Óleo de transformador — finalidade, aplicação, características

O óleo de transformador é uma fração de óleo refinado, ou seja, óleo mineral. É obtido pela destilação do óleo, onde essa fração ferve a 300 — 400 ° C. Dependendo do grau da matéria-prima, as propriedades dos óleos transformadores são diferentes. O óleo tem uma composição de hidrocarbonetos complexos onde o peso molecular médio varia de 220 a 340 amu. A tabela mostra os principais componentes e sua porcentagem na composição do óleo do transformador.

As propriedades do óleo do transformador como isolante elétrico são determinadas principalmente pelo valor tangente de perda dielétrica… Portanto, a presença de água e fibras no óleo é totalmente excluída, pois qualquer impureza mecânica piora esse indicador.

A temperatura de saída do óleo do transformador é de -45 ° C e inferior, isso é importante para garantir sua mobilidade em condições de operação de baixa temperatura. A menor viscosidade do óleo contribui para a dissipação efetiva do calor, mesmo em temperaturas de 90 a 150°C em caso de surtos.Para diferentes marcas de óleos, essa temperatura pode ser de 150 ° C, 135 ° C, 125 ° C, 90 ° C, não inferior.

Uma propriedade extremamente importante dos óleos de transformadores é sua estabilidade sob condições oxidantes; o óleo do transformador deve manter os parâmetros exigidos por um longo período de operação.

No que diz respeito à RF em particular, todas as marcas de óleos de transformadores utilizados em equipamentos industriais são obrigatoriamente inibidas pelo aditivo antioxidante ionol (2,6-di-terc-butilparacresol, também conhecido como agidol-1). O aditivo interage com os radicais ativos de peróxido que ocorrem na cadeia de reação de oxidação de hidrocarbonetos. Assim, óleos de transformadores inibidos têm um período de indução pronunciado durante a oxidação.

Os óleos susceptíveis a aditivos oxidam lentamente no início porque as cadeias de oxidação resultantes são quebradas pelo inibidor. Quando o aditivo é usado, o óleo oxida na taxa normal como sem o aditivo. Quanto maior o período de indução da oxidação do óleo, maior a eficácia do aditivo.

Grande parte da eficácia do aditivo está relacionada à composição de hidrocarbonetos do óleo e à presença de impurezas não hidrocarbônicas que promovem a oxidação, que podem ser bases nitrogenadas, ácidos de petróleo e produtos contendo oxigênio da oxidação do óleo.

Quando o destilado de petróleo é refinado, o conteúdo aromático é reduzido, as inclusões não hidrocarbonetos são removidas e, finalmente, a estabilidade do óleo de transformador inibido por ionol é melhorada. Enquanto isso, existe um padrão internacional "Especificação para óleos isolantes de petróleo fresco para transformadores e disjuntores".

O óleo do transformador é inflamável, biodegradável, quase não tóxico e não destrói a camada de ozônio. A densidade do óleo do transformador varia de 840 a 890 quilos por metro cúbico. Uma das propriedades mais importantes é a viscosidade. Quanto maior a viscosidade, maior a rigidez dielétrica. No entanto, para operação normal em transformadores de potência e nos disjuntores, o óleo não deve ser muito viscoso, caso contrário o resfriamento dos transformadores não será eficaz e o disjuntor não conseguirá romper o arco rapidamente.

Uma compensação é necessária aqui em termos de viscosidade. Normalmente, a viscosidade cinemática a 20 °C, a maioria dos óleos de transformadores está na faixa de 28 a 30 mm2/s.

Antes de encher o aparelho com óleo, o óleo é purificado por tratamento de vácuo térmico profundo. De acordo com este documento de orientação "Escopo e Normas para Teste de Equipamentos Elétricos" (RD 34.45-51.300-97), a concentração de ar no óleo do transformador derramado em transformadores blindados de nitrogênio ou filme, em transformadores de medição selados e em buchas seladas não deve ser superior a 0,5 (determinado por cromatografia gasosa), e o teor máximo de água é de 0,001% em peso.

Para transformadores de potência sem película de proteção e para buchas permeáveis, é permitido um teor de água não superior a 0,0025% em massa. Quanto ao teor de impurezas mecânicas, que determina a classe de pureza do óleo, não deve ser inferior a 11º para equipamentos com tensão até 220 kV e não inferior a 9º para equipamentos com tensão superior a 220 kV . A tensão de ruptura, dependendo da tensão de operação, é mostrada na tabela.

