Введение

Любой инженер-энергетик не понаслышке знает, что такое трансформатор, и как он устроен. Что же нужно для надежной работы трансформатора? Одним из критериев является трансформаторное масло. Данная работа поможет больше узнать про трансформаторное масло. Она расскажет не только о самом масле, но и о методах его сушки, а также о технических требованиях при эксплуатации.

Трансформаторное масло

Физические показатели

Плотность трансформаторных масел колеблется в пределах 800-890 кг/м 3 и зависит от его химического состава. Чем больше в масле полициклических ароматических и нафтеновых углеводородов, тем выше его плотность. Молекулярная масса трансформаторных масел колеблется в пределах 230-330 и зависит от их фракционного и химического состава. При близком фракционном составе чем больше в масле ароматических углеводородов, тем меньше молекулярная масса и плотность, то есть по мере углубления очистки масла снижается плотность и увеличивается его молекулярная масса.

Молекулярная масса масел определяется эбуллиоскопическим или криоскопическим методами. Оба метода основаны на законах о разбавленных растворах: первый на измерении повышения температуры кипения чистого растворителя, а второй на измерении понижения температуры кристаллизации чистого растворителя. Поскольку полициклические ароматические и нафтеноароматические углеводороды склонны к ассоциации, молекулярную массу определяют при разной концентрации масла в растворителе и истинную молекулярную массу рассчитывают экстраполяцией к нулевой концентрации.

Показатель преломления характеризует изменение скорости света при переходе из одной среды в другую и измеряется отношением синуса угла падения света к синусу угла его преломления. Показатель преломления зависит от длины волны света и температуры и при заданных значениях этих параметров является характеристикой вещества. Подобно плотности значение показателя преломления снижается при углублении очистки. При близких фракционном составе и вязкости масел показатель преломления удовлетворительно характеризует содержание ароматических углеводородов.

Вязкость характеризует свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой (рисунок 1).

Обычно пользуются понятием кинематической вязкости, представляющей собой отношение динамической вязкости к плотности; за единицу ее принимают в системе СИ 1 м 2 /с.

Вязкость иногда выражают в других единицах - градусах Энглера. За рубежом пользуются градусами Сейболта и Редвуда.

В практике часто важно знать вязкость масла при низких температурах, экспериментальное определение которой сложно. С этой целью определяют вязкость при двух положительных температурах, соединяют значения их прямой на номограмме и экстраполируют до искомой температуры (рисунок 1).

Рисунок 1

Следует учитывать, что номограмма построена исходя из предположения, что в принятом интервале температур масло проявляет себя как ньютоновская жидкость.

При температурах, близких к температуре застывания, проявляется аномалия вязкости. Пользоваться номограммой можно до температур на 10-15 °С выше температуры застывания.

На практике широкое применение нашел индекс вязкости по Дину и Девису. Эти авторы предложили сравнивать вязкость испытуемого масла с вязкостью масляных дистиллятов, полученных из американских нефтей Пенсильванского и Мексиканского заливов. Индекс вязкости первого масла принимается за 100, а второго за 0.

Все масла при 98,9 °С должны иметь одинаковую вязкость.

Плотность, показатель преломления и вязкость масел находятся в зависимости от химического и в первую очередь углеводородного состава масел при близком фракционном составе.

Температура вспышки трансформаторных масел определяется в закрытом тигле в аппарате Мартене--Пенского.

Температурой вспышки называется температура, при которой шары масла, нагреваемого в стандартных условиях, вспыхивают при поднесении к ним пламени.

Температура вспышки для обычных товарных масел колеблется в пределах 130--170, а для арктического масла--от 90 до 115 °С и зависит от фракционного состава, наличия относительно низкокипящих фракций и в меньшей степени от химического состава.

Температуры вспышки масел находятся в зависимости от упругости их насыщенных паров. Чем ниже упругость паров, чем выше температура вспышки, тем лучше можно дегазировать и осушать масло перед заливом в высоковольтное оборудование. Минимальная температура вспышки масел регламентируется не столько по противопожарным соображениям, сколько с точки зрения возможности глубокой их дегазации.

В отношении пожарной безопасности большую роль играет температура самовоспламенения; это температура, при которой масло при наличии воздуха загорается самопроизвольно без поднесения пламени. У трансформаторных масел эта температура около 350--400 °С.

У отечественных трансформаторных масел упругость насыщенных паров при 60 °С колеблется от 8 до 0,4 Па. У зарубежных масел, как правило, упругость паров ниже и составляет от 1,3 до 0,07 Па.

