Вязкость трансформаторного масла: кинематическая и условная. Большая энциклопедия нефти и газа
6. Ограничение срока действия снято по протоколу N 2-92 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 2-93)
7. ИЗДАНИЕ (июнь 2011 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в марте 1982 г., марте 1985 г., марте 1989 г. (ИУС 7-82, 6-85, 6-88), Поправкой (ИУС 6-2005)
Настоящий стандарт распространяется на трансформаторные масла сернокислотной и селективной очисток, вырабатываемые из малосернистых нефтей и применяемые для заливки трансформаторов, масляных выключателей и другой высоковольтной аппаратуры в качестве основного электроизоляционного материала.
1. МАРКИ
1. МАРКИ
Устанавливаются следующие марки трансформаторных масел:
ТК - без присадки (изготовляют по специальным заказам для общетехнических целей), применять для заливки трансформаторов не допускается;
Т-750 - с добавлением (0,4±0,1)% антиокислительной присадки 2,6 дитретичный бутилпаракрезол;
Т-1500 - с добавлением не менее 0,4% антиокислительной присадки 2,6 дитретичный бутилпаракрезол;
ПТ - перспективное масло.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 3).
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2.1. Трансформаторные масла должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта, из сырья и по технологии, которые применялись при изготовлении образцов масел, прошедших испытания с положительными результатами и допущенных к применению в установленном порядке.
2.2. По физико-химическим показателям трансформаторные масла должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице.
Наименование показателя | Норма для марки | Метод испытания |
|||
ТК ОКП | Т-750 ОКП | Т-1500 ОКП | |||
1. Вязкость кинематическая, м/с (сСт), не более: | |||||
при 50 °С | |||||
при минус 30 °С | 1200·10(1200) | ||||
2. Кислотное число, мг KОН на 1 г масла, не более | |||||
3. Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С, не ниже | |||||
Отсутствие | |||||
6. Температура застывания, °C, не выше | |||||
7. Натровая проба, оптическая плотность, не более | |||||
10. Цвет на колориметре ЦНТ, единицы ЦНТ, не более | |||||
11. Стабильность против окисления, не более: | |||||
______________ Примечания: 1. Для трансформаторного масла марки ТК, вырабатываемого из эмбенских нефтей и их смеси с анастасьевской нефтью, при испытании на стабильность против окисления по ГОСТ 981 допускается масса летучих низкомолекулярных кислот 0,012 мг КОН на 1 г масла, кислотное число окисленного масла - не более 0,5 мг КОН на 1 г масла. |
|||||
(Измененная редакция, Изм. N 2, 3, Поправка).
3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
3.1. Трансформаторные масла являются малоопасными продуктами и по степени воздействия на организм человека относятся к 4-му классу опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007 .
3.2. Трансформаторные масла представляют собой в соответствии с ГОСТ 12.1.044 горючие жидкости с температурой вспышки 135 °C.
3.3. Помещение, в котором производятся работы с маслом, должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией.
3.4. Предельно допустимая концентрация паров углеводородов масел в воздухе рабочей зоны 300 мг/м в соответствии с ГОСТ 12.1.005 .
3.5. При работе с трансформаторными маслами должны применяться индивидуальные средства защиты согласно типовым правилам, утвержденным в установленном порядке.
3.6. При загорании масел используют следующие средства пожаротушения: распыленную воду, пену; при объемном тушении - углекислый газ, состав СЖБ, состав 3,5, пар.
Разд.3. (Измененная редакция, Изм. N 3).
4. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ
4.1. Трансформаторное масло принимают партиями. Партией считают любое количество масла, изготовленного в ходе технологического процесса, однородного по показателям качества, сопровождаемого одним документом о качестве, содержащим данные по ГОСТ 1510 .
(Измененная редакция, Изм. N 3).
4.2. Объем выборок - по ГОСТ 2517 .
4.3. При получении неудовлетворительных результатов испытания хотя бы по одному из показателей проводят повторные испытания вновь отобранной пробы из той же выборки.
Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию.
(Измененная редакция, Изм. N 3).
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
5.1. Пробы трансформаторных масел отбирают по ГОСТ 2517 .
Для объединенной пробы берут по 3 дм масла каждой марки.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
5.2. Натровую пробу для масел марок Т-750 и Т-1500 определяют в кювете 20 мм, для масла марки ТК - в кювете 10 мм.
5.3. Прозрачность трансформаторных масел определяют в стеклянной пробирке диаметром 30-40 мм. Масло при температуре 5 °C должно быть прозрачным в проходящем свете.
5.4. Показатель осадка и кислотное число для масла марки ТК определяют по ГОСТ 981 при следующих условиях:
температура - 120 °С,
расход кислорода - 200 см/мин,
длительность окисления при определении осадка и кислотного числа - 14 ч.
