CC BY
10Краткие сообщения
УДК 621.365
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА В СИСТЕМАХ ОЧИСТКИ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ МАСЕЛ
К.А. Ачаков1, Л.С. Зимин2
1 Самарская область, г. Сызрань, ОАО «Пластик»,
446025 г. Сызрань, Саратовское шоссе, 4
2 Самарский государственный технический университет 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Отражена проблема нагрева трансформаторных масел в системах регенерации и ее актуальность, проведен обзор существующих реализованных решений, рассмотрены альтернативные варианты и предложена энергосберегающая технология нагрева.
Ключевые слова: регенерация, масло, электронагрев, индукционный, диэлектрический, энергосбережение
При транспортировке трансформаторного масла, его хранении, а также при эксплуатации масла в маслонаполненном электрооборудовании, несмотря на защиты различного рода: азотную защиту, термосифонные фильтры и воздухоосушители, герметизацию, - влага из окружающей среды попадает в электрооборудование и соответственно в масло [1]. Кроме того, масло может увлажняться вследствие химических процессов старения и возможного соприкосновения его с воздухом, всегда содержащего в себе влагу. Химические процессы старения вызывают деструкцию молекул масла и образование низкомолекулярных ионогенных продуктов (перекисей, органических кислот, воды), увеличивающих ионную проводимость масла. Имеют место и процессы структурирования («осмоления») окисленных молекул с образованием коллоидных частиц и более высокомолекулярных продуктов - шлама. Коллоидные частицы обусловливают электрофоретическую проводимость и совместно с ионогенной примесью снижают удельное объемное сопротивление и увеличивают диэлектрические потери. Коллоидные частицы, имея более низкую подвижность в сравнении с ионами, образуют объемные заряды и увеличивают тем самым неоднородность электрического поля; в результате диэлектрическая прочность масла снижается. Шлам и другие нерастворенные в масле продукты старения, а также частицы примесей, внесенные в него извне (например эмульсионная вода, частицы волокон,
Ачаков Константин Анатольевич, начальник электролаборатории. Зимин Лев Сергеевич, доктор технических наук, профессор.
металла), образуют мелкодисперсную фазу. Она повышает неоднородность электрического поля в масле и существенно снижает его напряжение пробоя (Епр); увеличивает тангенс диэлектрических потерь 0®5). Особенно опасными являются примеси с размером от 2 до 10 мкм. Даже небольшие количества влаги снижают электрическую прочность и являются причиной высоких диэлектрических потерь, а в худшем случае - даже аварий и, как следствие, выхода из строя электрооборудования.
Таким образом, необходимость очистки масла от воды и других примесей является актуальной проблемой [2]. Регенерация с целью сохранения ценного сырья экономически выгодна и при этом решает проблемы экологии, так как позволяет использовать масло повторно и снимает вопрос по его утилизации. За год на территории бывшего Советского Союза собирается около 1,7 млн тонн масел, а перерабатывается до 0,25 млн тонн, т.е. 15%. Например, на ОАО «Пластик» в год регенерируется 23,364 т трансформаторного масла; общий объем масла, залитого в оборудование и хранящегося в маслохозяйстве, составляет 102,364 т.
Промышленность выпускает множество установок регенерации отработанных трансформаторных масел, таких как ПСМ2-4, УВМ-12Б1, ПМЦ-50, СММ-0,16, УВФ-1000, УРМ-1000, Трансформер Ойл 1500, Трансформер Ойл 3600, Мастер Ойл 200, Мастер Ойл 450, Мастер Ойл 600, Мастер Ойл 800, Мастер Ойл 1000 и т.п. Принцип действия установок основан на использовании следующих методов очистки: физического метода (фильтрация, центробежная очистка) для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений; теплофизического (выпаривание, вакуумная перегонка); физико-химического (адсорбция), что дает возможность регенерировать отработанные масла разных марок с различной степенью снижения показателей качества.
Каждая из этих технологий или их сочетание обязательно сопровождается подогревом масла до определенных температур, порог которых зависит от метода, глубины вакуума, сочетания нескольких методов в одном технологическом процессе. Как правило, на нагрев тратится от 90 до 95% активной мощности установки регенерации масла. Таким образом, проблема нагрева является определяющей в технологии регенерации масла.
