6.8. Нафтові оливи

*Нафтові електроізоляційні оливи - найпоширеніші рідкі діе­лектричні речовини, які широко застосовуються для запов­нення силових трансформаторів, реакторів, оливних вими­качів, кабелів, конденсаторів та інших елементів електро­обладнання.

Рідкі діелектрики добре просочують пористі електроізоляційні матеріали і значно підвищують їхню електричну міцність. Крім

цього, рідкі діелектрики покращують відведення тепла, яке виді­ляється внаслідок втрат в обмотках і сердечнику трансформато­ра, до холодних стінок бака трансформатора. Відведення тепла покращується за зменшення в'язкості оливи. В оливних вимика­чах високої напруги рідкий діелектрик виконує двояку роль: ізо­лює струмопровідні частини, охолоджує і гасить каналідуги, що виникає між контактами вимикача.

Оливи отримують шляхом перегонки нафти. Спочатку діста­ють солярову оливу, яку обробляють сірчаною кислотою, потім лугом, промивають водою, висушують і видаляють з неї хімічно нестійкі сполуки. Часто оливу додатково обробляють абсорбен­тами - речовинами із сильно розвішеною поверхнею, які при сти­канні з оливою поглинають вологу і різні полярні домішки. Оброб­ка здійснюється перемішуванням нагрітої оливи з подрібненим абсорбентом і наступним відстоюванням або фільтруванням. Ця обробка значно покращує експлуатаційні властивості олив.

Після очищення, сушіння та фільтрації дістають трансформа­торну оливу - майже безбарвну, або темно-жовтого кольору рі­дину, яка є сумішшю вуглеводнів нафтенового, парафінового і ароматичного ряду. Конденсаторні і кабельні оливи більш ста­ранно очищаються від домішок і тому мають кращі порівняно з трансформаторними електричні характеристики.

* Нафтенові вуглеводні - стійкі проти окиснення сполуки вуглецю з воднем у вигляді замкнених кілець з бічними лан­цюжками. їх вміст в оливах досягає 70-80 %.

*Вуглеводні парафінового ряду - сполуки вуглецю з воднем у вигляді молекул ланцюжкової структури.

Вони також стійкі проти окиснення.

* Ароматичні вуглеводні - циклічні сполуки вуглецю з вод­ії нем, стійкі до окиснення.

Вміст їх в оливах не перевищує 10 - 12 %, тому що надмірна їх кількість знижує температуру спалаху оливних парів, спричинює випадання осадів і погіршує електричні властивості оливи. Виве­дення цих вуглеводнів з оливи сприяє її швидкому окисненню.

Трансформаторна олива має кінематичну в'язкість 17 - 18,5 м²/с при 20 °С і 6,5 - 6,7 м²/с при 50 °С; кислотне число (кількість гра­мів їдкого калію КОН, яка потрібна для нейтралізації вільних ки­слот, що містяться в одному кілограмі рідкого діелектрика) 0,03-0,1 г; температура спалаху парів 135 - 140 °С; температура за­стигання мінус 45 °С.

* Олива - горюча рідина і тому необхідно строго дотриму­ватися правил протипожежної безпеки. Протипожежні властивості олив оцінюють за температурою спалаху.

Густина трансформаторної оливи 0,85 - 0,90 т/м³, температу­рний коефіцієнт об'ємного розширення близько 0,00065 К"¹ (вико­ристовується для розрахунку розширювачів трансформатора, в які надходить з бака частина оливи при підвищенні температу­ри). За підвищення температури зростає як питома теплоємність, так і коефіцієнт теплопровідності оливи. Олива відводить тепло від занурених у неї обмоток і магнітопроводів трансформатора в 25 - 30 разів інтенсивніше, ніж повітря.

За експлуатації трансформаторів або інших заповнених оли­вою електричних апаратів оливи зазнають впливу підвищених температур, електричного поля, а інколи стикаються з атмосфер­ним повітрям і парами води. Дія наведених чинників спричинює старіння (окиснення) олив і утворення в них смолоподібних виді­лень. Нерозчинні в оливах виділення осідають на обмотках та ін­ших частинах трансформатора і зменшують відведення від них тепла, а розчинні - погіршують електричні властивості оливи. Стимулює процес старіння олив розчинена в них вода та контакт з міддю, латунню, залізом, іншими металами, які є каталізатора­ми старіння. За старіння оливи темніють, у них утворюються ки­слоти, волога і смоли. Низькомолекулярні кислоти руйнують ізо­ляцію і викликають корозію металів. Зростає в'язкість і кислотне число олив.

Для сповільнення процесу старіння в оливи вводять інгібітори речовини, які гальмують окиснення, але не усувають його повніс­тю. Тому електроізоляційні оливи слід зберігати і перевозити в су­хих герметичних місткостях і запобігати проникненню в них воло­ги і повітря. З цією метою інколи простір над рівнем оливи в транс­форматорах заповнюють інертним газом, зокрема азотом.

