CC BY
58
УДК 621.3.048
ОСУШКА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА ЦЕОЛИТОМ СаА
НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЯХ
Гайнуллина Л.Р., канд. техн. наук, доцент Тутубалина В.П., д-р техн. наук, профессор
ФГБОУ ВО «КГЭУ»
Контакты: gainullina7819(a)mail.ru
На примере модельных смесей изучена возможность осушки трансформаторного масла селективной очистки на синтетическом цеолите СаА. Установлена высокая осушающая способность цеолита СаА. Показано, что при начальном содержании воды в исходной модельной смеси при однократной ее осушки на цеолите СаА концентрация воды снижается в 15-20 раз с повышением пробивного напряжения в 10,6-11,7раза. Ключевые слова: трансформаторное масло, цеолиты.
Мощные трансформаторы с номинальным напряжением 500750 кВ и более включены в сеть линий передач высокого напряжения на дальние расстояния. Составной частью изоляции этих трансформаторов является нефтяное трансформаторное масло, обеспечивающее надежность изоляции, стабильность и длительность эксплуатации трансформаторов в системе электроснабжения [1; 2].
По качеству масла осуществляется контроль трансформаторов, находящихся в эксплуатации. Масло, являющееся составной частью изоляции трансформаторов, при электрических и термических воздействиях подвержено старению [3]. Непрерывный контроль качества масла в работающих трансформаторах позволяет предупредить возникновение аварий и дорогостоящие ремонты [4].
Состояние масла в электрооборудовании оценивается по величине пробивного напряжения и тангенсу угла диэлектрических потерь. Вместе с тем высокая напряженность электрического по-
97
ля, повышенные рабочие температуры и небольшие изоляционные промежутки в трансформаторах способствуют быстрому старению масла, которое сопровождается его обводнением и снижением электрофизических показателей [4; 5].
Повысить качественные характеристики трансформаторного масла можно, применяя для его осушки процесс адсорбции, поскольку по мере повышения влажности масла снижается пробивное напряжение и повышаются диэлектрические потери. Поэтому при эксплуатации силовых трансформаторов влажность масла относится к контролируемым параметрам [3; 6].
Цель настоящей работы - осушка трансформаторного масла адсорбционным методом с использованием синтетических цеолитов.
Объектом исследования явилось трансформаторное масло марки ТС, соответствующее ГОСТ 10121-76. С использованием масла ТС и дистиллированной воды были приготовлены искусственные смеси, основой которых является обессеренное масло ТС. Концентрация воды в смеси составляла 0,02% масс. Пробивное напряжение смеси, определенное в стандартном разряднике по ГОСТ 6581-75 - 5,0 кВ.
Осушку масла осуществляли широко распространенным в технике процессом адсорбции [7]. В качестве адсорбента применяли синтетический цеолит СаА с насыпной массой 0,62 г/см , индексом механической прочности на раздавливание и истирание
л
соответственно равным 0,4 кг/мм" и 40% по массе цеолита.
Цеолит СаА был выбран потому, что имеет малый размер входных окон, равный 4,2-Ю~10 м, углеводородные составляющие трансформаторного масла не адсорбируются цеолитами, поскольку размер их молекул значительно превышает размер пор цеолита СаА и составляет порядка 30-45-Ю~10 м. Высокий адсорбционный потенциал цеолита СаА обеспечивает эффективное удаление воды при низкой концентрации ее в трансформаторном масле.
98
Осушку модельных смесей осуществляли с использованием экспериментальной адсорбционной установки, состоящей из стеклянного адсорбера диаметром 0,04 м и высотой 0,2 м, распределительного сосуда с перфорированным днищем, дозатора, бака с осушающим маслом и кранов. Схема осушки модельных смесей синтетическим цеолитом СаА представлена на рисунке.
Г"
Чг
осушенное масло
Рис. Схема осушки модельных смесей синтетическим цеолитом СаА, где 1 - адсорбционная колонка с цеолитом СаА, 2 - распределительный сосуд с перфорированным днищем, 3 - дозатор, 4 - бак с осушающим маслом, 5 - запорные краны
Схема работает следующим образом. Открываются краны 5 и осушаемая модельная смесь поступает в дозатор 3 из бака 4, затем направляется в распределительный сосуд с перфорированным днищем для равномерного распределения смеси по адсорбенту в адсорбционной колонке 1. Перед засыпкой в адсорбер цеолит СаА активировали путем прокаливания его в муфельной печи при температуре 400°С. После охлаждения цеолита СаА в эксикаторе им
99
заполняли адсорбционную колонку при тщательном утрамбовании для исключения в цеолите свободных воздушных пространств. Процесс адсорбции сопровождается выделением теплоты в количестве 15,5-20,0 кДж/моль. Для снятия этой теплоты через цеолит пропускают петролейный эфир с ТКИп=40^-60оС.