Эту проблему необходимо рассматривать с точки зрения применения энергосберегающего оборудования, устранения из технологических операций нагрева угля, нефти, газа как невозобновляемых источников энергии. В этой связи особое значение приобретает задача широкого использования электротермических процессов и установок, которые позволяют достичь высокой скорости термообработки и автоматизации технологического процесса.
В данном случае реальное применение могут найти три способа электронагрева: нагрев сопротивлением, индукционный и диэлектрический.
Электронагрев сопротивлением в виде трубчатых электронагревателей (ТЭН) в установках регенерации и осушки масел в настоящее время широко применяется и является доминирующим. Он достаточно прост, надежен, мобилен, но энергоемок и инерционен. Нагрев происходит с передачей энергии путем теплопроводности и конвекции. Вследствие неравномерного температурного поля присутствуют тепло- и массообменные процессы в слоях масла. Около источника тепла температура выше, в удаленных слоях - ниже, кроме того, имеют место локальные перегревы областей,
контактирующих с источником тепловой энергии. Это вызывает газообразование и разложение масла, что негативно влияет на качество самого масла и на экологию.
Индукционный нагрев наиболее широко распространен в металлургии. Это связано со способностью металлов поглощать электромагнитную энергию. В данном случае нагрев происходит при выделении энергии непосредственно в самом нагреваемом веществе, что и обеспечивает более высокий КПД и более высокую производительность по сравнению с технологиями косвенного нагрева, описанными выше, в которых нагрев осуществляется с передачей энергии путем теплопроводности, конвекции и излучения. В то же время существуют различные конструкции индукционных нагревателей для нагрева неэлектропроводных жидкостей, которые при соответствующем подходе к проектированию позволяют удовлетворять технологическим требованиям с достаточно высокой эффективностью. Принципиально теплообменный аппарат для индукционного нагрева трансформаторного масла можно представить в виде двух осесимметричных стальных цилиндров, в кольцевом зазоре между которыми находится нагреваемое масло. Величина кольцевого зазора определяется производительностью установки, её габаритами и температурой нагрева. Индуктор может охватывать внешнюю трубу или находиться во внутренней трубе, или там и там одновременно.
Диэлектрический нагрев, так же как и индукционный, но применяющийся к диэлектрикам и полупроводникам, основан на выделении тепловой энергии в самом нагреваемом веществе. При помещении диэлектриков в переменное электрическое поле установки, рабочий орган которой представляет собой конденсатор, за счет поглощения электрической энергии при наведении токов смещения происходит нагрев диэлектрика. Иными словами, нагрев будет осуществляться внутренними источниками энергии, а не косвенным путем. В то же время интенсивность нагрева по мере сушки и очистки будет уменьшаться, так как фактор потерь ^5 по мере удаления воды и других примесей будет снижаться и, соответственно, энергии в диэлектрике будет выделяться меньше, чем первоначально в грязном и увлажненном масле.
Так, относительная диэлектрическая проницаемость для чистого масла в зависимости от месторождения нефти е= 2,1^2,5, а для воды е=80. Из указанных цифр наглядно видно, что количество энергии, выделяемой в загрязненных маслах за счет токов проводимости и диэлектрических потерь, в сотни раз больше, чем в сухих и чистых трансформаторных маслах. Поэтому вызывает интерес возможность использования комбинации двух наиболее эффективных методов нагрева - индукционного и диэлектрического. На первой стадии регенерации, когда фактор потерь достаточно высок, используется диэлектрический нагрев, а по мере очистки масла целесообразен переход на индукционный нагрев.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Липштейн В.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. - М.: Энергия, 1987. - 330 с.
2. Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - М.:
Высшая школа, 2004. - 519 с.
Статья поступила в редакцию 30 мая 2008 г.
UDC 621.365
ANALYZING ELECTRICAL HEATING METHODS IN TRANSFORMERS OIL REFINING SYSTEMS
K.A. Achakov1, L.S. Zimin
1 Samara region, Syzran, “Plastmass”, PLC 446025, Syzran, Saratov highway, 4
2 Samara State Technical University
244, Molodogvardeyskaya ul., Samara, 443100
In the article the problem of transformers oils heating in regeneration systems and the importance of this problem are reflected, the review of the existing realized conclusions is given, the options available are considered and the energy saving heating technology is suggested.
Key words: regeneration, oil, electroheating, induction, dielectric,- energy conservation
Konstantin A. Achakov, Head of Electro-laboratory. Lev S. Zimin, Doctor of Technical Sciences, Professor.