Quando o óleo é abastecido, a tensão de ruptura é 5 kV menor que a do óleo antes do enchimento do equipamento. É permitido reduzir a classe de pureza em 1 e aumentar a porcentagem de ar em 0,5%.

Condições de oxidação (método para determinar a estabilidade - de acordo com GOST 981-75)

O ponto de vazamento do óleo é determinado por um teste no qual um tubo com óleo vedado é inclinado a 45° e o óleo permanece no mesmo nível por um minuto. Para óleos frescos, esta temperatura não deve ser inferior a -45 °C.

Este parâmetro é fundamental para interruptores de óleo… No entanto, diferentes zonas climáticas têm diferentes requisitos de ponto de fluidez. Por exemplo, nas regiões do sul, é permitido o uso de óleo de transformador com temperatura de vazamento de -35 ° C.

Dependendo das condições de operação do equipamento, os padrões podem variar, podendo haver alguns desvios. Por exemplo, variedades árticas de óleo de transformador não devem solidificar a temperaturas acima de -60 ° C e o ponto de fulgor cai para -100 ° C (o ponto de fulgor é a temperatura na qual o óleo aquecido produz vapores que se tornam inflamáveis ​​quando misturados ao ar ) .

Em princípio, a temperatura de ignição não deve ser inferior a 135 ° C. Características como a temperatura de ignição (o óleo inflama e queima com ele por 5 ou mais segundos) e a temperatura de auto-ignição (a uma temperatura de 350-400 ° C, o óleo inflama mesmo em cadinho fechado na presença de ar).

O óleo do transformador tem uma condutividade térmica de 0,09 a 0,14 W / (mx K) e diminui com o aumento da temperatura.A capacidade térmica aumenta com o aumento da temperatura e pode ser de 1,5 kJ/(kg x K) a 2,5 kJ/(kg x K).

O coeficiente de expansão térmica está relacionado aos padrões para o tamanho do tanque de expansão, e esse coeficiente está na região de 0,00065 1 / K. A resistência do óleo do transformador a 90 ° C e sob condições de tensão de campo elétrico de 0,5 MV / m em nenhum caso deve ser superior a 50 Ghm * m.

Além da viscosidade, a resistência do óleo diminui com o aumento da temperatura. Constante dielétrica — na faixa de 2,1 a 2,4. A tangente do ângulo das perdas dielétricas, conforme mencionado acima, está relacionada à presença de impurezas, portanto, para óleo puro não excede 0,02 a 90 ° C em condições de frequência de campo de 50 Hz, e em óleo oxidado pode exceder 0,2 .

A rigidez dielétrica do óleo foi medida durante um teste de ruptura de 2,5 mm com um diâmetro de eletrodo de 25,4 mm. O resultado não deve ser inferior a 70 kV e então a rigidez dielétrica será de pelo menos 280 kV / cm.

Apesar das medidas tomadas, o óleo do transformador pode absorver gases e dissolver uma quantidade significativa deles. Em condições normais, 0,16 mililitros de oxigênio, 0,086 mililitros de nitrogênio e 1,2 mililitros de dióxido de carbono dissolvem-se prontamente em um centímetro cúbico de óleo. Obviamente, o oxigênio começará a oxidar um pouco. Pelo contrário, se houver liberação de gases, isso é sinal de defeito na bobina. Assim, devido à presença de gases dissolvidos no óleo do transformador, os defeitos nos transformadores são revelados pela análise cromatográfica.

A vida útil dos transformadores e do óleo não está diretamente relacionada.Se o transformador puder funcionar de forma confiável por 15 anos, recomenda-se que o óleo seja limpo todos os anos e regenerado após 5 anos. Para evitar o rápido esgotamento do recurso petrolífero, são fornecidas certas medidas, cuja adoção prolongará significativamente a vida útil do óleo do transformador:

• Instalação de expansores com filtros para absorção de água e oxigênio, além de gases separados de óleo;

• Evitando o superaquecimento do óleo de trabalho;

• Limpeza periódica;

• Filtração contínua de óleo;

• Introdução de antioxidantes.