Модельную смесь пропускали через слой цеолита высотой 0,15 м со скоростью 20 г/мин при температуре 20°С.
Качество осушки модельной смеси оценивали по значениям пробивного напряжения, тангенса угла диэлектрических потерь и концентрации воды в осушаемой смеси соответственно по следующим стандартам: ГОСТ 6581-75 и ГОСТ 7822-75. В процессе исследования также определяли величины кислотного числа, осадка и стабильность против окисления по ГОСТ 982-80. Перечисленные величины определялись в модельных смесях до и после их осушки в адсорбере цеолитом СаА. Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Влияние осушки модельной смеси цеолитом на пробивное напряжение и концентрацию воды в смеси
До осушки После осушки
и, кВ Вода, % и, кВ Вода, % %
20°С 70°С
5,0 0,02 57,0 0,0012 0,098 1,56
53,0 0,0010 0,110 1,62
58,0 0,0011 0,103 1,52
56,0 0,0011 0,106 1,58
58,0 0,0010 0,090 1,47
57,0 0,0012 0,105 1,55
56,0 0,0013 0,112 1,70
100
Таблица 2
Влияние осушки модельной смеси синтетическим цеолитомна термостабильность смеси
До осушки После осушки
Кислотное число, мг КОН на 1 г масла Осадок, % Кислотное число, мг КОН на 1 г масла Осадок, %
0,128 0,090 0,124 0,089
0,130 0,093 0,127 0,090
0,126 0,094 0,128 0,094
- - 0,129 0,089
- - 0,130 0,095
Из табл. 1 и 2 следует, что цеолит СаА обладает высокой осушающей способностью, о чем свидетельствует снижение воды в модельной смеси в 15-20 раз (табл. 1). Из табл. 1 также следует, что с понижением влажности смеси увеличивается пробивное напряжение в 10,6-11,7 раза.
В соответствии с данными табл. 2 при осушке модельной смеси цеолитом СаА не наблюдается адсорбция углеводородов, входящих в состав трансформаторного масла, поскольку численные значения кислотных чисел и осадка до осушки и после осушки смеси практически остаются постоянными. Данное обстоятельство показывает, что структурно-групповой состав смеси не изменился после осушки, а, следовательно, не изменились эксплуатационные характеристики смеси.
Следует отметить, что адсорбционные свойства цеолита СаА легко восстанавливаются при температуре 400°С. Это обстоятельство указывает на возможность многократного использования синтетического цеолита. При десорбции цеолита СаА потери его составляют не более 3% от общей массы цеолита.
За один цикл адсорбционной осушки модельной смеси влажность ее снизилась от 0,02% до 0,001%, а пробивное напряжение увеличилось от 5 кВ до 58 кВ. Причем эксплуатационные свойства масла остаются прежними (табл. 2).
101
Выводы
1. Показана высокая осушающая способность синтетических цеолитов СаА, о чем свидетельствует снижение воды в смеси в 15-20 раз и повышение пробивного напряжения в 10,6-11,7 раза.
2. Неизменность термостабильности модельной смеси после осушки на синтетическом цеолите, указывает, что в процессе осушки не затрагивается углеводородный состав масла и не происходит изменение его эксплуатационных свойств.
Источники
1. Ванин Б.В., Львов Ю.Н., Львов, М.Ю. Показатели состояния изоляции для оценки возникновения внутренних коротких замыканий в силовых трансформаторах // Электрические станцию. 2003. №2. С. 27-31.
2. Тутубалиина В.П., Вилданов P.P. Поглощение воздуха трансформаторным маслом. Казань: КГЭУ. 2013. 115 с.
3. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоиздат, 1983. 296 с.
4. Митрофанов Г.А. Технические средства непрерывного контроля электрофизических показателей жидкой изоляции. Йошкар-Ола: МарГУ. 2002. 205 с.
5. Паули В.К. К оценке надежности энергетического оборудования // Электрические станции. 1997. №4. С. 31-33.
6. Алексеев Б.А. Контроль влажности изоляции силовых трансформаторов // Электрические станции.-2004. №2. С. 57-63.
7. Вилданов P.P., Тутубалина В.В. Исследование углеводородного состава трансформаторного масла и его влияние на эксплуатационные свойства // Техника и технология. 2006. №1. С. 32-35.
THE DEHYDRATION OF TRANSFORMER OIL WITH ZEOLITE CaA AT ELECTRIC
POWER STATIONS Gainullina L.R, Tutubalina V.P.
On the example of model mixtures studied the possibility of drying transformer oil selective treatment on synthetic zeolite CaA. The high drying capacity of the zeolite CaA installed. It is shown that the initial water content in the starting mixture in a single model of its drying on zeolite Ca4 concentration of water is reduced by 15-20 times with the increase in breakdown voltage 10,6-11,7 times. Keyn'ords: transformer oil, zeolites.
Дата поступления 22.03.2016.
102
