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.

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".

Propriedades do óleo do transformador
Propriedades do óleo do transformador

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.

Características dos óleos de transformador
Características dos óleos de transformador

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.

Características dos óleos
Características dos óleos

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.

Tensão de quebra de óleo

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)

Temperatura do óleo do transformador
Duração Consumo de oxigenio

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).

Teste de óleo do transformador

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.

óleo de transformador

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.

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