Embed Size (px)
DESCRIPTION
carte
Citation preview
MATERIALE ELECTROIZOLANTE LICHIDE
1. Prezentare generală
Prin materiale electroizolante lichide se înţeleg acelea care, în timpul exploatării, se găsesc în stare lichidă.
Principala grupă de materiale electroizolante o reprezintă uleiurile. Acestea se pot împărţi în uleiuri naturale şi sintetice. Cele naturale sunt uleiurile minerale de transformator, de cablu, de condensator, precum şi uleiul de ricin, utilizat ca dielectric de condensator şi modificat, pentru impregnarea unor izolanţi poroşi, de pildă pânzele lăcuite. Cele sintetice sunt produse clorurate cu diferite denumiri comerciale, ca: sovol, sovtol, clofen, inertin, askareli etc., produse fluorurate şi uleiuri siliconice, utilizate ca dielectrici în condensatoare, pentru umplerea transformatoarelor şi a întrerupătoarelor.
Tot lichide electroizolante sunt diferite hidrocarburi aromatice, ca de pilda benzenul, toluenul, este organici etc. care, în industria electrotehnica, se utilizează insa îndeosebi ca solvent! in compoziţia lacurilor electroizolante.
0 alta categorie de uleiuri sunt cele sicative (ca cel de in şi de tung) utilizate îndeosebi la fabricarea lacurilor electroizolante şi care, in exploatare, se află în stare solidă.
Cele mai multe dintre lichidele electroizolante sunt inflamabile, ceea ce implica anumite precauţii care trebuie luate in exploatare. Sunt de asemenea in general oxidabile, rezultând prin aceasta dezvoltare de gaze, apă, acizi etc. şi formare de mâl, modificându-şi prin aceasta proprietăţile dielectrice.
Cele mai multe sunt combinaţii organice cu molecule neutre sau polare. În tabelul 1.1 sunt date valorile permitivităţii relative pentru câteva lichide izolante.
Tabelul 1.1
Denumirea lichidului
Polaritatea lichidului
Permitivitatea relativă, εr la 20°C, 50 Hz;
Rezistivitatea la 20°C, 50 Hz 0,
cm
tgδ 20°C, 50 Hz
Rigiditatea dielectrică la 20°C,
50 Hz kV/cm
Benzen neutru 2,218 1013...1014 — —
Toluen slab polar 2,294 — — —
Tetraclorură deCarbon
neutru 2,163 — — —
Ulei mineral(amestec dehidrocarburi)
neutru2,1...2,4(după
puritate)W...1011 10-3...10-4
150...300(purificat)
40... 50(nepurificat)
Ulei de ricin polar 4,5 1012 — 120...180
Askarel, sovol(difenili cloruraţi)
polar 4,5... 6 1010...1014 10-2…10-3 140...200
Ulei siliconic slab polar2,5…3 (25°C) 1014 (25°C)
1 .10-4
(25°C)150...200 (25°C)
1
Fig. 1.1 Variaţia curentului cu intensitatea câmpului electric în dielectricii lichizi.
Fig. 1.2 Variaţia rigidităţii dielectrice
cu conţinutul de apă în uleiul mineral.
Acetonă f. polar 21,2 106...107 — —
Nitrobenzen f. polar 38(18°C) 106. 107 — —
Apă redistilată f. polar 81 107 — —
Lichidele puternic polare, ca apa distilată (εr=81 la 20°C, 50 Hz şi rezistivitatea ρ=107 Ωcm) şi alcoolii nu pot fi folosite ca izolanţi, având o rezistivitate scăzuta si pierderi foarte mari, atât prin conducţie, cât şi prin polarizare.
Conductivitatea dielectricilor lichizi, depinde de asemenea de structura lor moleculară. În lichidele nepolare, conductivitatea se datorează, în general, disocierii moleculelor impurităţilor conţinute în lichid, în special umidităţii. În lichidele polare, depinde şi de disociaţia moleculelor proprii, aceste lichide având o conductivitate mai mare decât cele nepolare; lichidele foarte polare pot fi asimilate cu electroliţii.
Conductivitatea lichidelor izolante creşte cu temperatura, cu aceasta crescând disocierea termică şi mobilitatea ionilor. În fig. 1.1 este reprezentată dependenţa curentului într-un lichid izolant foarte pur, respectiv de puritate tehnică, în funcţie de câmpul aplicat. Se vede că în cazul lichidului foarte pur, curba i= f(E) prezintă un prag orizontal, corespunzând curentului de saturaţie, întocmai ca la gaze.
În tabelul 1.1 sunt prezentate valorile rezistivităţii câtorva lichide.Pierderile dielectrice în lichidele nepolare, sunt datorate conductivităţii şi sunt reduse; în
lichidele polare sunt datorate atât conductivităţii, cât şi mai ales polarizării de orientare, valorile tgδ pentru diferite lichide fiind date în tabelul 1.1.
