CC BY
102
УДК [535.33:621.373.826]:546.11 ББК З 234.2в672
Г.М. МИХЕЕВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ПРИСАДКИ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОКОНВЕКТИВНОЙ ОЧИСТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ
Ключевые слова: диэлектрическая жидкость, антиокислительная присадка, коэффициент пропускания, длина волны.
Предложено устройство для электроконвективной очистки диэлектрической жидкости. Показано, что после очистки трансформаторного масла по спектру оптического пропускания в нём легко можно обнаружить антиокислительную присадку.
G.M. MIKHEEV IDENTIFICATION OF ANTIPXIDTZE ADDITIVE AFTER ELECTROCONVECTIVE CLEANING OF DIELECTRIC LIQUID Key words: dielectric liquid, antioxidize additive, transmission factor, wavlength.
A device for electroconvective cleaning of dielectric liquid is proposed. It is shown that after cleaning of transformer oil the antioxidize additive can be easily identified by optical transmission spectrum.
Отработанное трансформаторное масло, которое долгое время эксплуатируется в таких высоковольтных аппаратах, как высоковольтные выключатели или регуляторы напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов, имеет сильное загрязнение. На вид такое масло очень тёмное, в нём присутствуют в основном механические углеродсодержащие примеси. Очистка такой жидкости известными способами сильно затруднена тем, что фильтры быстро засоряются. Поэтому на предприятиях энергосистем такое масло, как правило, отправляют на асфальтобетонные заводы для применения в других целях. Однако подобное нецелевое использование дорогостоящего продукта не всегда оправдано.
В настоящее время для регенерации отработанных жидких диэлектриков используются адсорбционные, вакуумные, мембранные, кислотные, щелочные и другие методы [3]. На промышленных предприятиях наиболее широкое распространение получили перколяционные и контактные методы регенерации. Они основаны на использовании различных природных и синтетических сорбентов [6]. Известны также способы очистки с применением электрокинетических явлений, при которых жидкий диэлектрик многократно прогоняется через систему электродов, находящихся под электрическим напряжением [3, 5]. Однако все эти перечисленные методы очистки являются довольно сложными. Они требуют значительных материальных и энергетических ресурсов при своей практической реализации.
Нами была изготовлена установка для очистки диэлектрической жидкости (рис. 1). Заземленный металлический сосуд цилиндрической формы 1 (0 57 смх84 см, вместимость сосуда составляла 0,2 м3) был заполнен отработанным трансформаторным маслом, взятым из бака устройства РПН высоковольтного трансформатора.
Внутри металлического сосуда с помощью изоляторов 2 и 3 был закреплен металлический электрод 4, выполненный в виде спирали. На электрод от трансформатора 5, подключенного к источнику переменного напряжения промышленной частоты, подавалось высоковольтное напряжение с частотой 50 Гц. Напряжение между электродом и поверхностью металлического сосуда, служащим вторым электродом, составляло 12 кВ. В этом случае переменный ток, проходящий через высоковольтную обмотку трансформатора, составлял 8-10 мА, так что электрическая мощность, потребляемая установкой, была менее 120 Вт.
Представленная геометрия расположения электродов обеспечивает в объеме трансформаторного масла весьма неоднородное электрическое поле. Действительно, произ-
вольная диаметральная плоскость, проходящая через ось OO’ (см. рис. 1), пересекает спираль в 2n точках, где n - количество витков спирали. Выберем одну из этих точек, например, точку M и через эту точку проведем ось х, перпендикулярную линии OO’. На оси х отметим произвольную точку, лежащую внутри цилиндрического сосуда вблизи её стенок, и выберем эту точку за начало локальной прямоугольной системы координат, вторая ось z, которой параллельна линии OO .
Можно показать (это также следует из симметрии задачи), что зависимость E2 от z в точке z = О имеет локальный максимум, а зависимость grad E2 от z в точке z = О меняет свой знак. При этом с увеличением х величина E2 возрастает. Таким образом, понде-ромоторные силы, действующие в окрестности точки начала системы координат z0x, имеют распределение, вызывающее турбулентное движение жидкости, как показано на рис. 1, в виде соответствующих стрелок. Взаимодействие турбулентных потоков жидкости со стенками сосуда может способствовать эффективному выделению и оседанию инородных частиц на её поверхности. Очевидно, что для нашей схемы эксперимента взаимодействие неоднородного электрического поля с жидким диэлектриком имеет более сложную картину. Однако представленное рассмотрение позволяет понять принцип электроконвективной очистки жидкого диэлектрика в неоднородном электрическом поле.
