Huile de transformateur — but, application, caractéristiques

L'huile de transformateur est une fraction d'huile raffinée, c'est-à-dire une huile minérale. Il est obtenu par distillation d'huile, où cette fraction bout à 300 - 400 ° C. Selon la qualité de la matière première, les propriétés des huiles de transformateur sont différentes. L'huile a une composition d'hydrocarbures complexes où le poids moléculaire moyen varie de 220 à 340 amu. Le tableau montre les principaux composants et leur pourcentage dans la composition de l'huile de transformateur.

Les propriétés de l'huile de transformateur en tant qu'isolant électrique sont principalement déterminées par la valeur tangente de perte diélectrique… Par conséquent, la présence d'eau et de fibres dans l'huile est complètement exclue, car toute impureté mécanique aggrave cet indicateur.

La température de sortie de l'huile du transformateur est de -45 ° C et moins, ce qui est important pour assurer sa mobilité dans des conditions de fonctionnement à basse température. La plus faible viscosité de l'huile contribue à une dissipation efficace de la chaleur, même à des températures de 90 à 150°C en cas de flambées.Pour différentes marques d'huiles, cette température peut être de 150°C, 135°C, 125°C, 90°C, pas inférieure.

Une propriété extrêmement importante des huiles pour transformateurs est leur stabilité dans des conditions oxydantes ; l'huile du transformateur doit conserver les paramètres requis pendant une longue période de fonctionnement.

En ce qui concerne les RF en particulier, toutes les marques d'huiles de transformateur utilisées dans les équipements industriels sont nécessairement inhibées par l'additif antioxydant ionol (2,6-di-tert-butylparacrésol, également appelé agidol-1). L'additif interagit avec les radicaux peroxydes actifs présents dans la chaîne de réaction d'oxydation des hydrocarbures. Ainsi, les huiles de transformateur inhibées ont une période d'induction prononcée lors de l'oxydation.

Les huiles sensibles aux additifs s'oxydent lentement au début car les chaînes d'oxydation résultantes sont brisées par l'inhibiteur. Lorsque l'additif est épuisé, l'huile s'oxyde à la vitesse normale comme sans l'additif. Plus la période d'induction de l'oxydation de l'huile est longue, plus l'efficacité de l'additif est élevée.

Une grande partie de l'efficacité de l'additif est liée à la composition en hydrocarbures de l'huile et à la présence d'impuretés non hydrocarbonées qui favorisent l'oxydation, qui peuvent être des bases azotées, des acides de pétrole et des produits d'oxydation de l'huile contenant de l'oxygène.

Lorsque le distillat de pétrole est raffiné, la teneur en aromatiques est réduite, les inclusions non hydrocarbonées sont éliminées et, finalement, la stabilité de l'huile de transformateur inhibée par les ionols est améliorée. Entre-temps, il existe une norme internationale "Spécification pour les huiles isolantes à base de pétrole fraîches pour transformateurs et disjoncteurs".

L'huile de transformateur est inflammable, biodégradable, presque non toxique et n'appauvrit pas la couche d'ozone. La densité de l'huile de transformateur varie de 840 à 890 kilogrammes par mètre cube. L'une des propriétés les plus importantes est la viscosité. Plus la viscosité est élevée, plus la rigidité diélectrique est élevée. Cependant, pour un fonctionnement normal en transformateurs de puissance et dans les disjoncteurs, l'huile ne doit pas être très visqueuse, sinon le refroidissement des transformateurs ne sera pas efficace et le disjoncteur ne pourra pas couper l'arc rapidement.

Un compromis est ici nécessaire en termes de viscosité. Typiquement la viscosité cinématique à 20 °C, la plupart des huiles de transformateur sont dans la gamme de 28 à 30 mm2/s.

Avant de remplir l'appareil d'huile, l'huile est purifiée par un traitement sous vide thermique profond. Selon ce document d'orientation "Scope and Standards for Testing of Electrical Equipment" (RD 34.45-51.300-97), la concentration d'air dans l'huile de transformateur versée dans les transformateurs blindés à l'azote ou à film, dans les transformateurs de mesure scellés et dans les traversées scellées ne doit pas être supérieur à 0,5 (déterminé par chromatographie en phase gazeuse), et la teneur maximale en eau est de 0,001 % en poids.

Pour les transformateurs de puissance sans film de protection et pour les traversées perméables, une teneur en eau ne dépassant pas 0,0025 % en masse est autorisée. Quant à la teneur en impuretés mécaniques, qui détermine la classe de pureté de l'huile, elle ne doit pas être pire que la 11e pour les équipements d'une tension allant jusqu'à 220 kV et pas pire que la 9e pour les équipements d'une tension supérieure à 220 kV . La tension de claquage, en fonction de la tension de fonctionnement, est indiquée dans le tableau.