As altas temperaturas, a reação do óleo com os fios e os dielétricos promovem a oxidação, que o suplemento antioxidante mencionado no início visa prevenir. Mas a limpeza regular ainda é necessária. A limpeza com óleo de alta qualidade o devolve à condição utilizável.

Qual poderia ser o motivo para retirar o óleo do transformador de serviço? Pode ser contaminação do óleo com substâncias permanentes, cuja presença não provocou alterações profundas no óleo, bastando então realizar a limpeza mecânica. Em geral, existem vários métodos de limpeza: mecânicos, termofísicos (destilação) e físico-químicos (adsorção, coagulação).

Se ocorreu um acidente, a tensão de ruptura caiu drasticamente, surgiram depósitos de carbono ou análise cromatográfica revelou um problema, o óleo do transformador é limpo diretamente no transformador ou na chave, bastando desconectar o aparelho da rede.

A vida útil do óleo em transformadores pode ser estendida usando aditivos antioxidantes, filtros termossifão, etc. No entanto, tudo isso não exclui a necessidade de regenerar os óleos usados.

Portanto, a tarefa da regeneração do óleo usado é obter um regenerado bem purificado que atenda a todos os padrões de óleo novo. A estabilização de substâncias regeneradoras instáveis ​​pela adição de óleo novo ou aditivos antioxidantes possibilita o uso dos métodos mais simples e acessíveis para a regeneração de óleos usados ​​de transformadores.

Ao regenerar o óleo do transformador, é importante obter regenerantes bem purificados, independentemente do método de regeneração e do grau de envelhecimento do óleo, e a estabilização, se o óleo for de baixa estabilidade, deve ser feita artificialmente - por adição de óleo novo ou adicionando com um alto efeito estabilizador, eficaz para óleos regenerados.

Ao regenerar o óleo de transformador usado, obtém-se até 3 frações de óleos básicos para a preparação de outros óleos comerciais, como motores, hidráulicos, óleos de transmissão, fluidos de corte e graxas.

Em média, após a regeneração, obtém-se 70-85% do óleo, dependendo do método tecnológico aplicado. A regeneração química é mais cara. Ao regenerar o óleo do transformador, é possível obter até 90% do óleo base com a mesma qualidade do óleo fresco.

Adicionalmente

Uma pergunta

É possível secar o óleo em um transformador em funcionamento levantando sua tampa em tempo seco? A água evaporará do óleo ou, ao contrário, o óleo ficará úmido?

Responder

O óleo seco com uma tensão de ruptura de 40-50 kV contém milésimos de um por cento de umidade. Para umedecer o óleo, caracterizado por uma diminuição na resistência à quebra do óleo para 15 - 20 kV, são necessários centésimos de um por cento de umidade.

Nos transformadores que possuem comunicação livre com o ar atmosférico através de um expansor (ou sob uma cobertura), ocorre uma troca contínua de umidade com o ar. Se a temperatura do óleo diminuir e o teor de umidade nele for menor do que no ar, o óleo absorve a umidade do ar de acordo com a lei das pressões parciais do vapor úmido. Desta forma, a tensão de ruptura do óleo é reduzida.

A troca de umidade também ocorre entre o óleo e o isolamento do transformador (algodão, baquelite) colocado no óleo. A umidade se move no isolamento das partes quentes para as partes frias. Se o transformador esquentar, a umidade passa do isolamento para o óleo e, se esfriar, vice-versa.

Como a umidade do ar é alta durante os meses de verão, a tensão de ruptura do óleo diminui com a livre troca de umidade em comparação com os meses de inverno.

No inverno, quando a umidade do ar é a mais baixa e a diferença de temperatura entre o ar e o óleo é maior, o óleo seca um pouco. No verão, quando é mais provável que os surtos de raios afetem o isolamento do transformador, a resistência à ruptura do óleo do transformador é mais baixa quando deveria ser mais alta.

Para eliminar a troca livre de umidade entre o ar e o óleo, são utilizados secadores de ar com vedação de óleo.

Assim, quando a tampa do transformador estiver aberta, pode ocorrer ressecamento ou umedecimento do óleo.

O óleo secará melhor em climas frios quando o ar contiver a menor quantidade de umidade e houver a maior diferença de temperatura entre o óleo e o ar. Mas essa secagem é ineficiente e ineficaz, por isso não é usada na prática.