В течение срока службы трансформаторов масло стареет. На масло одновременно воздействуют температура, электрическое поле, кислород воздуха, материалы, из которых состоит трансформатор [1].
Когда масло стареет, в результате окисления, а также под воздействием других факторов повышается кислотность, ухудшаются электроизоляционные свойства, а образующиеся осадки, которые осаждаются на обмотках, затрудняют отвод тепла от активных частей трансформатора [2]. Осадки различают омыляемые и асфальтовые (неомыляемые). Осадки первого типа растворяются в горячем масле, но выпадают на него при охлаждении. Они же способны реагировать с окислами металлов, образуя соли. Неомыляемые осадки представляют собой нейтральные продукты окисления и полимеризации. Вследствие плохой растворимости они выпадают из горячего масла, осаждаясь на обмотках трансформаторов. Также в работающих маслах появляются, свободные органические кислоты, растворимые в масле[3].
Практика показала, что применение противоокислительных присадок в трансформаторном масле увеличивает сопротивляемость масел к процессу окисления, тем самым повышается их срок службы в действующем трансформаторе [4].
В качестве присадки широкое применение получил ионол ( 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол).
Основной целью является разработка экспрессной методики определения концентрации ионола в трансформаторных маслах.
В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:
˗ Применить метод хромато-массспектрометрии для определения содержания ионола по интенсивным ионам в масс-спектре;
˗ Исследовать процессы разложения ионола в трансформаторных маслах при УФ-облучении и нагревании масел;
˗ Разработка структурной схемы и основной целевой функции;
˗ Провести анализ для установления параметров оптимизации;
˗ Установить закономерность влияния изучаемых факторов на параметр оптимизации.
Радикальные процессы ингибированного окисления углеводородов описаны в монографиях [5] . Отмечается, что фенолы, замещенные фенолы и сходные классы соединений являются эффективными ловушками свободных радикалов [6]. Инициируются радикальные процессы, в том числе и УФ-воздействием. Поэтому одной из задач данной работы было изучение расходования ионола в трансформаторном масле в процессе его хранения и УФ-воздействия.
Влияние ультрафиолетового воздействия на расходование ионола
Для исследования влияния УФ-света на разрушение ионола были поставлены эксперименты по влиянию солнечного света и жесткого УФ-облучения на расходование ионола в маслах.
В ходе изучения влияния УФ воздействия солнечного света были получены зависимости изменения концентрации ионола во времени. Следует отметить, что за первые 10 дней нахождения пробирок с пробами масел концентрация ионола уменьшается в 2,5-3,5 раза. Через 24 дня его содержание снижается в 10 раз. Через 2 месяца выдержки проб масел на солнечном свету не удалось обнаружить ионол во всех пробах масел
Рисунок 1. Зависимость изменения концентрации ионола в трансформаторных маслах при воздействии солнечного света.
В УФ-воздействии в жестких условиях (партия ГК-партия 1, 2015 г.) ионол не обнаружен уже через 30 минут (Рисунок 2)
Рисунок 2. Зависимость изменения концентрации ионола в трансформаторном масле при жестком УФ-воздействии.
Таким образом, проведенные исследования по воздействию ультрафиолетового света на расходование ионола показали, что в условиях мягкого облучения он разлазается за 30-40 дней. Если мощность УФ-облучения высока, то ионол разрушается за 30 минут.
Влияние воздействия температуры на расходование ионола
В процессе ремонтных работ силовых трансформаторов производится сушка масла и твердой изоляции при 80 оС. При этом ремонтные службы часто не оценивают концентрацию ионола как до процедуры сушки, так и после нее. Поэтому следующим этапом работы было исследование влияние температуры на кинетику расходования ионола.
Анализ по определению концентрации ионола проводили по вышеописанной методике (по иону m/z=205). На рисунке 3 представлена зависимость содержания ионола в образцах масел. Как видно, в первые 30 мин. воздействия температуры не происходит заметного уменьшения концентрации ионола. Данный факт согласуется с кинетикой ингибированного окисления углеводородов. Практически всегда присутствует индукционный период, после которого происходит автоускорение радикального процесса. Поэтому через 60 мин. мы не обнаружили ионол в пробах масел при температурном воздействии.
Рисунок 3. Зависимость расходования ионола при воздействии температуры.
Краткие выводы
- Предложен экспресс-метод определения концентрации ионола в трансформаторных маслах в режиме селективного ионного мониторинга (ГХ/МС)
- Установлено, что для трех партий масла в условиях воздействия УФ облучения ионол полностью расходуется в период 25-30 дней, жесткое УФ воздействие инициирует радикальные процессы за 30-40 мин.
- Процедура капитального ремонта трансформаторов с последующей сушкой масла и твердой изоляции (прогрев при 80 °С) также приводит к расходованию ионола.
Библиографический список
- Брай, И.В. Регенерация трансформаторных масел. – М.: Химия, 1972. – 16-23 с.
- Улучшение качества трансформаторных масел / труды научно-технического совещания. – М.: Гостоптехиздат, 1962. – 132 с.
- Нефтепродукты. Свойства, качества, применение: справочник под ред Б. В. Лосикова. – М.: Химия, 1966. – 48-59 с.
- Соколов, В. В. Избранные труды. – Екатеринбург: Автограф, 2010. – 96-178 с.
- Иванов К. И. Окисление трансформаторных масел в присутствии электрического поля / К. И. Иванов, В. П. Жаховская // Химия и технология топлив и масел. – 1962. – №7. – С. 58.
- Роль фенольных антиоксидантов в повышении устойчивости органических систем к свободно-радикальному окислению / И. В. Сорокина, А. П. Крысин и др. – Новосибирск: ГПНТБ, 1997. – 68 с.