влаги в масле (главным образом находящейся в диспергированном состоянии) можно использовать способ, основанный на определении величины пробивного напряжения масла путем сопоставления его, с данными заранее найденной зависимости величины пробивного напряжения от количества воды [4].

Измерение массовой доли воды в трансформаторном масле может выполняться методом газожидкостной хроматографии на любом газовом хроматографе с детектором по теплопроводности. Методика основана на прямом вводе малой пробы масла (2 - 10 мкл) в испаритель хроматографа. Температура испарителя – 250 – 300 °С, поэтому вся вода, присутствующая в масле, переходит в газообразное состояние. Вода и воздух газом-носителем (гелием) переносятся в хроматографическую колонку, где происходит их разделение, а затем - в ДТП с последующим детектированием и регистрацией результатов анализа на экране монитора в виде кривой (пиков), называемой, хроматограммой.

Технология фотоакустической спектроскопии берет начало из космонавтики и является довольно молодой (реализована в начале этого века). Приведем основные принципы, на которых она базируется:

• - инфракрасное (тепловое) излучение поглощается газом;

• - каждый газ имеет характерный спектр (длину волны) поглощения;

• - уровень поглощения пропорционален концентрации газа.

Выводы

Анализ литературы показал, что для предварительной оценки наличия влаги в ТМ достаточно использования несложных методов визуального контроля или масляной бани. Распространенный гидрокальциевый метод, основанный на измерении выделившегося водорода, является достаточно сложным, длительным и дающим наименьшую точность результата. Метод кулонометрического титрования (метод К. Фишера) позволяет достаточно быстро определить процентное содержание влаги в ТМ с высокой степенью точности.