Rigiditatea dielectrică este mult influenţată de impurităţi, care pot fi diferite gaze, apă şi particule solide, impurităţile aflându-se întotdeauna în oarecare cantitate în dielectricii lichizi. În uleiul mineral, apa este impuritatea cea mai obişnuită. În fig. 1.2 este prezentată variaţia rigidităţii dielectrice a acestuia cu conţinutul de apă. Din tabelul 1.1 se vede cât de mult variază această caracteristică cu puritatea uleiului.
2. ULEIURI MINERALE
Ca şi gazele, materialele electroizolante lichide prezintă avantajul de a ocupa toate spaţiile libere şi a se retrage după străpungere. Au avantajul că ele sunt mai bune conducătoare de căldură decât gazele.
2
Uleiurile minerale sunt dielectrici lichizi cu cea mai mare utilizare in construcţiile electrotehnice. Sunt produse naturale obţinute prin distilare fracţionată din ţiţei. Compoziţia şi deci proprietăţile lor sunt diferite, după locul lor de origine, vechimea geologică şi gradul de rafinare. Din punct de vedere chimic, sunt amestecuri purificate de hidrocarburi aromatice, naftenice şi parafinice.
Rafinarea uleiurilor, în scopul curăţirii acestora de impurităţi chimice nestabile, se face prin tratare cu acid sulfuric, neutralizare cu soluţie alcalină, spălare cu apă, uscare şi decantare. Se tratează cu substanţe adsorbante (argilă specială sau materiale sintetice) care au o suprafaţă foarte mare pentru un volum dat şi care, în contact cu uleiul, adsorb apa şi impurităţile solide. 0 bună rafinare se obţine prin metoda romaneasca "Edeleanu". Această metodă de rafinare se bazează pe solubilitatea hidrocarburilor aromatice în bioxid de sulf lichid.
După utilizările lor, uleiurile minerale sunt de următoarele tipuri:Uleiul de transformator: care serveşte atât la izolare, cât şi la răcireatransformatoarelor. Asemănător este şi uleiul pentru unele întrerupătoare de înaltă tensiune, ca izolant şi ca mediu de stingere a arcului.Uleiul de cablu: mai vâscos, pentru cablurile cu izolaţie din hârtie impregnată cu ulei si cele cu gaz sub presiune si un ulei fluid pentru cablurile cu circulaţie de ulei.Uleiul de condensator: special rafinat, cu pierderi deosebit de mici.
2.1 Uleiul de transformator
Constituie mediul izolant şi de răcire al transformatoarelor, al întrerupătoarelor cu ulei etc.
Rolul uleiului de transformator este acela de a asigura o bună izolare electrică şi contribuie la răcirea înfăşurărilor şi a circuitului magnetic în care se dezvoltă căldura în urma pierderilor de energie.
Există mai multe clasificări ale uleiului de transformator, după puritate, după modul de utilizare, după modul de recondiţionare. Astfel se pot definii următoarele tipuri de ulei:
Ulei nou: este uleiul livrat de către rafinării, neutilizat niciodată şi având caracteristicile prevăzute în standarde; acest ulei nu poate fi utilizat fără a fi recondiţionat fizic.
Ulei nou recondiţionat fizic: este uleiul nou, care a fost recondiţionat fizic (uscat şi filtrat) în vederea aducerii la parametrii necesari utilizării.
Ulei în exploatare: este uleiul care se află în echipamentele care funcţionează, este uleiul aflat în exploatare.
Ulei din exploatare recondiţionat fizic: este uleiul care s-a aflat cel puţin o dată în exploatare, după care, în urma degradării lui, a fost supus unui tratament fizic (uscare şi filtrare) corespunzând parametrilor ceruţi.
Proprietăţile esenţiale mijlocii ale acestui ulei sunt prezentate in tabelul 2.1.1, valorile diferitelor caracteristici variind cu compoziţia uleiului in jurul cifrelor indicate.
Tabelul 2.1.1
CaracteristiciUlei de
transformator
Uleiuri de cablu
Fluid Vâscos
3
Densitatea la 20°C, kg/dm3 0,88 0,875 0,930
Permitivitatea relativă εr la 20CC şi 50 Hz
2,2... 2,4 2,17...2,31
tgδ la 20°C, 50 Hz ~10-3
Rezistivitatea la 20°C, Ωcm >1013
Rigiditatea dielectrică la 20°C, 50 Hz,kV/cm
150
Căldura masică, Ws/g°C 1,67...2
Conductivitatea termică, W/m°C, pentru:ulei imobilcirculaţie lentăcirculaţie rapidă
0,140,15...0,200,32... 0,40
Coeficient de dilatare liniară, 1/°C 700 • 10-6
Punct de fierbere, °C 170...200
Viscozitatea maxima, cSt*(°E) la: 20°C50°C
35(4,5...5)10,75(1,9)
28...359...10,5
2 500...3 000250... 450
Punct de inflamabilitate (P.M.),minim, °C 135...125 150..-.170 250... 270
Punct de aprindere, °C >150
Punct de congelare, °C -25...-45 -30 -5
Temperatura de exploatare maximăadmisibilă, oC 90
Aciditate organică, 0,03... 0,05 0 0,05
Cenuşă, % 0,004... 0,005
* 1 St=10-4- m2/s.Fiind un material nepolar, permitivitatea sa este redusă (2,2...2,4), pierderile datorându-se în
special conductivităţii, iar tgδ variază cu temperatura conform fig. 2.1.1. Creşterea valorii lui tgδ pentru un ulei din exploatare indică degradarea acestuia. Odată cu creşterea tgδ, adică a pierderilor, creşte şi temperatura uleiului, ceea ce este periculos în special la cabluri şi condensatoare, din care căldura se elimină greu. În transformatoare, odată cu creşterea temperaturii creşte viteza de oxidare, de solubilitate şi de emulsionare a apei in ulei, cu rezultatul scăderii rigidităţii dielectrice a acestuia.