Показатель низкомолекулярных летучих кислот допускается определять при условиях:
температура - 120 °С,
катализатор - шарики диаметром (5±1) мм, один из низкоуглеродистой стали, один из меди марки М0к или М1к по ГОСТ 859 ;
расход воздуха - 50 см/мин;
длительность окисления - 6 ч.
Стабильность против окисления масел марок Т-750 и Т-1500 определяют по ГОСТ 981 при следующих условиях:
температура для масла марки Т-750 - 130 °С, для масла марки Т-1500 - 135 °С,
катализатор - медная пластинка,
расход кислорода - 50 см/мин,
Стабильность против окисления перспективного масла гидрокрекинга определяют по ГОСТ 981 при следующих условиях:
температура - 145 °С,
катализатор - медная пластинка;
расход кислорода - 50 см/мин;
длительность окисления - 30 ч.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2, 3).
5.5. Тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторных масел определяют без подготовки или после подготовки одним из следующих способов:
а) 100 см масла выдерживают 30 мин при 50 °С при остаточном давлении 666,6 Па (5 мм рт.ст.) в сосуде со свободной поверхностью, равной 100 см;
б) масло выдерживают в кристаллизаторе, помещенном в эксикатор с прокаленным хлористым кальцием, не менее 12 ч при толщине слоя не более 10 мм.
При разногласиях, возникающих при оценке качества продукции, подготовку масла перед определением тангенса угла диэлектрических потерь проводят по подпункту а.
Для определения тангенса угла диэлектрических потерь применяют электроды, изготовленные из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т или 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632 . При изготовлении электродов из меди по ГОСТ 859 и латуни по ГОСТ 17711 рабочие поверхности электродов должны покрываться никелем, хромом или серебром. Определение проводят при напряженности электрического поля 1 кВ/мм.
6. УПАКОВКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ
6.1. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение трансформаторных масел - по ГОСТ 1510 .
6.2. На документе, удостоверяющем качество трансформаторного масла марок Т-750 и Т-1500 высшей категории, и на таре должен быть изображен государственный Знак качества.
7. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ
7.1. Изготовитель гарантирует соответствие качества трансформаторного масла требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий транспортирования и хранения.
7.2. Гарантийный срок хранения трансформаторных масел - пять лет со дня изготовления.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
Нефть и нефтепродукты. Масла.
Технические условия. Сборник ГОСТов. -
М.: Стандартинформ, 2011
В этой же связи стоит тот экспериментальный факт, что с уменьшением вязкости трансформаторного масла при его нагревании коэффициент поглощения не уменьшается (как это должно было бы быть для волн малой амплитуды), а увеличивается.
Что касается изменения вязкости масел при низких температурах1, то, как следует из табл. 11, заимствованной из той же работы, резкое увеличение вязкости трансформаторного масла наблюдается уже при температурах ниже минус 30 С, а для турбинного Л при температуре минус 5 С.
Для применения в силовых трансформаторах в СССР используют в основном совтол-10, представляющий собой смесь 90 % пента-хлордифенила и 10 % трихлорбензола, который имеет в рабочем интервале температур вязкость, близкую к вязкости трансформаторного масла. Однако по своим вязкостно-температурным свойствам совтол-10 значительно уступает гексолу, представляющему собой смесь 20 % пентахлордифенила и 80 % гексахлорбутадиена. Гек-сол не застывает при температуре до - 60 С и меньше подвержен влиянию загрязнений.
Были проведены две серии опытов. Вязкость трансформаторного масла снижали добавлением в него растворителя - керосина и растворением в нем природного газа.
Вязкость трансформаторного масла строго нормируется. Трансформаторное масло, поступающее на предприятия, тщательно сушат в специальных установках и многократно фильтруют. Пробивное напряжение масла перед заливкой в трансформатор должно быть не менее 50 кВ при расстоянии между двумя электродами в стандартном пробойнике 2 5 мм.
В большинстве случаев для этой цели используется сухое трансформаторное масло (ГОСТ 982 - 56), обладающее хорошими электроизоляционными свойствами. Вязкость трансформаторного масла невелика, вследствие чего его конвекция и циркуляция обеспечивают хорошее охлаждение аппаратуры, что особенно важно для приборов с нагревающимися в процессе работы элементами. Масло также защищает аппаратуру от атмосферных влияний и от вредного действия химически агрессивной среды.
Основным достоинством трансформаторного масла являются его высокие изоляционные свойства и способность предохранить от коррозии охлаждаемый тракт. Однако вязкость трансформаторного масла значительно выше вязкости воды. Поэтому для создания циркуляции масла, по эффективности соизмеримой с циркуляцией воды, требуются большие диаметры трубопроводов и более высокий напор. Давление масла в трубопроводе ограничено 3 - 4 кгс / см2, так как из-за хорошей смачиваемости металлических поверхностей, оно при больших давлениях способно просачиваться сквозь незначительные неплотности, практически всегда имеющие место в сочленениях трубопроводов.