Объемный вес масла для трансформаторов не является фиксированной паспортной величиной. Понятно, что данное масло, как и любая другая жидкость, при ее помещении в различные сосуды будет иметь разный объем. Поэтому поговорим о характеристике паспортной, такой как объемный вес трансформаторного масла.

Определение объемного веса

Начнем с определения. Объемный вес масла – это отношение его веса при температуре +20 ºС к весу воды, занимающей тот же объем, но уже при температуре +4 ºС.

Показатели нормы объемного веса масла для трансформаторов

Данный показатель не является нормированным. При температуре +20 ºС для трансформаторного масла он равен 0,856-0,886. Если производить нагревание, то значение объемного веса будет уменьшаться, а при охлаждении – наоборот увеличиваться.

Коэффициент изменения

Чтобы осуществить определение объемного веса масла при температуре, которая отличается от +20 ºС, нужно при ее повышении отнять, а при понижении добавить коэффициент изменения объемного веса на каждый градус. Обычно для электроизоляционных масел численное значение этого показателя составляет 0,0007 на 1 ºС.

ГОСТ

Можно для определения объемного веса также использовать специальную методику, изложенную в ГОСТ-3900-47. Там же приводится таблица, в которой размещены поправки на температуру, не равную +20 ºС.

Приборы для определения объемного веса трансформаторного масла

На практике наиболее простым способом определения объемного веса является использование прибора ареометра (нефтеденсиметра). Порцию испытуемого масла набирают в стеклянный цилиндр, а потом туда помещают и ареометр. Отсчет ведется по верхнему краю мениска.

Влияние температур

Если температуру масла изменить на +100 ºС, например, от -35 ºС до +65 ºС, то его объем изменится приблизительно на 7%. Учитывая тот факт, что при эксплуатации температура может меняться в более широких пределах, объем расширителя нужно подбирать на уровне 9-10% объема масла.

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.

(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.  

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.  

Трансформаторное масло – это продукт, получаемый из нефти. Он используется в качестве электроизоляционного материала, теплоотводящей и дугогасящей среды, а также среды, защищающей твердую изоляцию от попадания воздуха и влаги. Как видим, перечень выполняемых задач достаточно широк, что выдвигает к свойствам трансформаторных масел определенные требования. В этой статье хотелось бы поговорить о том, что такое вязкость трансформаторного масла.

Среди прочих свойств электроизоляционных масел, вязкость является, пожалуй, одной из самых важных. Свежее масло, которое только заливается в трансформатор, должно иметь как можно меньшую вязкость. Это будет способствовать улучшению отведения тепла от обмоток.

Подобная ситуация наблюдается и в масляных выключателях. Их масло должно обладать большой подвижностью и малой вязкостью для того, чтобы сопротивление, оказываемое передвижным частям, было минимальным. Современные выключатели выдвигают новые требования к вязкости масел и зависимости ее повышения от понижения температуры.

Что такое вязкость масла?

Вязкость – одно из важнейших свойств трансформаторных масел, что связано с большим его влиянием на процессы теплообмена, протекающие в маслонаполненном оборудовании.

При выполнении инженерных расчетов используются понятия удельной, кинематической и динамической вязкости. Как и во многих случаях, при выборе масла для электротехнического оборудования приходится идти на компромисс. Все дело в том, что материал с высокой вязкостью хорошо влияет на электроизоляционные свойства, а низкая вязкость снижает охлаждающую способность. Поэтому на практике выбирается оптимальный вариант, который в состоянии обеспечить хорошее выполнение как первой, так и второй функции.

Поскольку условия работы силовых трансформаторов достаточно тяжелые и могут характеризоваться повышенными температурами, стоит учитывать изменение вязкости при нагревании. Повышение температуры приводит к уменьшению вязкости и наоборот.

Обычно в справочной литературе можно найти несколько значений вязкости трансформаторного масла, указанных для определенной температуры. Применяя известные математические методы (интерполяцию, экстраполяцию и т.п.) несложно найти значение вязкости при интересующей температуре, даже если она не указана в справочнике. Например, среднее значение кинематической вязкости для трансформаторного масла составляет (28‑30)∙10 -6 м 2 /с.

Условная и кинематическая вязкость трансформаторного масла

Такой параметр, как условная вязкость , определяют с помощью специального прибора – вискозиметра Энглера, по методике, изложенной в ГОСТ 6558-52. При этом смотрят на так называемое водное число вискозиметра: т.е. истечение 200 см дистиллированной воды при 20 ºС. Оно не должно быть меньше 50 и больше 52.