Pentru un ulei bine purificat, permitivitatea variază foarte puţin cu temperatura şi cu frecvenţa (conform fig. 2.1.2 şi 2.1.3). Rezistivitatea scade, după cum se ştie, exponenţial cu temperatura, ceea
4
ce este reprezentat în fig. 2.1.4 la scară semilogaritmică. Valoarea rezistivităţii este o măsură a purităţii uleiului şi un ulei nou are o rezistivitate de 1...300x1012 Ωcm măsurată la 100°C.
5
Fig 2.1.2 Variaţia permitivităţii relative cu temperatura pentru uleiul de transformator
Fig 2.1.1 Variaţia tgδ cu temperatura pentru uleiul de transformator
Fig 2.1.3 Variaţia permitivităţii relative cu frecvenţa pentru uleiul de transformator
Volatilitatea — legată de pericolul de foc şi explozie, precum şi de posibilitatea impregnării cu ulei a unei izolaţii sub vid şi temperatura relativ ridicată. 0 indicaţie asupra volatilităţii o dau temperaturile de inflamabilitate şi de aprindere.Viscozitatea — legată de posibilitatea de circulaţie, respectiv de curgere a uleiului in transformatoare, cabluri etc.Forţa de atracţie moleculară – care există la interfaţa ulei-apă şi care scade odată cu creşterea proporţiei de contaminanţi polari în ulei. Valoarea sa pentru ulei nou, care nu posedă substanţe stabilizatoare, este de aproximativ 40...50xl0-5 N/cm.Conductivitatea termică variază linear cu temperatura până în apropierea punctului de congelare, acesta fiind de asemenea o caracteristică importantă pentru utilizarea uleiului îndeosebi în instalaţiile exterioare.Indicele de aciditate e o măsură a cantităţii de acizi liberi din ulei şi se evaluează în mg KOH, necesare pentru a neutraliza acizii liberi conţinuţi într-un gram de ulei. Pentru ulei nou, STAS 811-61 prevede valoarea de maximum 0,01 mgKOH.
Uleiul de transformator trebuie să îndeplinească şi alte condiţii (interne sau externe), pentru a putea fi folosit la capacitate optimă.
Apa depusă se constată prin luarea de 100 cm3 de ulei într-un flacon cilindric de 150 cm3. Se lasă uleiul în flacon 20 – 30 minute, după care se poate observa prezenţa apei depuse (dacă există). Uleiul cu apă depusă nu mai poate fi folosit decât după recondiţionare.
Apa în suspensie determină scăderea rigidităţii dielectrice a uleiului şi poate fi identificată cu o eprubetă care se usucă la flacăra unui bec de gaz, după ce a fost bine curăţată. Se introduc apoi 5 cm3
de ulei şi se încălzeşte eprubeta deasupra flăcării până când uleiul fierbe. Dacă în timpul încălzirii sau fierberii uleiului se aud pocnituri, există apă în suspensie.
6
Fig 2.1.4 Variaţia rezistivităţii cu temperatura pentru uleiuri de transformator de diferite grade de puritate.
Totodată pe pereţii epruvetei se condensează vapori de apă. Dacă uleiul conţine apă în suspensie în proporţie foarte redusă poate fi folosit fără urmări pentru siguranţa în funcţionare a aparatelor.
Apa în compoziţie poate duce la deranjamente grave în instalaţii. Prezenţa ei se pune în evidenţă cu aceeaşi eprubetă ca la punctul anterior, în sensul că dacă apar indicii ale apei în suspensie, se va înclina eprubeta până când uleiul ajunge la 2 cm de marginea ei. În această poziţie eprubeta se roteşte în jurul axei sale şi se încălzeşte pe toată lungimea prin mişcarea sa în flacără. Dacă apar pocnituri rezultă că uleiul conţine apă în compoziţie. În această situaţie uleiul nu mai poate fi folosit.
Controlul mirosului se face în timpul încălzirii uleiului în sensul că dacă acesta nu are miros înţepător este corespunzător.
Controlul limpezimii se face în felul următor: în spatele unui vas de sticlă în care s-a introdus cu 8 ore înainte ulei de transformator se aşează o suprafaţă albă (o coală de hârtie) şi se priveşte la lumină concentrată prin ulei la această suprafaţă albă. Se consideră corespunzător dacă nu este tulbure.
Rigiditatea dielectrică (Estr) a uleiului electroizolant reprezintă raportul între tensiunea electrică de străpungere a dielectricului, în condiţiile specifice încercării şi distanţa dintre cei doi electrozi între care se aplică tensiunea.