Lorsque l'huile est remplie, la tension de claquage est inférieure de 5 kV à celle de l'huile avant le remplissage de l'équipement. Il est permis de réduire la classe de pureté de 1 et d'augmenter le pourcentage d'air de 0,5 %.

Conditions d'oxydation (méthode de détermination de la stabilité - selon GOST 981-75)

Le point de fuite de l'huile est déterminé par un test dans lequel un tuyau avec de l'huile scellée est incliné à 45° et l'huile reste au même niveau pendant une minute. Pour les huiles neuves, cette température ne doit pas être inférieure à -45 °C.

Ce paramètre est essentiel pour commutateurs d'huile… Cependant, différentes zones climatiques ont des exigences différentes en matière de point d'écoulement. Par exemple, dans les régions du sud, il est permis d'utiliser de l'huile de transformateur avec une température de coulée de -35 ° C.

Selon les conditions de fonctionnement de l'équipement, les normes peuvent varier, il peut y avoir quelques écarts. Par exemple, les variétés arctiques d'huile de transformateur ne doivent pas se solidifier à des températures supérieures à -60 ° C et le point d'éclair chute à -100 ° C (le point d'éclair est la température à laquelle l'huile chauffée produit des vapeurs qui deviennent inflammables lorsqu'elles sont mélangées à l'air ) .

En principe, la température d'inflammation ne doit pas être inférieure à 135 ° C. Des caractéristiques telles que la température d'inflammation (l'huile s'enflamme et brûle avec elle pendant 5 secondes ou plus) et la température d'auto-inflammation (à une température de 350 à 400 ° C, l'huile s'enflamme même dans un creuset fermé en présence d'air).

L'huile de transformateur a une conductivité thermique de 0,09 à 0,14 W / (mx K) et diminue avec l'augmentation de la température.La capacité calorifique augmente avec l'augmentation de la température et peut aller de 1,5 kJ / (kg x K) à 2,5 kJ / (kg x K).

Le coefficient de dilatation thermique est lié aux normes de taille du vase d'expansion, et ce coefficient est de l'ordre de 0,00065 1 / K. La résistance de l'huile du transformateur à 90 ° C et dans des conditions de contrainte de champ électrique de 0,5 MV/m en aucun cas elle ne doit être supérieure à 50 Ghm*m.

En plus de la viscosité, la résistance à l'huile diminue avec l'augmentation de la température. Constante diélectrique - dans la plage de 2,1 à 2,4. La tangente de l'angle des pertes diélectriques, comme mentionné ci-dessus, est liée à la présence d'impuretés, donc pour l'huile pure, elle ne dépasse pas 0,02 à 90 ° C dans des conditions de fréquence de champ 50 Hz, et dans l'huile oxydée, elle peut dépasser 0,2 .

La rigidité diélectrique de l'huile a été mesurée lors d'un essai de claquage de 2,5 mm avec un diamètre d'électrode de 25,4 mm. Le résultat ne doit pas être inférieur à 70 kV et alors la rigidité diélectrique sera d'au moins 280 kV/cm.

Malgré les mesures prises, l'huile de transformateur peut absorber des gaz et en dissoudre une quantité importante. Dans des conditions normales, 0,16 millilitre d'oxygène, 0,086 millilitre d'azote et 1,2 millilitre de dioxyde de carbone se dissolvent facilement dans un centimètre cube d'huile. Évidemment, l'oxygène va commencer à s'oxyder un peu. Au contraire, si des gaz sont libérés, c'est le signe d'un défaut de la bobine. Ainsi, en raison de la présence de gaz dissous dans l'huile de transformateur, les défauts des transformateurs sont révélés par analyse chromatographique.

La durée de vie des transformateurs et de l'huile n'est pas directement liée.Si le transformateur peut fonctionner de manière fiable pendant 15 ans, il est recommandé de nettoyer l'huile chaque année et de la régénérer après 5 ans. Afin d'éviter l'épuisement rapide de la ressource pétrolière, certaines mesures sont prévues, dont l'adoption prolongera considérablement la durée de vie de l'huile de transformateur:

• Installation de détendeurs avec filtres pour absorber l'eau et l'oxygène, ainsi que les gaz séparés de l'huile ;

• Éviter la surchauffe de l'huile de travail ;

• Nettoyage périodique ;

• Filtration continue de l'huile ;

• Introduction d'antioxydants.

Les températures élevées, la réaction de l'huile avec les fils et les diélectriques favorisent l'oxydation, que le supplément antioxydant mentionné au début est destiné à empêcher. Mais un nettoyage régulier est toujours nécessaire. Un nettoyage à l'huile de haute qualité le remet dans un état utilisable.