В технических нормах в качестве одного из параметров, характеризующих данное масло, указывается значение v20, однако на фиг. Поэтому вязкость очищенного трансформаторного масла при 20 С определим приближенно, используя, например, формулу (I, 56) Гросса.
| Эффективность теплоотвода. / - кремнийорганической жидкостью большой вязкости. 2 - трансформаторным маслом. 3, 4 и 5 - фторорганиче-скими жидкостями (С4Р9 зМ, CSF16O и C6F120.| Применение холодильной установки для охлаждения трансформатора. |
Это может быть особенно ценным для трансформаторов предельных мощностей, которые иначе были бы нетранспортабельными. Нужно отметить, что вязкость трансформаторного масла возрастает при понижении температуры, поэтому коэффициент теплоотдачи от обмоток к маслу будет ниже, чем в обычных системах масляных трансформаторов.
Если полость статора заполнена трансформаторным маслом, то во время пуска в зимнее время необходимо создать минимальную нагрузку или, если это допустимо, произвести пуск в режиме холостого хода и продолжать работу электродвигателя в этом режиме для прогрева всего объема масла до 15 - 20 С без подачи охлаждающей жидкости в систему охлаждения. Это необходимо по той причине, что вязкость трансформаторного масла при низких температурах велика и циркуляция его по всему контуру будет затруднена, что может привести к местным перегревам и к обугливанию изоляции обмотки даже в том случае, когда температура масла в точках замера еще не достигнет предельных значений.
Эксплуатация электродвигателей, полость статора у которых заполнена трансформаторным маслом или для отвода тепла используется водяное охлаждение, в зимнее время на открытых площадках или в неотапливаемых помещениях имеет ряд отличительных особенностей. Это обусловлено тем, что при низких температурах вязкость трансформаторного масла повышается, а вода может замерзнуть в системе охлаждения, если не принять надлежащих мер предосторожности.
Снижение вязкости при заданной температуре вспышки достигается сужением фракционного состава; внедрение этого мероприятия ограничено, так как при этом уменьшается выход масла. В последние годы за рубежом намечается тенденция снижения вязкости трансформаторных масел даже при условии некоторого понижения температуры вспышки.
Вязкость трансформаторного масла является важным физическим параметром, определяет процесс теплоотдачи обмоток и магнитопроводов в трансформаторах и дугогасящую способность выключателей Для хорошей циркуляции масла в трансформаторах, улучшающей охлаждение обмоток и магнитопроводов, необходимы масла с малой вязкостью. В свою очередь у масла, как и других жидких диэлектриков, вязкость сильно возрастает при понижении температуры. При температуре 20°С вязкость трансформаторного масла должна быть не более 4,2°Э и не выше 2°Э при температуре 50°С.
Для измерения условной вязкости – ВУ масла применяется вискозиметр Энглера, схема которого показана на рис. 3. Латунный сосуд – 2 помещен внутрь металлического сосуда 1 так, чтобы между ними имелось пространство, заполненное водой. Оба сосуда в центре имеют отверстия, сквозь которые пропущена калиброванная трубка – 3
Схема вискозиметра Энглера.
с диаметром внутреннего отверстия 2-3 мм. Это отверстие закрывается пробкой - 4. Латунный сосуд заполняется испытуемой жидкостью по указательные штифты – 5. Одновременное касание маслом всех трех остриев служит признаком правильной установки на столе, неточность установки выправляют установочными винтами на ножках прибора. Наружный сосуд 1 служит водяной баней, откуда нагретая на электрической плитке вода равномерно передает тепло маслу. Воду перемешивают мешалкой. Благодаря значительной теплоемкости воды не происходит резких колебаний температуры масла во время испытаний.
Перед испытаниями трансформаторного масла вискозиметр Энглера должен быть тщательно промыт и просушен. Вставив пробку - 4 в калиброванную трубку - 3 и установив под сливным отверстием мерную колбу с отметкой на узком горлышке объема в 200мл, заливают масло в латунный сосуд. Закрыв крышку, нагревают воду, перемешивая ее мешалкой - 5. Когда установится требуемая температура масла, что отмечается термометром – Т 2, сливают в колбу масло до отметки-200 мл. При этом пену во внимание не принимают. Время вытекания этого объема масла засекают секундомером.
Вязкостью масла в градусах Энглера называется отношение времени истечения 200 миллилитров масла, нагретого до температуры 50 0 С, к времени истечения такого же объема дистиллированной воды при температуре 20 0 С.
Время истечения 200 мл. воды при температуре 20 0 С называют водным числом прибора.