Rigiditatea dielectrică este o mărime convenţională. Ea depinde de distanţa dintre cei doi electrozi, de forma lor, de temperatura probei, respectiv de condiţiile încercării. Mai este influenţată de cea mai uşoară poluare a probei şi trebuie evitată în special absorbţia de umiditate. Temperatura mediului ambiant şi a probei trebuie să fie de 200C50C.
Determinarea Estr se face cu aparatul pentru determinarea rigidităţii dielectrice a uleiului tip ARU-2.
Viscozitatea convenţională a uleiului de transformator se măsoară cu ajutorul vâscozimetrului Engler, care se compune dintr-un vas cilindric din oţel inoxidabil, având în partea inferioară un orificiu calibrat şi care se umple cu ulei de transformator, filtrat printr-o sită cu ochiuri de 0,3 mm, până când vârfurile celor două repere de nivel existente în vas ajung abia vizibile.
Vâscozitatea în grade Engler se calculează cu relaţia 2.1:
. 2.1
t = timpul de curgere a 200 cm3 ulei în secundec = timpul de curgere a 200 cm3 apă distilată, la 200 C în secunde.Punctul de inflamabilitate este temperatura cea mai joasă la presiune normală, la care uleiul
încălzit în condiţii determinate, se aprinde în contact cu o flacără, fără a continua să ardă. Acest punct se determină cu aparatul Marcusson. Aparatul se încălzeşte astfel ca temperatura
probei să crească la început cu 6 10C pe minut. Când temperatura probei se apropie de 300C de punctul de inflamabilitate presupus, după fiecare creştere a temperaturii cu 10C se conduce flacăra dispozitivului de aprindere cu aceeaşi viteză înainte şi înapoi la nivelul mărimii creuzetului astfel încât flacăra să treacă în cele două sensuri în timp de o secundă, evitându-se staţionarea flăcării deasupra creuzetului. Temperatura la care pentru prima dată se aprind vaporii de deasupra creuzetului se consideră ca punct de inflamabilitate.
2.2 Alte tipuri de uleiuri minerale
2.2.1. Uleiul de cabluDupă tipul cablului, se utilizează două tipuri de ulei mineral. Pentru cabluri cu izolaţie de hârtie
impregnată şi cele cu gaz sub presiune, un ulei vâscos, obţinut prin adăugare de colofoniu sau ulei răşinos (circa 10%). Acest ulei trebuie să fie fluid la temperatura de impregnare a hârtiei (130°C) dar destul de vâscos la temperatura de exploatare (10° . . . 60°C) ca să nu curgă din cablu, chiar dacă acesta nu este montat orizontal.
7
Pentru cablurile de înaltă tensiune, cu gaz sub presiune, se adaugă adesea, în loc de colofoniu, poliizobutilena sau eventual alte răşini cu bune proprietăţi dielectrice.
Pentru cablurile cu circulaţie de ulei se foloseşte un ulei fluid, asemănător cu uleiul de transformator, bine purificat şi degazat. În unele cazuri uleiul este menţinut sub presiune (I...3 atm) pentru a evita formarea de incluziuni .
2.2.2 Uleiul de condensator
Acesta serveşte la impregnarea izolaţiei de hârtiei a condensatoarelor utilizate în instalaţiile energetice. Este un ulei mineral bine rafinat, cu tgδ cât mai mică.
În prezent se utilizează adesea uleiuri sintetice, clorurate sau fluorurate cu permitivitatea relativă de ordinul 1...5, (de circa 2 or mai mare decât a uleiului mineral), permiţând astfel scăderea gabaritului condensatorului la aceeaşi putere şi o repartiţie mai uniformă a câmpului în izolaţia de hârtie impregnată cu astfel de uleiuri.
In condensatoarele de înaltă frecvenţă se utilizează pentru impregnare o masă pe bază de parafină sau de răşini sintetice cu tgδ redusă.
2.3 Contaminarea uleiului mineral În cursul depozitării, manipulării şi exploatării uleiului, acesta vine in contact cu diferite
materiale constructive şi izolante, cu aerul, cu umezeala şi altele.Dintre toate acestea, unele contaminează uleiul, modificându-i compoziţia chimică şi deci şi
proprietăţile, contribuind la degradarea sa.Unii contaminanţi ajută la oxidarea uleiului, conducând la formarea de mâl (deci de luat în
seama în special pentru transformatoare). Astfel de materiale sunt de pildă cuprul şi aliajele sale, asfalturile petroliere şi bitumurile,. unele cauciucuri sintetice ca neoprenul, colofoniul, gudronul: răşinile sintetice în general şi produsele siliconice au asupra oxidării un efect neglijabil.
Alţi contaminanţi modifică îndeosebi caracteristicile electrice ale uleiului, conducând la scăderea rigidităţii dielectrice sau la creşterea pierderilor dielectrice.
