Трансформаторна олива виконує одразу кілька важливих функцій – діелектричну, охолоджувальну та захисну, забезпечуючи стабільну роботу трансформаторів, вимикачів, реакторів і конденсаторів.
Однак у процесі тривалої експлуатації навіть найякісніша олива поступово втрачає свої первинні властивості. Це зумовлено впливом високої температури, електричного поля, кисню повітря, а також наявністю вологи й продуктів старіння целюлозної ізоляції.
Під дією цих факторів у оливі накопичуються механічні частинки, вода, розчинені гази, кислоти й шлами, які істотно знижують її діелектричну міцність, підвищують тангенс кута діелектричних втрат і прискорюють процеси деградації твердих ізоляційних матеріалів. Втрата прозорості, зміна кольору, підвищення кислотного числа та збільшення вмісту вологи – це характерні ознаки старіння оливи, які безпосередньо впливають на термін служби обладнання.
Коли необхідно очищення трансформаторної оливи
Для заповнення нових трансформаторів допускається використання лише свіжої оливи, яка не перебувала в експлуатації й має сертифікат заводу-виробника. Але, навіть свіжа трансформаторна олива, що надходить із нафтопереробного підприємства, повинна бути додатково очищена перед заливкою – від механічних домішок, вологи та газів, які можуть потрапити до неї під час транспортування або зберігання. Вода в оливі може перебувати у вигляді осаду, емульсії або в розчиненому стані. Найнебезпечнішою є емульгована та осадова волога, оскільки вона суттєво знижує пробивну напругу і погіршує теплообмін у системі. Розчинена волога менш критична для електричних параметрів, але сприяє підвищенню окиснюваності та прискоренню старіння оливи.
Тому досягнення лише задовільних показників пробивної напруги не є достатнім критерієм чистоти. У підготовленій до експлуатації оливі не повинно бути механічних домішок, води чи газів, а її діелектричні та хімічні характеристики мають відповідати нормам.
У процесі роботи трансформатора олива піддається впливу високих температур, електромагнітних полів і контакту з металами (мідь, сталь, залізо). Ці фактори прискорюють окиснення та полімеризацію вуглеводнів, утворюючи кислоти, шлами, смоли та нерозчинні осади, які знижують пробивну напругу та погіршують охолодження обмоток. Вода, кисень і гази стають каталізаторами старіння, а продукти розкладу, зокрема фуранові сполуки, сигналізують про деградацію твердої ізоляції.
Залежно від характеру і ступеня забруднення, для відновлення властивостей оливи застосовують три основні методи: фільтрацію, дегазацію та регенерацію. Кожен із них має свою мету, технологію і глибину впливу.
Фільтрація – механічне очищення від твердих домішок
Фільтрація – це первинний і базовий етап очищення трансформаторної оливи, що полягає у видаленні твердих частинок і механічних домішок, які потрапляють у систему внаслідок руйнування ізоляційних матеріалів, корозії металів, пилового забруднення чи зносу деталей трансформатора. До таких домішок належать металеві частинки, волокна целюлози, оксиди, вуглецеві залишки, пісок, мікропил.
Фільтрація здійснюється через пористі або волокнисті фільтрувальні елементи, які утримують тверді частинки, не пропускаючи їх далі в систему. Існують кілька технологічних варіантів фільтрації:
- Гравітаційна фільтрація – олива проходить через фільтр під дією сили тяжіння;
- Тискова (механічна) фільтрація – очищення під тиском, створеним насосом;
- Екструзійна фільтрація – розділення під дією механічного пресу чи різниці тисків.
Переваги фільтрації полягають у простоті, високій швидкості та ефективності видалення механічних домішок. Однак цей метод не здатен усунути розчинені гази, воду або продукти окиснення, тому його застосовують у комбінації з дегазацією або регенерацією.
Після якісної фільтрації пробивна напруга оливи може зрости на 10-15 %, однак при наявності вологи чи газів подальше очищення є обов’язковим.
Дегазація: видалення вологи та газів з оливи
Під час тривалої роботи трансформатора в оливі накопичуються розчинені гази (кисень, водень, вуглекислий газ, оксиди азоту) і волога, які знижують діелектричну міцність, підвищують тангенс кута діелектричних втрат і прискорюють старіння ізоляції.
Дегазація – це процес видалення з оливи газів і вологи, що базується на вакуумно-тепловому впливі. Олива нагрівається до температури 60-70 °C і подається в вакуумну камеру, де під тиском нижче 10 мм рт. ст. відбувається інтенсивне випаровування розчинених газів і води. При цьому не відбувається термічного руйнування компонентів оливи, адже температура кипіння вологи в умовах вакууму знижується до 40–45 °C.
Переваги дегазації:
- Глибоке осушення — вміст вологи після обробки знижується до <10 ppm;
- Видалення газів — концентрація розчинених газів зменшується до <0,1 %;
- Підвищення пробивної напруги — у середньому на 20–30 %;
- Запобігання частковим розрядам і коронним ефектам;
- Покращення термінів служби ізоляції.
На відміну від фільтрації, дегазація усуває леткі та розчинені домішки, але не усуває кислоти, шлами чи продукти окиснення. Тому вона є фізичним методом очищення, який ефективно відновлює електричні властивості, проте не впливає на хімічний склад.
Регенерація – глибоке відновлення властивостей оливи
Регенерація — це найповніший метод відновлення як фізичних, так і хімічних властивостей трансформаторної оливи. Її застосовують тоді, коли олива вже зазнала істотних змін унаслідок старіння: підвищення кислотності, появи шламів, смол, асфальтенів і продуктів розкладу целюлози.
Регенерація поєднує фізичні, хімічні та фізико-хімічні методи очищення, серед яких основними є сорбційні процеси. Суть полягає в пропусканні оливи через шар адсорбенту, який вибірково утримує полярні сполуки, кислоти й смолисті домішки. Найефективнішим сорбентом є Фуллерова земля (Fuller’s Earth) — природна глина з великою питомою поверхнею пор (до 250 м²/г), здатна поглинати кислоти, сульфонати, смоли та інші продукти старіння.
У процесі регенерації відбуваються такі зміни:
- Відновлення кольору та прозорості оливи;
- Видалення шламів і асфальтенів, що закупорюють канали охолодження;
- Відновлення термоокиснювальної стабільності;
- Підвищення пробивної напруги і зменшення тангенса кута втрат.
Сучасні установки, наприклад CMM-R, дозволяють проводити безперервну регенерацію оливи без зупинки трансформатора, подаючи оливу в колону із сорбентом і повертаючи її очищеною безпосередньо в бак трансформатора. В результаті відновлюється не лише олива, а й припиняється деградація твердої ізоляції, оскільки шкідливі продукти не контактують із целюлозою.
На відміну від дегазації, регенерація повністю відновлює експлуатаційні властивості оливи, наближаючи її параметри до нової. Це дає можливість повторно використовувати стару оливу, скорочуючи витрати на закупівлю та зменшуючи екологічне навантаження.
Різниця між фільтрацією, дегазацією та регенерацією полягає у рівні впливу на стан трансформаторної оливи.
- Фільтрація усуває лише механічні домішки.
- Дегазація забезпечує осушення й видалення газів, відновлюючи діелектричну міцність.
- Регенерація відновлює початковий хімічний склад, повністю повертаючи експлуатаційні характеристики оливи.
Комплексне застосування всіх трьох методів дозволяє забезпечити стабільну роботу трансформаторів, запобігти аваріям, знизити витрати на обслуговування та продовжити термін служби обладнання на десятки років.