Quelle pourrait être la raison du retrait de l'huile du transformateur du service ? Il peut s'agir d'une contamination de l'huile par des substances permanentes, dont la présence n'a pas entraîné de modifications profondes de l'huile, puis il suffit d'effectuer un nettoyage mécanique. De manière générale, il existe plusieurs méthodes de nettoyage : mécanique, thermophysique (distillation) et physico-chimique (adsorption, coagulation).

Si un accident s'est produit, la tension de claquage a fortement chuté, des dépôts de carbone sont apparus ou analyse chromatographique révélé un problème, l'huile du transformateur est nettoyée directement dans le transformateur ou dans l'interrupteur, simplement en débranchant l'appareil du réseau.

La durée de vie de l'huile dans les transformateurs peut être prolongée en utilisant des additifs antioxydants, des filtres à thermosiphon, etc. Cependant, tout cela n'exclut pas la nécessité de régénérer les huiles usagées.

Par conséquent, la tâche de la régénération de l'huile usée est d'obtenir une régénération bien purifiée qui répond à toutes les normes d'huile fraîche. La stabilisation des substances régénérantes instables par l'ajout d'huile fraîche ou d'additifs antioxydants permet d'utiliser les méthodes les plus simples et les plus abordables pour régénérer les huiles de transformateur usagées.

Lors de la régénération de l'huile de transformateur, il est important d'obtenir des régénérants bien purifiés, quels que soient la méthode de régénération et le degré de vieillissement de l'huile, et la stabilisation, si l'huile est de faible stabilité, doit être effectuée artificiellement - en ajoutant de l'huile fraîche ou ajout à haut effet stabilisant, efficace pour les huiles régénérées.

Lors de la régénération de l'huile de transformateur usagée, jusqu'à 3 fractions d'huiles de base sont obtenues pour la préparation d'autres huiles commerciales, telles que les huiles moteur, hydrauliques, de transmission, les fluides de coupe et la graisse.

En moyenne, après régénération, 70 à 85% de l'huile est obtenue, selon la méthode technologique appliquée. La régénération chimique est plus coûteuse. Lors de la régénération de l'huile de transformateur, il est possible d'obtenir jusqu'à 90 % de l'huile de base avec la même qualité que l'huile fraîche.

En outre

Une question

Est-il possible de sécher l'huile dans un transformateur en fonctionnement en soulevant son couvercle par temps sec ? L'eau va-t-elle s'évaporer de l'huile ou, au contraire, l'huile va-t-elle devenir humide ?

Répondre

L'huile sèche avec une tension de claquage de 40 à 50 kV contient des millièmes de pour cent d'humidité. Pour humidifier l'huile, caractérisée par une diminution de la résistance au claquage de l'huile à 15 - 20 kV, des centièmes de pour cent d'humidité sont nécessaires.

Dans les transformateurs qui communiquent librement avec l'air atmosphérique via un détendeur (ou sous un couvercle), il y a un échange continu d'humidité avec l'air. Si la température de l'huile diminue et que sa teneur en humidité est inférieure à celle de l'air, l'huile absorbe l'humidité de l'air selon la loi des pressions partielles de vapeur d'eau. De cette façon, la tension de claquage de l'huile est réduite.

Un échange d'humidité a également lieu entre l'huile et l'isolant du transformateur (coton, bakélite) placé dans l'huile. L'humidité se déplace dans l'isolation des parties chaudes vers les parties froides. Si le transformateur chauffe, l'humidité passe de l'isolation à l'huile, et s'il refroidit, inversement.

Étant donné que l'humidité de l'air est élevée pendant les mois d'été, la tension de claquage de l'huile diminue avec le libre échange d'humidité par rapport aux mois d'hiver.

En hiver, lorsque l'humidité de l'air est la plus basse et que la différence de température entre l'air et l'huile est la plus grande, l'huile se dessèche quelque peu. En été, lorsque les surtensions de foudre sont plus susceptibles d'affecter l'isolation du transformateur, la résistance au claquage de l'huile du transformateur est à son plus bas alors qu'elle devrait être à son plus haut.

Pour éliminer le libre échange d'humidité entre l'air et l'huile, des sécheurs d'air avec joint d'huile sont utilisés.

Ainsi, lorsque le couvercle du transformateur est ouvert, un assèchement ou un mouillage de l'huile peut se produire.

L'huile sèche mieux par temps de gel lorsque l'air contient le moins d'humidité et qu'il y a la plus grande différence de température entre l'huile et l'air. Mais un tel séchage est inefficace et inefficace, il n'est donc pas utilisé dans la pratique.