Наряду с условной вязкостью различают динамическую и кинематическую. Динамическая вязкость -η вычисляется по формуле:
, Па. с,
где f – сила в (Н), действующая на твердый шарик.
Эта сила равна весу твердого шарика за вычетом (на основании закона Архимеда) веса жидкости объема шарика; r, - радиус шарика, мм; V - скорость движения шарика, м/с;
,
где k - поправочный коэффициент, учитывающий влияние стенок сосуда; r, - радиус сосуда, м; l. - высота сосуда, м; ν - кинематическая вязкость,м/с вычисляется по формуле:
,
где ρ - плотность испытуемой жидкости, кг/м 3 . Кинематическую вязкость часто измеряют в стоксах (Ст) = 10 -4 м 2 /с.
Для измерения вязкости кроме вискозиметра Энглера используют шариковые вискозиметры, ротационные, пластовискозиметры, электроротационные и капиллярные.
Шариковые вискозиметры основаны на измерении скорости погружении стального шарика в испытуемой жидкости.
Ротационные вискозиметры конструктивно состоят из двух цилиндров: наружного неподвижного и внутреннего, вращающегося вокруг вертикальной оси под действием определенной силы. Пространство между ними заполнено испытуемой жидкостью. По затрате мощности на вращение внутреннего цилиндра или по степени замедления вращения его определяют вязкость жидкости. При определенном конструктивном исполнении ротационного вискозиметра можно совместить определение вязкости и удельного электрического сопротивления испытуемой жидкости по току утечки между цилиндрами.
Пластовискозиметры способны, наряду с вязкостью, определять предел прочности.
Электроротационные вискозиметры позволяют непосредственно отсчитывать величину вязкости по шкале измерительного прибора.
Капилярные вискозиметры служат для измерения кинематической вязкости.
От кинематической вязкости (м 2 /с) к условной вязкости (°Э) можно перейти, используя таблицу 2.
Таблица 2
| Кинематическая вязкость | Град Э | Кинематическая вязкость | Град Э | Кинематическая вязкость | Град Э | |||
| м 2 /с | сСт | ВУ | м 2 /с | сСт | ВУ | м 2 /с | сСт | ВУ |
| 0.000001 | 1.00 | 1.00 | 0.000024 | 24.0 | 3.43 | 0.000054 | 54.0 | 7.33 |
| 0.000002 | 2.00 | 1.10 | 0.000025 | 25.0 | 3.56 | 0.000055 | 55.0 | 7.47 |
| 0.000003 | 3.00 | 1.20 | 0.000026 | 26.0 | 3.68 | 0.000056 | 56.0 | 7.60 |
| 0.000004 | 4.00 | 1.29 | 0.000027 | 27.0 | 3.81 | 0.000057 | 57.0 | 7.73 |
| 0.0000045 | 4.5 | 1.34 | 0.000028 | 28.0 | 3.95 | 0.000058 | 58.0 | 7.86 |
| 0.000005 | 5.0 | 1.39 | 0.000029 | 29.0 | 4.07 | 0.000059 | 59.0 | 8.00 |
| 0.0000055 | 5.5 | 1.43 | 0.000030 | 30.0 | 4.20 | 0.000060 | 60.0 | 8.13 |
| 0.000006 | 6.0 | 1.48 | 0.000031 | 31.0 | 4.33 | 0.000061 | 61.0 | 8.26 |
| 0.0000065 | 6.5 | 1.53 | 0.000032 | 32.0 | 4.46 | 0.000062 | 62.0 | 8.40 |
| 0.000007 | 7.0 | 1.57 | 0.000033 | 33.0 | 4.59 | 0.000063 | 63.0 | 8.53 |
| 0.0000075 | 7.5 | 1.62 | 0.000034 | 34.0 | 4.72 | 0.000064 | 64.0 | 8.66 |
| 0.000008 | 8.0 | 1.67 | 0.000035 | 35.0 | 4.85 | 0.000065 | 65.0 | 8.80 |
| 0.0000085 | 8.5 | 1.62 | 0.000036 | 36.0 | 4.98 | 0.000066 | 66.0 | 8.93 |
| 0.000009 | 9.0 | 1.76 | 0.000037 | 37.0 | 5.11 | 0.000067 | 67.0 | 9.06 |
| 0.0000095 | 9.5 | 1.81 | 0.000038 | 38.0 | 5.24 | 0.000068 | 68.0 | 9.20 |
| 0.000010 | 10.0 | 1.86 | 0.000039 | 39.0 | 5.37 | 0.000069 | 69.0 | 9.34 |
| 0.000015 | 15.0 | 2.37 | 0.000045 | 45.0 | 6.16 | 0.000075 | 75.0 | 10.15 |
| 0.000020 | 20.0 | 2.95 | 0.000050 | 50.0 | 6.81 . | 0.000080 | 80.0 | 10.8 |
При > 8 . 10 –5 м 2 /с (80 сСт) переход от одной системы к другой производится по формуле.