Эксперименты показали, что при подаче высокого напряжения в жидкости, находящейся в металлическом сосуде, возникают вихревые потоки. На начальном этапе осаждение углеродсодержащих частиц примеси происходит на поверхности цилиндрического сосуда в зонах напротив витков винтовой спирали металлического электрода. При этом образующийся на поверхности сосуда углеродный след имеет вид спирали. Затем, с течением времени, вся внутренняя поверхность цилиндра покрывается слоем углеродного материала. Накопление углеродных частиц также происходит на витках металлического электрода, а влага, находящаяся в масле, выделяется на дне сосуда. Таким образом, происходит постепенное очищение трансформаторного масла от инородных частиц.
Кроме визуального наблюдения о степени очистки трансформаторного масла можно судить по измерениям спектра оптического пропускания, газового содержания, влаго-содержания, пробивного напряжения (Цр) и тангенса угла диэлектрических потерь (tgS). В наших экспериментах спектр оптического пропускания проб трансформаторного масла исследовался на спектрофотометре СФ-26 с помощью оптических стеклянных кювет толщиной 5 мм. Содержание газов в трансформаторном масле определялось с помощью газового хроматографа «Кристалл» по стандартной методике. Содержание влаги в трансформаторном масле определялось прибором типа ПВН, принцип работы которого основан на гидрид-кальциевом методе [2]. Пробивное напряжение и тангенс угла диэлектрических потерь определялись по стандартным методикам, описанным в [1].
На рис. 2 представлены спектры оптического пропускания проб трансформаторного масла до очистки (кривая 1), после очистки в течение В часов (кривая 2), после повторной
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для очистки диэлектрической жидкости:
1 - цилиндрический сосуд, выполняющий роль первого электрода;
2, 3 - изоляторы; 4 - второй электрод, выполненный в виде винтовой спирали;
5 - высоковольтный трансформатор
G
очистки в течение 8 ч (кривая 3) и свежей пробы трансформаторного масла марки Т-1500 (ГОСТ 9832-80) (кривая 4).
Примечательно, что для отработанного масла (кривая 1) в диапазоне длин волн от 400 до 800 нм коэффициент оптического пропускания т с увеличением длины волны X монотонно возрастает. Данное свойство является характерным и для углеродсодержащих водных суспензий [4].
Из рис. 2 наглядно видно, что процесс электроконвективной очистки приводит к существенному увеличению коэффициента пропускания трансформаторного масла в широком диапазоне длин волн X. Анализ проведённых измерений на длине волны 1064 нм показал, что показатели экстинции проб масел, соответствующим кривым 1 и 3, отличаются в 8,6 раза. Следует отметить, что во всем диапазоне X прозрачность свежего масла марки Т-1500 превосходит прозрачность отработанного масла даже после двухступенчатой очистки (см. рис. 2, кривые 3 и 4).
Особенность результатов данного эксперимента заключается в том, что на всех кривых (рис. 2, кривые 2-4) на длине волны, близкой к 960 нм, наблюдается некоторый провал коэффициента оптического пропускания, в то время как для неочищенного масла такой провал практически отсутствует. Дальнейшие исследования показали, что это соответствует длине волны антиокислительной присадки ионола. Таким образом, по спектру оптического пропускания проб дополнительно можно судить об отсутствии или наличии антиокислительной присадки в диэлектрической жидкости после его очистки.
Литература
1. ГОСТ 6581-75 (СТ СЭВ 3166-81). Материалы электроизоляционные жидкие. Методы электрических испытаний. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998. 15 с.
2. ГОСТ 7822-75. Масла нефтяные: Метод определения растворенной воды. М.: Изд-во стандартов, 1986. 9 с.
3. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983.
294 с.
4. Монастырский А.Е. Регенерация, сушка и дегазация трансформаторного масла. СПб.: Изд-во ПЭИПК, 2002. 41 с.
5. Пат. РФ № 2015160, МПК 5С 10 М175/02. Способ очистки отработанного моторного масла от суспензированных механических примесей и воды / Ахметкалиев Р.Б.; заявитель и патентообладатель автор, заявл. 04.07.2006; опубл. 20.06.1994. Бюл. № 30. 5 с.
6. РД 34.43.105-89. Методические указания по эксплуатации трансформаторных масел. М.: СПО ОРГРЭС, 1995. 86 с.
МИХЕЕВ ГЕОРГИЙ МИХАИЛОВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (mikheevg@rambler.ru).
MIKHEEV GEORGIY MIKHAYLOVICH - doctor of technical sciences, professor of Electric Power Industry Chair, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
Я. нм
Рис. 2. Зависимости коэффициента оптического пропускания т трансформаторного масла, помещенного в стеклянную кювету толщиной 5 мм, от длины волны Я света: до очистки (1), после процесса очистки в течение 8 ч (2), после вторичной очистки (3) и со свежим маслом марки Т-1500 (4)