Н езважаючи на всі захи­сні заходи, олива в процесі експлуатації все ж старіє, в ній утворюються тверді і рідкі продукти окиснення і вода, які різко погіршують електричні властивості олив (рис. 6.4, рис. 6.5). Тому оливу необхідно періо­дично очищати.

Найефективніше процес очищення відбувається розпиленням нагрітої оливи у вакуумі (рис. 6.6). Олива насосом 2 прокачується крізь фільтр 1, теплообмінник 3, електропідігрівач 8 і розпи­люється у вакуумному котлі 7.

Пари води і газу відкачуються вакуумним насосом 5, а очи­щена від них олива стікає на дно котла і насосом 6 через теплооб­мінник 3 і фільтр-прес 4 подається в трансформатор або тару для зберігання. При проходженні через фільтр-прес тверді частинки забруднень осідають на поверхні листів картону, волога погли­нається стінками капілярів, які пропускають очищену оливу.

Рис. 6.5. Залежність електричної Рис. 6.6. Схема сушіння міцності нафтової оливи від вмісту оливи розпилюванням під в ній води (за різної температури) вакуумом

Дуже окислену оливу відновлюють (регенерують) кислотно-лужним методом. У неї добавляють 0,5 - 2 % міцної сірчаної кис­лоти, яка-зв'язує всі нестійкі сполуки в кислий гудрон. Оливу від­стоюють і- обробляють лугом для нейтралізації залишків сірчаної і органічних кислот, промивають дистильованою водою і оброб­ляють абсорбентами, потім пропускають її через фільтр-прес.

Конденсаторна олива застосовується для просочування папе­рових конденсаторів. Просочування підвищує  і Е_міц діелектри­ка, що дає можливість зменшити габарити, масу і вартість конденсатора. Температура застигання нафтової конденсаторної оли­ви ірінус 45 °С,  = 2,1 - 2,3 і tgδ = 0,002 (при частоті 1 кГц).

Шабельні оливи використовуються для просочування паперо­вої ізоляції силових електричних кабелів з метою підвищення еле­ктричної міцності паперової ізоляції і поліпшення відведення теп­ла. Кабельні оливи поділяються за в'язкістю: >низької в'язкості MH-2 >середньої в'язкості С-110 і С-220 і >високої в'язкості.

Нищков'язка олива МН-2 застосовується в оливонаповнених кабелях низького і середнього тиску (до 3·10⁵ Па), при цьому за­безпечуються, підживлення кабелю оливою за всіх експлуатацій­них температур.

- Середньов'язкі-оливи С-110 і С-220 - це технічно чисті суміші нафтенових і парафінових вуглеводнів. Ці оливи застосовуються для прокочування і заповнення оливонаповнених високовольтних кабелі робочу напругу ПО кВ і вище.

Дуже в'язка нафтова олива (з розчиненою в ній каніфоллю) застосовується:для просочування кабелів з паперовою ізоляцією до 35 кВ. Висока в'язкість просочувальної оливи запобігає пере­тіканню її да кабелі за похилих або вертикальних прокладань. Синтетичні рідкі діелектрики. Добре очищені нафтові оливи мають відносно низьку вартість, достатньо високу електричну міцність і низькі діелектричні втрати. Інколи, зокрема для забез­печення повної пожежної і противибухової безпеки, ці оливи не можуть використовуватись. У цих випадках використовують хлоровані вуглеводні совол і совтол.

Совол Добувають хлоруванням розплавленого дифенілу Н₅С₆ -С₆Н₅ пропусканням через нього хлору в присутності каталіза­торів (олова, заліза та ін.). Якщо в дифенілі замістити п'ять ато-

мів водню атомами хлору, то утвориться негорючий оливоподібний продукт совол СІ₃Н₂С₆ - С₆Н₃Сl₂

Недоліками соволу, які обмежують його застосування, є його Звисока в'язкість (майже в десять разів більша, ніж у нафтової оливи), Звисока температура застигання (5 °С) і токсичність у результаті наявності в ньому атомів хлору.

Для зниження в'язкості соволу його розбавляють трихлорбензолом С₆Н₃С1₃ і отримують совтол-2 (суміш 64 % соволу і 36 % трихлорбензолу) і совтол-10 (суміш 90 % соволу і 10 % трихлорбензолу). Совтоли застосовують у виробництві паперових кон­денсаторів і спеціальних трансформаторів.

Кремнійорганічні рідини вигідно вирізняються малим tgδ (від 0,0001 до 0,0003), високою стійкістю проти окиснення, низькою гігроскопічністю, підвищеною нагрівостійкістю (допустима тем­пература довготривалого використання до 250 °С, короткочас­ного - до 350 °С), дуже низькою температурою замерзання (-60 °С) і стабільністю електричних властивостей в широкому діапазоні температур. У практиці широко застосовуються кремнійорганіч­ні рідини ПЭСЖ (ПЭС-Д). Всі кремнійорганічні речовини досить дорогі, що обмежує їх широке використання.