Масляные выключатели и реакторную аппаратуру. В реакторном оборудовании они служат средой для гашения дуги.
Требования
Электроизоляционные качества, которыми обладают трансформаторные масла, зависят от диэлектрических потерь. Диэлектрическую прочность масел для трансформаторов способны сильно уменьшить вода и разнообразные волокна. Следовательно, этих веществ в его составе быть не должно. Важным параметром является температура застывания. Чтобы сохранить подвижность на холоде, этот показатель у рабочей жидкости должен составлять - 45 °С и ниже. Чтобы тепло отводилось с максимальной эффективностью, жидкость должна иметь минимальную вязкость при температуре вспышки, которая для различных марок не должна быть меньше 150-95 °С.
Самый важный параметр, которым обладают трансформаторные масла, это устойчивость к окислению, или свойство поддерживать постоянство характеристик при работе в течение длительного времени. Большая часть используемых сортов трансформаторных масел стабилизированы такими присадками против окисления, как ионол или агидол-1. Их действие основано на возможности вступать в реакцию с активными пероксидными радикалами, образующимися во время прохождения цепной реакции оксидирования углеводородов. Стабилизированные ионолом жидкости для трансформатора чаще всего окисляются с явно выраженным периодом индукции.
В начальной стадии масла, сохраняющие восприимчивость к присадкам, окисляются очень медленно, поскольку все появляющиеся в масле очаги окисления подавляются ингибитором. Когда присадка истощается, скорость окисления приближается к той, с какой окисляется исходное масло. Присадка тем действеннее, чем более длителен индукционный цикл окисления. Эффект от действия присадки определяется углеводородным составом трансформаторного масла и примесями прочих соединений неуглеводородного происхождения, усиливающих окисление масла (это азотистые основания, нафтеновые кислоты, кислородсодержащие продукты оксидирования).
Трансформаторные масла призваны изолировать части и узлы силовых трансформаторов, которые находятся под воздействием напряжения, отвести тепло от деталей, подвергающихся нагреву в процессе их работы, и защитить изоляцию от воздействия влаги.
Параметры
Масло трансформаторное, характеристики которого полностью определяются его содержанием, в свою очередь, в значительной мере зависит от химического состава исходного сырья и используемых методов очистки. В применяемых марках трансформаторных масел имеются отличия по химическому составу и эксплуатационным характеристикам, и предназначены они для различных целей. Для новых масляных трансформаторов требуются лишь совершенно свежие масла, которые до того не находились в эксплуатации. У каждой партии жидкости, которая используется для заливки, должен иметься сертификат фирмы-производителя. До того как залить трансформаторное масло, поступающее с нефтеперерабатывающего завода, в силовой трансформатор, необходимо провести его очистку от влаги, газов и механических примесей.
Влага может содержаться в трансформаторном масле в различной форме. Это может быть осадок, эмульсия и раствор. Трансформаторное масло перед заливкой подвергается полной очистке от влаги, содержащейся в масле в состоянии эмульсии и в форме отстоя. В качестве раствора влага не влияет в значительной степени на тангенс угла потерь и электрическую прочность, правда, содействует увеличению окисляемости жидкости для трансформаторов и ухудшению стабильности ее состава. В связи с этим получение значений напряжения пробива и тангенса угла потерь, удовлетворяющих нормам, не может служить критерием полной очистки.
Важным параметром является плотность трансформаторного масла. Ее необходимо знать, чтобы рассчитать массу продукта, поступившего на пред-приятие. Плотность трансформаторного масла позволяет узнать его углеводородный состав.
При значении давления, равном атмосферному, в растворенном состоянии в масле трансформатора может быть до 10 % воздуха. Если силовые трансформаторы оснащены пленочной и азотной защитой, то перед заливкой специальное масло должно подвергнуться дегазации, чтобы достичь остаточного содержания газа, не превышающего 0,1 % массы.
После того как очистка произведена, механических примесей в масле быть не должно.
Измерение параметров масла
Проверку параметров масел проводят, анализируя их электроизоляционные и физико-химические характеристики:
- электрическую прочность;
- тангенс угла потерь;
- замер влагосодержания;
- замер содержания газа в масле посредством абсорбциометра состоит в определении степени изменения остаточного давления в некоторой емкости после того, как в нее залиты пробы испытуемой жидкости;
- измерение количественного состава механических примесей путем пропускания образца, растворенного в бензине, сквозь бумажный фильтр без содержания золы.
Способ определения влагосодержания масла базируется на том, что происходит выделение водорода в ходе реакции влаги, находящейся в масле, с гидридом кислорода.