Printre aceştia se numără: asfalturile, cauciucul natural, cuprul, policlorura de vinil, unele cau-ciucuri sintetice, răşinile siliconice, colofoniul, metacrilatul de metil etc,
2.4Îmbătrânirea uleiurilor mineraleFactorii de îmbătrânire cei mai importanţi sunt: oxidarea, temperaturile ridicate, contaminarea,
lumina şi acţiunea câmpului electric.Prin oxidarea hidrocarburilor componente ale uleiului iau naştere acizi liberi şi legaţi;
temperaturile ridicate favorizează reacţiile chimice de descompunere; contaminarea modifică compoziţia chimică şi deci caracteristicile uleiului: arcul electric descompune uleiul in produse gazoase (65 . . . 75% Ha şi hidrocarburi), lichide (în parte, apa) şi solide (în principal, negru de fum).
Acţiunea de durată a câmpului electric disociază moleculele de ulei; unele produse de descompunere, insolubile în ulei, formează mâlul.
In uleiul de cabluri şi condensatoare, produsele insolubile rezultând din polimerizarea unor hidrocarburi din componenţa acestora, dau naştere la ceara X", iar produsele de descompunere gazoase, care se ionizează sub acţiunea câmpului electric, au ca rezultat scăderea rigidităţii dielectrice a uleiului.
In afară de creşterea tgδ, îmbătrânirea uleiului poate fi urmărită prin cercetarea indicelui de saponificare şi indicelui de aciditate, care cresc în timpul funcţionării şi ating o valoarea constantă, corespunzătoare limitei de solubilitate a mâlului în ulei.
Pentru evitarea oxidării, este recomandabil ca în exploatare uleiul să nu vină în contact cu aerul, de pildă la transformatoare prin dispunerea de perne de azot la suprafaţa uleiului. Pentru întârzierea oxidării se utilizează anumiţi inhibitori, ca hidrochinona, hidrocarburi aromatice clorurate etc., care trebuie alese în funcţie de compoziţia uleiului care se tratează.
8
3 Recondiţionarea şi uscarea uleiurilor electroizolante3.1 Generalităţi
Funcţiile uleiului electroizolant din echipamentele electrice sunt următoarele: Izolarea părţilor sub tensiune între ele şi faţă de masă; Impregnarea izolaţiei solide (hârtie, preşpan) pentru îmbunătăţirea constantei dielectrice; Disiparea energiei termice generate de partea activă a transformatoarelor; Stingerea arcului electric din întrerupător.
Impurificarea uleiurilor electroizolante cu cantităţi infime de substanţe străine solubile sau insolubile în ulei, înrăutăţesc nivelul de izolaţie, micşorându-i siguranţa în exploatare.
Drumul parcurs de uleiurile electroizolante de la rafinării până la echipamentele electrice cuprinde mai multe etape. Ele pot contribui, izolat sau cumulat, la poluarea uleiului, acestea fiind materiale deosebit de sensibile la cea mai mică impurificare. Din această cauză transportul, depozitarea, recondiţionarea fizică, uscarea şi filtrarea şi distribuţia uleiului electroizolant trebuie asigurată de personal specializat.
Transportul uleiului se efectuează în două etape: De la rafinărie la depozit; De la depozit la locurile de consum (staţii de transformare şi de conexiuni ale reţelei de
transport şi distribuţie).Transportul uleiului electroizolant de la rafinării la depozite se face cu autocisterne sau cisterne
CF special amenajate. Aceste mijloace de transport vor fi inscripţionate vizibil (de preferinţă galben) „ULEI TR 30” sau „ULEI TR 25A”, în funcţie de tipul uleiului. Cu toate că cele două uleiuri electroizolante sunt compatibile în orice proporţie este păgubitor ca uleiul TR 25 A să fie depreciat prin contaminare cu ulei electroizolant TR 30. Chiar dacă mijloacele de transport au fost utilizate anterior pentru ulei electroizolant TR 30, printr-o curăţire minuţioasă şi un control atent se poate împiedica ca un transport de ulei electroizolant TR 25 A să fie contaminat cu ulei TR 30. Pentru oprirea pătrunderii apei şi a altor factori poluanţi este foarte important ca mijloacele de transport să fie etanşe şi să aibă montate filtre cu silicagel. Este interzis ca uleiul electroizolant să fie transportat cu mijloace de transport cu care s-au transportat alte produse petroliere, de exemplu: benzină, motorină, păcură, etc.
Livrarea uleiului recondiţionat fizic de la gospodăria de ulei la locul de utilizare se va face, în funcţie de cantitatea de ulei necesară, în autocisterne sau butoaie special destinate acestui scop. Utilizarea dotărilor din gospodăria de ulei, cisterne, pompe, furtunuri, pentru manipularea oricărui alt produs petrolier este strict interzisă.
Pentru fiecare tip de ulei, gospodăria de ulei trebuie dotată cu rezervoare separate, pe care să fie înscrise următoarele denumiri:a) ulei nou – aşa cum este livrat de rafinării (TR 25 A sau TR 30);b) ulei nou – recondiţionat fizic (TR 25 A sau TR 30);c) ulei întrebuinţat – destinat recondiţionării fizice;d) ulei uzat – ulei care nu mai poate fi adus la parametrii;e) ulei întrebuinţat recondiţionat fizic.
