Состав трансформаторного масла

состав трансформаторного масла

По своей химической природе, состав трансформаторного масла состоит из таких элементов, как углерод и водород. Количество остальных компонентов незначительно: сера – 0,3%, кислород с азотом – 0,1%, следы металлов – 10-3-10-5 %. По известной молекулярной массе углерода и водорода можно рассчитать среднюю эмпирическую и общую формулы трансформаторного масла.

Приведем пример. Насыщенные углеводороды, полученные при погоне молдавской нефти и температуре 350-400 ºС, имеют молекулярную массу, равную 330. В их состав входят углерод (86,23%) и водород (13,64%).

Содержание элементов в нефтях может колебаться в следующих пределах: углерода – от 83% до 87%, водорода – от 11% до 14%, серы – от 0,1% до 5%, азота – от 0,01% до 5,5% и кислорода – от 0,02% до 1,7%.

Также в состав трансформаторных масел входят смолистые вещества, которые в небольших количествах могут выступать в качестве природного антиокислителя. Но, даже несмотря на это, смолы является нежелательным компонентом трансформаторных масел. Они по своей сути – полярные соединения, которые находятся в электроизоляционном масле в виде коллоидных частиц и могут повышать тангенс угла диэлектрических потерь. А это значит, что диэлектрические свойства трансформаторных масел снижаются.

В структурно-групповой состав электроизоляционных масел входят углеводороды трех групп – ароматической, нафтеновой и парафиновой. Все физико-химические показатели, определяющие эксплуатационные свойства масел, зависят от их процентного соотношения.

Система жидкой и твердой изоляции трансформатора является главной его изоляционной системой, которая определяет эксплуатационный ресурс аппарата. Изоляционные характеристики данной системы во многом зависят от влагосодержания. Содержание воды в трансформаторном масле зависит, в первую очередь, от индивидуальных способностей конкретного сорта масла к ее растворению, а также эксплуатационной температуры, времени нагрева, текущей степени увлажнения бумаги и твердой изоляции.

При постоянной температуре влажность бумаги и трансформаторного масла пребывают в динамическом равновесии. Если происходит повышение температуры и давления, то это равновесие смещается в сторону увеличения количества воды.

Содержание влаги в масле зависит от большого числа факторов, главным из которых является предельная растворимость воды в масле и температура. Свежие трансформаторные масла находятся в неполярном состоянии, поэтому очень плохо растворяют воду, которая, наоборот, находится в полярном состоянии.

В большинстве случаев количество воды в трансформаторном масле напрямую зависит от его структурно-группового состава. Наибольшее ее количество приходится на ароматические углеводороды, которые являются наиболее активными с химической токи зрения.

Нафтеновые и парафиновые углеводороды практически не растворяют воду, так как нейтральны к ней. На практике предел растворимости воды рассчитывается на основе содержания ароматических углеводородов.

Химический состав трансформаторного масла и его строение

Трансформаторное масло получают из нефти, в строение которой входят углерод и водород, а также ряд других соединений, содержащих кислород, азот и серу. В процентном соотношении доли компонентов распределяются следующим образом: углерод – 84-85%, водород – 12-14%.

На свойства трансформаторного масла большое влияние оказывает происхождение исходного сырья, т.е. место добычи нефти. Масляные углеводороды могут принадлежать к одной из следующих четырех групп.

Метановые углеводороды

Еще называют углеводородами парафинового ряда. Они имеют хорошую химическую устойчивость и высокую температуру вспышки. Но одновременно такие вещества могут терять текучесть уже при комнатной температуре. Последнее обстоятельство существенно ограничивает применение метановых нефтей для получения изоляционных масел.

Нафтеновые углеводороды

Одна из основных составляющих частей масляных фракций. Нафтены демонстрируют большую устойчивость в сравнении с метанами и легко окисляются.

Ароматические углеводороды

Условно можно разделить на углеводороды симметрического строения и ароматики с длинными боковыми цепями.

Вещества первого типа окисляются достаточно трудно. Именно поэтому они являются ценной составляющей трансформаторного масла.

Вещества второго типа наоборот склонны к соединению с кислородом. Данная способность увеличивается пропорционально росту числа и длины боковых цепей.

Ароматические углеводороды входят во все трансформаторные масла. Именно из них обычно образуются шламы, но полностью избавится от такой составляющей, не «переочистив» масло, не представляется возможным.

Олефиновые углеводороды

Являются ненасыщенными углеводородами, поскольку могут относительно легко взаимодействовать с другими веществами. Они нестабильны, поэтому должны полностью удаляться из трансформаторных масел.

В большинстве случаев в состав нефтей входят все перечисленные группы углеводородов. Самые лучшие сорта масляной нефти содержат 75-83% нафтеновых углеводородов. Если количество метановых углеводородов превышает 25-30%, то такую нефть называют парафиновой.

Ароматические углеводороды содержатся в нефти в количестве 14-30%, а ненасыщенные олефиновые углеводороды – 0,1-0,5%.

Чем выше температура кипения нефтяной фракции, тем нефть богаче углеродом и беднее водородом. Также рост температуры приводит к усложнению структуры молекул углеводорода.