Кинематическую вязкость определяют с помощью капиллярного вискозиметра (вискозиметра Пинкевича), который имеет вид трубки У-образной формы. Методика измерений изложена в ГОСТ 33-82.

На практике при выборе вязкости масел необходимо искать компромисс, так как с одной стороны высокое ее значение хорошо влияет на электроизоляционные свойства, но ухудшает охлаждающую способность и увеличивает сопротивление движущимся частям механизмов. Малая вязкость оказывает противоположное влияние.

Как правило, разные сорта трансформаторных масел имеют и различную вязкость. Этот показатель существенно зависит от температуры (если масло нагревать, то его вязкость уменьшается), поэтому в справочной литературе в большинстве случаев указывают несколько значений этого показателя при разных температурах.

Например, при положительных рабочих температурах от 50 ºС до 90 ºС вязкость масел различного происхождения может отличаться примерно в два раза. Для различных масел при положительной температуре температурный градиент вязкости не превышает 1 мм 2 /с на 1 ºС.

В случае отрицательных температур вязкость разных сортов масел может возрастать очень неравномерно. Посудите сами: в интервале -20 ºС … -30 ºС температурный градиент вязкости составляет 60-70, -30 ºС … -40 ºС – 90-370, -40 ºС … -50 ºС – 800-6000, а в интервале -50 ºС … -60 ºС может достигать 50000 мм 2 /с на 1 ºС и выше.

Если изменение вязкости трансформаторных масел происходит в области низких температур, то в этом случае нужно учитывать такое явление, как аномалия вязкости. Также скидку на высокие значения вязкости нужно делать в том случае, если вводится в эксплуатацию мощный трансформатор с циркуляционным охлаждением. В таких аппаратах на протяжении длительного времени масло находится под воздействием низких температур.

В устройствах типа масляных выключателей или контакторов для регулирования напряжения под нагрузкой трансформаторов работоспособность также напрямую зависит от вязкости.

Измерение вязкости трансформаторных масел

Определение условной вязкости трансформаторных масел осуществляется при помощи специальных приборов – вискозиметров Энглера. Они состоят из латунного и металлического сосудов, калиброванной трубки, пробки и указательных штифтов.

Вязкость масла в градусах Энглера – это время, необходимое для истечения 200 миллилитров масла, нагретого до температуры 50ºС, деленное на время истечения такого же объема дистиллированной воды, но уже при температуре 20ºС.

Для нахождения динамической и кинематической вязкости используются специальные эмпирические формулы, которые учитывают силу, действующую на твердый шарик в масле, его радиус, скорость движения, радиус и высоту сосуда. Кинематическую вязкость получают путем деления известной динамической вязкости на плотность трансформаторного масла.

Кроме приборов Энглера для измерения условной вязкости могут также использоваться и другие вискозиметры: ротационные, шариковые, электроротационные, капиллярные и пластовискоизиметры.

Для сохранения оптимального численного значения вязкости трансформаторного масла на протяжении всего срока его эксплуатации необходимо использовать специальное оборудование. Все дело в том, что в ходе работы силовых трансформаторов на масла действует ряд неблагоприятных факторов: солнечный свет, высокие температуры, кислород воздуха, механические примеси и т.д. Совокупность этих факторов приводит к ухудшению эксплуатационных параметров масел и их отклонению от нормированных значений. В первую очередь речь идет о пробивном напряжении, кислотном числе, тенгенсе угла диэлектрических потерь, температуре вспышки. Не является исключением и вязкость.

Поэтому для сохранения всех эксплуатационных параметров трансформаторного масла на уровне нормированных значений необходимо выполнение определенных мероприятий: очистки, сушки и регенерации.

Компания GlobeСore предлагает широкий выбор оборудования, предназначенного для работы с трансформаторными маслами. Применение технологий GlobeCore позволяет не только поддерживать параметры трансформаторных масел на должном уровне, но и восстанавливать их в случае ухудшения.

Установки очистки, осушки и регенерации трансформаторных масел от компании GlobeCore – это энергоэффективное и экологичное решение проблемы поддержания и ухудшения качественных характеристик трансформаторных масел! Для обеспечения надежной работы Вашего маслонаполненного оборудования достаточно просто с специалистами нашей компании и с их помощью выбрать установку необходимой производительности.