Toate sorturile de ulei se depozitează în rezervoare metalice având în mod obligatoriu suprafaţa interioară protejată (pentru protecţia interioară a rezervorului se alege un produs care să fie insolubil în uleiul electroizolant chiar şi la temperaturi mai mari de 100o C). Rezervoarele de ulei electroizolant trebuie să fie dotate cu filtre de silicagel dimensionate în funcţie de capacitatea rezervorului (aproximativ 0,75 kg silicagel/tone de ulei). Suprafaţa interioară a rezervoarelor (dacă rezervoarele au gură de acces) se va controla anual şi, dacă există depuneri, se vor curăţa cu o cârpă care nu lasă scame. Finisarea operaţiilor de curăţire se va face prin spălare cu jet de ulei electroizolant recondiţionat fizic. Umplerea, golirea rezervoarelor şi cisternelor e face cu pompe (recomandabil pompe cu roţi dinţate) utilizându-se conducte metalice sau furtunuri din cauciuc cu inserţie metalică. Pentru a se preîntâmpina
9
oxidarea conductelor din gospodăria de ulei este indicat ca acestea să fie din ţeavă galvanizată. Introducerea uleiului electroizolant într-un recipient (la presiunea atmosferică) se realizează prin scurgere continuă pe la racordul inferior al rezervorului. Introducerea uleiului în echipamente se va face la fel ca mai sus.
3.2 Recondiţionarea uleiurilor electroizolanteUleiul nou livrat ca atare de rafinării nu poate fi utilizat pentru completări sau încercări datorită
proprietăţilor dielectrice mai scăzute ale acestuia. În scopul aducerii uleiului electroizolant la parametrii impuşi de normativele în vigoare (PE 116/90) uleiul electroizolant trebuie supus unui tratament de recondiţionare fizică (uscare şi filtrare). Rigiditatea dielectrică a uleiului este influenţată de prezenţa apei în ulei cât şi microparticulele existente în ulei. Influenţa asupra rigidităţii dielectrice a celor doi factori este conform figurii 2.2.2.1:
unde: - A, B – ulei electroizolant care nu conţine suspensii, dar conţine aer sau apă;- C, D – ulei electroizolant care conţine suspensii, aer şi apă.
Se observă că suspensiile existente în ulei au o influenţă mai mare asupra rigidităţii dielectrice a uleiului electroizolant, deci ca o primă concluzie este total greşit ca uleiul electroizolant să fie degazat şi deshidratat o perioadă foarte mare de timp, rezultatele vor fi necorespunzătoare, se va cheltui timp şi energie iar din ulei se va evapora o serie de componente chimice utile care duc la deprecierea uleiului electroizolant. Pentru obţinerea unor rezultate bune, din experienţa anterioară, este indicat ca operaţia de recondiţionare a uleiurilor electroizolante să se înceapă cu filtrarea uleiului şi apoi să se treacă la uscarea şi degazarea uleiului
3.3 Filtrarea uleiuluiFiltrarea uleiului este bine să se facă în două etape:
a) Filtrarea uleiului la receÎn cazul acestei operaţii uleiul electroizolant este trecut prin filtrele instalaţiei de recondiţionat
ulei la temperatura mediului ambiant. Durata acestei operaţii este în funcţie de fineţea şi de factorul de
10
Fig. 2.2.2.1 Influenţa factorilor asupra rigidităţii
reţinere al filtrelor cu care este dotată instalaţia. Dacă nu există posibilitatea măsurării conţinutului de particule de ulei se poate măsura rigiditatea dielectrică a uleiului electroizolant, care trebuie să ajungă în jurul valorii de 200 KV/cm.
b) Filtrarea uleiului la caldÎn cazul acestei operaţii, uleiul este încălzit la temperatura de 40oC şi trecut prin filtrele
instalaţiei. Durata acestei operaţii este în funcţie de cantitatea de ulei, dar cel puţin o trecere. Încălzirea uleiului de la temperatura mediului ambiant la temperatura de 40oC se va face cu un gradient de temperatură de maximum 10oC între temperatura de intrare în instalaţie şi temperatura de ieşire a uleiului din instalaţie.
3.4 Degazarea şi deshidratarea uleiului.Această operaţie urmăreşte eliminarea aerului şi a apei. Temperatura uleiului va fi cuprinsă între
40 şi 60oC. Nu se va depăşi temperatura de 60oC deoarece există riscul arderii uleiului şi îmbătrânirii premature a acestuia, concretizată prin creşterea tg. Este foarte important ca puterea specifică a încălzitoarelor cu care este echipată instalaţia de recondiţionat ulei să fie mai mică sau egală cu 1W/m, dar şi dacă această condiţie este îndeplinită prin construcţia instalaţiei, arderea uleiului (creşterea tg.), poate apărea datorită funcţionării defectuoase a acesteia (pompa de evacuare defectă, circuite de ulei strangulate, etc.). Nivelul presiunii remanente din degazorul instalaţiei trebuie să fie cât mai scăzut, în funcţie de debitul pompelor de vid cu care este dotată instalaţia, de regulă mai mic de 10 mbar. Dacă în urma procesului de deshidratare şi degazare a uleiului electroizolant, rigiditatea dielectrică este necorespunzătoare, atunci trebuie avute în vedere şi eliminate următoarele cauze:
- filtrul de silicagel al rezervorului este necorespunzător pentru cantitatea de ulei tratată sau silicagelul este deteriorat;
- dacă instalaţia de ulei foloseşte filtre de ulei din hârtie, acestea trebuie schimbate (hârtia este foarte higroscopică);
- instalaţia funcţionează defectuos;- operaţiile de filtrare la rece şi la cald s-au efectuat necorespunzător sau filtrele nu sunt
etanşate corespunzător.Respectând cu stricteţe toate etapele se pot obţine rezultate foarte bune, rigiditatea dielectrică a
uleiului poate ajunge până la valoarea 300 KV/cm, iar conţinutul de apă scade sub 4 ppm.