Испытания трансформаторного масла
Перед тем как вводить в эксплуатацию трансформаторы, производится испытание трансформаторного масла.
Для трансформаторного оборудования, всех номинальных напряжений испытания масла из бака РПН производятся в полном соответствии с руководством предприятия-производителя. Масло для оборудования, имеющего мощность до 630 кВА, которое устанавливается в электрических сетях, разрешается не подвергать испытаниям.
Трансформаторное масло проверяется заказчиками в сертифицированной лаборатории, которая аттестована на право его испытывать.
Центрифугирование
Такой метод обработки трансформаторного масла состоит в удалении влаги и взвешенных частиц под воздействием центробежных сил. Таким образом удаляется только влага, которая находится в форме эмульсии, и частицы в твердом состоянии. Удельная масса частиц при центрифугировании должна быть больше, чем у трансформаторного масла, подвергаемого обработке. Этим способом очищают преимущественно жидкость для силовых трансформаторов, имеющих напряжение до 35 кВ, или производят ее предварительную обработку.
Фильтрование
Метод состоит в пропускании масла через перегородки пористого типа, задерживающие все содержащиеся в нем примеси.
Адсорбционная обработка
Метод очистки трансформаторного масла посредством адсорбции базируется на поглощении воды и других примесей разнообразными адсорбентами. В их качестве используются синтетические цеолиты, имеющие высокую поглощающую способность, особенно по отношению к частицам воды. Очистка трансформаторного масла цеолитами дает возможность удалить из его состава влагу, находящуюся в состоянии раствора.
Вакуумная обработка
Базовым элементом метода очистки стал дегазатор. Сырое масло сначала подогревается до температуры 50-60 °C. После этого происходит распыление масла в дегазаторе на первой его ступени. Далее оно тончайшей струйкой стекает вдоль поверхности колец Рашига. При этом первая ступень подвергается вакуумированию посредством вакуум-насоса. Выделяемые водяные и газовые пары откачиваются через воздушный фильтр и цеолитовый патрон. Из емкости дегазатора первой ступени масло самотеком проходит во вторую ступень, где оно окончательно осушается и дегазуется. На завершающем этапе трансформаторное масло проходит сквозь фильтр тонкой очистки, подаваясь в трансформатор.
Отработанное масло
Отработанное трансформаторное масло регенерируется на серийных маслорегенерационных установках с использованием силикогеля.
Трансформаторное масло ГК
Указанную маркировку техническая жидкость получила на основании способа ее производства. Масло трансформаторное ГК получают по технологии гидрокрекинга. Сырьем для его изготовления служат парафинистые сернистые нефти. Этот вид масла имеет высокие изоляционные свойства и рекомендуется к использованию в разнообразном высоковольтном оборудовании. Масло трансформаторное ГК содержит присадку ионол и обладает лучшими антиокислительными свойствами.
Казалось бы, где масло, а где электроприборы? Тем более трансформаторы, внутри которых блуждают огромные токи, и формируется высокое напряжение. Тем не менее подобные электрические установки работают с применением технических жидкостей, и это отнюдь не антифриз и не дистиллированная вода.
Наверное, все видели огромные трансформаторы на подстанциях, и энергоблоках промышленных предприятий. Все они снабжены расширительными емкостями в верхней части.
Именно в эти бочонки заливается трансформаторное масло. Выглядит это вполне привычно для обывателя: корпус электрической установки (по аналогии картера двигателя автомобиля), внутри расположены рабочие узлы. И все это богатство залито маслом до самого верха. Как мы понимаем, о смазке деталей речь не идет: в трансформаторе нет движущихся частей.
Область применения трансформаторного масла
Для начала, развеем некоторые стереотипы. Существует устойчивое заблуждение, что все жидкости являются проводниками. На самом деле далеко не все, и не так явно, как металлы.
Важное свойство трансформаторного масла – высокое сопротивление электрическому току. Настолько высокое, что жидкость фактически является диэлектриком (в разумных пределах, разумеется).
Такая характеристика, как смазывающая способность, в электрике интересна в последнюю очередь. А вот теплопроводность напротив, очень важна.
О свойствах поговорим отдельно, они вытекают из двух областей применения:
Эксплуатационные показатели подобных устройств поражают воображение: напряжение несколько сотен тысяч вольт, и сила тока до 50 тысяч ампер.
Масло в этих устройствах имеет две функции. Разумеется, изоляционные свойства, как и в трансформаторах. Но главное назначение – эффективное гашение электрической дуги.
При размыкании (замыкании) контактов на электрических коммутационных устройствах с такими параметрами, возникает электрическая дуга, способная разрушить контактную группу за несколько циклов.
Электрическая дуга при размыкании контактов (происшествие на подстанции) — видео
Однако проблемы возникают лишь в воздушной среде. Если внутренняя полость заполнена трансформаторным маслом – искрения и дуги не возникнет.