4 ULEIURI SINTETICE
4.1 Uleiuri sintetice clorurte (askareli, piralen sovol, clophen etc.)
Cu toate bunele lor calităţi electrice, uleiurile minerale prezintă anumite defecte în exploatare: proprietăţi variabile cu locul de origine, inflamabilitate şi tendinţa de oxidare, conducând la degradarea lor chimică şi electrică.
Uleiurile sintetice clorurate, denumite askareli (S.U.A., Franţa, Anglia etc.), sovol şi sovtol (în ţările din fostul U.R.S.S.), clophen (Germania) etc., care sunt amestecuri de difenili cloruraţi, sunt neinflamabile, neoxidabile, chimic şi electric stabile. Descompuse de arcul electric, dezvoltă numai gaze neinflamabile (HC1) — din cauza marii reactivităţi a hidrogenului cu clorul — şi carbon, precum şi mici cantităţi de fosgen (insolubile).4.1.1 Compoziţie chimică.
Sunt derivaţii cloruraţi ai hidrocarburilor aromatice, cele mai utilizate fiind benzenul clorurat sau difenilii cloruraţi, în special pentadordifenilul, acesta corespunzând procentului de clor pentru care tgδ e minimă.
4.1.2 Proprietăţi.
11
În afară de calităţile de neinflamabilitate şi neoxidabilitate, uleiurile clorurate, fiind substanţe polare, se mai caracterizează printr-o permitivitate relativă mare (4...5) faţă de cea a uleiului mineral şi care variază în funcţie de conţinutul de clor în moleculă. Tgδ a difenililor cloruraţi e minimă la 5 atomi de clor în moleculă, ceea ce corespunde pentaclordifenilului (54% Cl), iar densitatea creşte cu numărul atomilor de clor.
Askarelii dizolvă mai multe substanţe decât uleiul mineral, trebuie deci luat în considerare cu ce anume substanţe vin în contact în diferitele lor aplicaţii. Astfel, lacurile pe bază de uleiuri vegetale sunt atacate de askareli. Din contră, suportă contactul cu acestea: răşinile fenolice, poliuretanice, epoxidice, celulozice.
Acidul clorhidric care se dezvoltă in askareli la descompunerea acestora de către arcul electric, deşi neinflamabil, e toxic şi corosiv. Acţiunea sa nocivă asupra materialelor izolante şi structurale este limitată prin adăugarea în askareli a unui acceptor (tetrafenilul de cositor) care, combinându-se cu acidul clorhidric, împiedică acţiunea acestuia.
Rigiditatea dielectrică a askarelilor e slab modificată de eventuale substanţe dizolvate, dar odată cu acestea cresc pierderile dielectrice ale askarelilor. Sub tensiune de impuls, Estr scade cu cât câmpul este mai neuniform.
Vâscozitatea askarelilor este mult mai mare ca cea a uleiului mineral în condiţii identice, iar temperatura de congelare este ridicată. Prin adăugarea de 30% triclorbenzen la pentaclordifenil, temperatura de congelare scade la circa —30°C faţă de +12°C fără adaos, iar vâscozitatea rămâne aproape constantă intre +20°C şi +80°C.
Solicitarea electrică a izolaţiei este de asemenea mult mai uniformă decât la condensatoarele cu ulei mineral, permitivitatea askarelilor fiind apropiată de cea a hârtiei. Pentru temperaturi de serviciu (60 . . . 80°C) tgδ este foarte mic pentru pentaclordifenil (54% Cl).
În transformatoare marele avantaj al askarelilor la utilizarea lor în transformatoare, în locul uleiului mineral — mai ieftin — este neinflamabilitatea lor şi deci siguranţa contra incendiilor.
Pentru a obţine o viscozitate asemănătoare cu a uleiului mineral, se amestecă circa 30% triclorbenzen cu pentaclordifenil, obţinându-se un askarel pentru transformatoare şi care poate fi utilizabil până la —30°C. Nefiind nici oxidabil, nu apar compuşi insolubili în ulei, care să se depună sub forma de mâl.
Sub acţiunea arcului, askarelii nu produc gaze inflamabile deci pot fi utilizaţi şi în întrerupătoare.