К сведению
Объективности ради, заметим: существует и другое решение. Помимо масляных, активно применяются вакуумные выключатели. Правда, они качественно выполняют лишь одну функцию: гашение дуги. Диэлектрические свойства вакуума сопоставимы с обычным воздухом.
Однако, это тема другой статьи.
Технические характеристики трансформаторного масла
Так же, как и минеральное моторное, трансформаторное масло производится путем перегонки подготовленной сырой нефти (очищенной), методом кипячения сырья. После возгонки при температуре 300°C — 400°C, остается так называемый соляровый дистиллят.
Собственно, эта субстанция является основой для получения трансформаторного масла. Во время очистки, снижается насыщенность ароматическими углеродами и не углеродными соединениями. В результате повышается стабильность продукта.
При возгонке и выделении дистиллята, можно управлять физическими и химическими процессами. Манипулируя базовым сырьем и технологией, можно менять свойства трансформаторного масла. Они определяются полученным соотношением компонентов:
Интересно, что этот продукт экологически чист. При его производстве, использовании и утилизации, воздействие на природу не выше, чем у исходного сырья (сырой нефти). В состав не включаются добавки, синтезированные искусственным путем.
Как и нефть, масло для трансформаторов и выключателей не токсично (насколько это можно сказать о нефтепродуктах), не разрушает озоновый слой, и бесследно разлагается в природной среде.
Одна из важных характеристик – плотность трансформаторного масла. Типичная величина лежит в диапазоне 0,82 – 0,89 * 10³ кг/м³. Цифры зависят от температуры: рабочий диапазон в пределах 0°C – 120°C.
При нагреве она уменьшается, этот фактор принимается во внимание при проектировании радиаторной системы охлаждения трансформаторов.
Поскольку масла относительно универсальны, эта характеристика может варьироваться в зависимости от потребностей заказчика. Трансформаторные подстанции располагаются в различных климатических зонах, зачастую в условиях крайнего Севера и Сибири.
Не только плотность меняется в зависимости от температуры
Вязкость трансформаторного масла может радикально изменить общие показатели электроустановки.
| Показатели | ТКп | Масло селективной очистки | Т-1500У | гк | вг | АГК | МВТ |
| Кинематическая вязкость, им2/с* при температуре | |||||||
| 50°С | 9 | 9 | - | 9 | 9 | 5 | - |
| 40°С | - | - | 11 | - | - | - | 3,5 |
| 20°С | - | 28 | - | - | - | - | - |
| -30°С | 1500 | 1300 | 1300 | 1200 | 1200 | - | - |
| -40°С | - | - | - | - | - | 800 | 150 |
| Кислотное число, мг КОН/г, не более | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,02 |
| Температура, °С | |||||||
| Вспышки в закрытом тигле, не ниже | 135 | 150 | 135 | 135 | 135 | 125 | 95 |
| Застывания, не выше | -45 | -45 | -45 | -45 | -45 | -60 | -65 |
Принцип работы масляного трансформатора — видео
- Теплоотвод – возможен при достаточно жидком теплоносителе. То есть, для нормального охлаждения электроустановки вязкость должна быть как можно более низкой.
- Гашение электрической дуги. Как это работает? В обычной воздушной среде, при размыкании (замыкании) контактов под высокой нагрузкой, возникает дуга, подобная сварочной.
Густое масло, механически не сможет быстро заполнить пространство при движении контактов. Образовавшиеся воздушные полости станут поводом для дугообразования. И напротив, достаточно жидкий наполнитель постоянно будет поддерживать среду без пузырьков.
Вспышка и воспламенение
Интересный с точки зрения физики процесса, такой параметр, как температура вспышки трансформаторного масла. Для любых нефтепродуктов, это температура воспламенения жидкой среды, при контакте с открытым источником пламени.
Однако внутри трансформатора не создаются условия для горения, по причине отсутствия достаточного количества кислорода. А вот открытое пламя теоретически возможно: если при размыкании контактов образуется кратковременная дуга.
Поэтому в свойства масел закладывается увеличение температуры вспышки. Это значение постепенно уменьшается, по причине дефектов трансформаторного оборудования. При нормальной работе, температура вспышки напротив, увеличивается. Допустимое значение – более 155°C.
Электрическая дуга или как горят трансформаторы — видео
Для понимания механизма – температура вспышки связана с испаряемостью масла. То есть, оно должно быть достаточно жидким, но при этом не переходить в газообразное состояние при нормальных условиях эксплуатации.
Кроме традиционного параметра, есть такое понятие, как температура самовоспламенения, характерное именно для трансформаторов. В нашем случае эта величина составляет 350°C – 400°C.
Если обмотки нагреются до такой температуры – возникает неконтролируемое горение и взрыв трансформатора. К счастью, подобные случаи происходят крайне редко. Разумеется, при условии соблюдения условий эксплуатации.
Поэтому, вместе с подбором качественного масла, необходимо постоянно следить за состоянием электроустановок. При проведении тестовых отборов жидкости, можно понять, какие проблемы есть в самом трансформаторе или высоковольтном выключателе.
После проведенных исследований, оцениваются такие показатели, как преломление вязкости, плотность, диэлектрические свойства, и пр. Результаты сравниваются с табличными значениями, установленными стандартом применения масел.
В таблице показаны основные показатели трансформаторного масла:
| Температура t, °С | Плотность р, кг/м3 | Cp, кДж/(кгК) | λ, Вт/(м"К) | а-10**8, м2/с | μ-10**4, Пас | v-10**6, м2/с | ß-10**4, К"1 | Рг |
| 0 | 892,5 | 1,549 | 0,1123 | 8,14 | 629,8 | 70:5 | 6,80 | 866 |
| 10 | 886.4 | 1,620 | 0,1115 | 7,83 | 335,5 | 37,9 | 6.85 | 484 |
| 20 | 880,3 | 1,666 | 0,1106 | 7,56 | 198,2 | 22,5 | 6,90 | 298 |
| 30 | 874,2 | 1,729 | 0,1008 | 7,28 | 128,5 | 14.7 | 6.95 | 202 |
| 40 | 868,2 | 1,788 | 0,1090 | 7,03 | 89.4 | 10,3 | 7,00 | 146 |
| 50 | 862,1 | 1,846 | 0,1082 | 6,80 | 65.3 | 7,58 | 7,05 | 111 |
| 60 | 856,0 | 1,905 | 0,1072 | 6,58 | 49,5 | 5,78 | 7,10 | 87,8 |
| 70 | 850,0 | 1,964 | 0,1064 | 6,36 | 38.6 | 4,54 | 7,15 | 71.3 |
| 80 | 843,9 | 2,026 | 0,1056 | 6,17 | 30.8 | 3,66 | 7,20 | 59,3 |
| 90 | 837.8 | 2.085 | 0,1047 | 6,00 | 25,4 | 3,03 | 7,25 | 50,5 |
| 100 | 831,8 | 2,144 | 0,1038 | 5,83 | 21.3 | 2,56 | 7,30 | 43.9 |
| 110 | 825,7 | 2,202 | 0,1030 | 5,67 | 18.1 | 2,20 | 7,35 | 38,8 |
| 120 | 819,6 | 2,261 | 0,1022 | 5,50 | 15.7 | 1,92 | 7,40 | 34,9 |
- cp — удельная массовая теплоемкость, без изменения рабочего давления;
- λ – теплопроводность: общий коэффициент;
- a – температурная проводимость: общий коэффициент;
- μ — динамический коэффициент вязкости;
- ν — кинематический коэффициент вязкости;
- β — объемное расширение: общий коэффициент;
- Pr — критерий Прандтля.
Технические жидкости для обеспечения работы трансформаторных подстанций закупаются в огромных объемах, это достаточно затратно. Каждая партия тестируется перед использованием, и в процессе работы.
Испытание трансформаторного масла на пробой — видео
Ежегодно, техническая жидкость требует масштабной очистки. Этим занимаются специальные службы. А каждые 5-6 лет, требуется регенерация (практически полная замена масла в электроустановке). Процедура недешевая, но без ее выполнения эксплуатация трансформатора станет небезопасной.
В качестве компромисса, широко применяется восстановление свойств. Отработка сдается на нефтехимическое предприятие, где масло приобретает первоначальные свойства. Стоимость добавленных присадок многократно ниже, в сравнение с полной заменой материала.
Второстепенные характеристики трансформаторного масла
Устойчивость масла к окислению – это не что иное, как противодействие старению. Есть две негативные стороны этого явления:
- Связывание молекулами кислорода активных добавок, которые обеспечивают базовые параметры жидкости.
- Отложение продуктов окисления на поверхностях деталей трансформатора: обмотках, проводниках, контактных группах. Это приводит к снижению теплоотвода, с последующим закипанием масла в точках соприкосновения.
- Зольность – наличие посторонних примесей и причина их появления. После промывки нового масла, в его составе остаются химические моющие средства (это касается и регенерации старой жидкости).
Если их не удалить – образуются зольные фракции, которые оседают на рабочих частях трансформаторов и выключателей. Для борьбы с этим явлением, в масло добавляются присадки, нейтрализующие солевые и мыльные отложения.
Температура текучести (застывания) характеризует превращение жидкости в консистентную смазку. Этот показатель (от — 35°C до — 50°C) применим лишь при холодном пуске электроустановки. Работающий трансформатор сам является источником тепла, и поддерживает жидкость в рабочем состоянии.