Pyranolul 1470 (S.U.A.) pentru transformatoare este un amestec de difenil clorurat cu 60% Cl, triclorbenzen şi tetra- (1-2-3-4) clorbenzen în proporţie 4,5 : 4; 1,5 în greutate. Cu un adaos de 0,125% tetrafenil de cositor, se evită coroziunea metalelor şi izolanţilor de către acidul clorhidric dezvoltat la eventuale descărcări în ulei.
4.2 Alte materiale electroizolante lichide
4.2.1 BENZEN
Benzenul se obţine prin extracţia cu solvenţi din benzinele de reformare catalitică şi separate prin fracţionare.
Se utilizează ca materie prima în industria de sinteze organice şi ca solvent.
4.2.1.1 STAS 310/1-89
Proprietăţile benzenului, corespunzătoare STAS 310/1-89 sunt prezentate în tabelul 4.2.1.1
12
CARACTERISTICĂ
VALOAREMETODA DE ÎNCERCARE
tip I tip II
Aspect lichid incolor, transparent vizual
Densitate relativă la 200 C 0,870…0,880 0,875…0,880
STAS 35-81
SR EN ISO 3675:2001
Culoare (cu scara colorimetrică), max. 2 4
STAS 62-86
ASTM D 1209-97
Distilare:
interval de distilare la presiunea de 760 mm Hg, care cuprinde temperatura de 80,10C, max.
distilat în intervalul de distilare de mai sus, % (v/v), max.
1,0
95
2,0
95STAS 62-86 pct. 4.2
Indice de brom, mg Br /100 g benzen, max.
300 300
STAS 11263-79
ASTM D 1492-96
Punct de cristalizare, C 5,0 4,6
STAS 310/1-89
ASTM D 1016-94
Sulf total, ppm., max. 5,0 5,0
STAS 119-76
ASTM D 3120-96
ASTM D 3961-98
4.2.1.2 SP 4/2000
Proprietăţile benzenului, corespunzătoare SP 4/2000 sunt prezentate în tabelul 4.2.1.2
CARACTERISTICA U/M
VALOAREMETODA DE
13
Aspect
lichid transparent, incolor vizual
Densitate relativă la 20 C — 0,876…0,880 0,876…0,880 STAS 35-81
Distilare:
Interval de distilare la presiunea de 760 mmHg, care
cuprinde temp. de 80,1 C, max.
C 1,0 1,0STAS 310/1-89 pct. 4.1.
Culoare (după spălare cu H2SO4), max.
— 2 2 STAS 62-86
Indice de brom, max.
mg Br/
100 g
prod.
30 50 STAS 11263-79
Punct de cristalizare, min. C 5,3 5,0STAS 310/1-89 pct. 4.2.
Aciditate minerala si alcalinitate — Lipsă STAS 22-64
Sulf total, max. ppm 1 3 STAS 119-76
Apa si impurităţi mecanice — LipsăSTAS 310/1-89 pct. 4.3.
Culoare scala Pt/Co, max. — 10 10 SR ISO 2211:1994
Concentraţie benzen, min. % gr. 99,6 — STAS 13079-92
4.2.2 TOLUEN
14
Toluenul se obţine prin extracţie cu solvenţi din concentratul aromatic de la piroliza benzinei, urmată de separare prin fracţionare.
Se utilizează în industria lacurilor şi vopselelor.
4.2.2.1 SP 5/2000
Proprietăţile toluenului, corespunzătoare SP 5/2000 sunt prezentate în tabelul 4.2.2.1
CARACTERISTICA U/M VALOAREMETODA DE INCERCARE
Aspect lichid transparent, incolor vizual
Densitate relativa la 20 C — 0,860…0,870 STAS 35-81
Distilare:
Interval de distilare la presiunea de 760 mmHg, care
cuprinde temp. de 110,6 C, max.
C 2
STAS 62-86
punctul 4.2.
Culoare (după spălare cu H2SO4), max.
— 4
STAS 62-86
punctul 4.3.1.
Indice de brom, max.mg Br/ 100
g. prod.300 STAS 11263-79
4.2.2.2 SP 6/2000
Proprietăţile toluenului, corespunzătoare SP 6/2000 sunt prezentate în tabelul 4.2.2.2
CARACTERISTICA U/M VALOAREMETODA DE INCERCARE
15
Aspect lichid transparent incolor vizual
Densitate relativa la 20 C — 0,864…0,870 STAS 35-81
Distilare:
interval de distilare la presiunea de 760 mmHg, care
cuprinde temp. de 110,6 C, max.
distilat in intervalul de distilare, min.
C
% vol.
1
98
STAS 62-86
punctul 4.2.
Culoare (după spălare cu H2SO4), max.
— 2 STAS 62-86
Indice de brom, max.mg Br/100
g prod.50 STAS 11263-79
Parafine, max. % gr. 0,8 STAS 62-86
Hidrogen sulfurat si dioxid de sulf — Lipsă STAS 62-86
Aciditate minerala si alcalinitate — Lipsă STAS 22-64
Apa si impurităţi mecanice — Lipsă STAS 310/1-79
Coroziune pe lama de cupru — 1a sau 1b SR ISO 2160:1995
16
