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.
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.
Трансформаторные масла
Трансформаторные масла применяют для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей. В последних аппаратах масла выполняют функции дугогасящей среды.
Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в маслах должны полностью отсутствовать. Низкая температура застывания масел (-45 °С и ниже) необходима для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150 °С для разных марок.
Наиболее важное свойство трансформаторных масел - стабильность против окисления, т. е. способность масла сохранять параметры при длительной работе. В России все сорта применяемых трансформаторных масел ингибированы антиокислительной присадкой - 2,6-дитретичным бутилпаракрезолом (известным также под названиями ионол, агидол-1 и др.). Эффективность присадки основана на ее способности взаимодействовать с активными пероксидными радикалами, которые образуются при цепной реакции окисления углеводородов и являются основными ее носителями. Трансформаторные масла, ингибированные ионолом, окисляются, как правило, с ярко выраженным индукционным периодом.
В первый период масла, восприимчивые к присадкам, окисляются крайне медленно, так как все зарождающиеся в объеме масла цепи окисления обрываются ингибитором окисления. После истощения присадки масло окисляется со скоростью, близкой к скорости окисления базового масла. Действие присадки тем эффективнее, чем длительнее индукционный период окисления масла, и эта эффективность зависит от углеводородного состава масла и наличия примесей неуглеводородных соединений, промотирующих окисление масла (азотистых оснований, нафтеновых кислот, кислородсодержащих продуктов окисления масла).
На рисунке показана зависимость длительности индукционного периода окисления трансформаторного масла при одной и той же концентрации присадки от содержания в нем ароматических углеводородов. Окисление проводилось в аппарате, регистрирующем количество поглощаемого маслом кислорода при 130 °С в присутствии катализатора (медной проволоки) в количестве 1 см 2 поверхности на 1 г масла с окисляющим газом (кислородом) в статических условиях. Происходящее при очистке нефтяных дистиллятов снижение содержания ароматических углеводородов, как и удаление неуглеводородных включений, повышает стабильность ингибированного ионолом трансформаторного масла.
Международная электротехническая комиссия разработала стандарт (Публикация 296) "Спецификация на свежие нефтяные изоляционные масла для трансформаторов и выключателей". Стандарт предусматривает три класса трансформаторных масел:
I - для южных районов (с температурой застывания не выше -30 °С), II - для северных районов (с температурой застывания не выше -45 °С) и III - для арктических районов (с температурой застывания -60 °С). Буква А в обозначении класса указывает на то, что масло содержит ингибитор окисления, отсутствие буквы означает, что масло не ингибировано.
В таблице приведены заимствованные из стандарта МЭК 296 требования к маслам классов II, II А, III, III А. Масла классов I и IA в России не производят и не применяют.
Требования Международной электротехнической комиссии к трансформаторным маслам классов II, НА, III, IIIA
| Показатели | Метод испытаний | Требования к классам | |
| II и IIA | III и IIIA | ||
| Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре: 40°С | ISO 3104 | 11,0 | 3,5 |
| -30 °С | 1800 | - | |
| -40 °С | - | 150 | |
| Температура, °С: вспышки в открытом тигле, не ниже | ISO 2719 | 130 | 95 |
| застывания, не выше | ISO 3016 | -45 | -60 |
| Внешний вид | Определяется визуально в проходящем свете при комнатной температуре и толщине 10 см | Прозрачная жидкость, не содержащая осадка и взвешенных частиц | |
| Плотность, кг/дм3 | ISO 3675 | <=0,895 | |
| Поверхностное натяжение, Н/м, при 25 °С | ISO 6295 | См.прим.1 | |
| Кислотное число, мг КОН/г | Поп.7.7 МЭК 296 | <=0,03 | |
| Коррозионная сера | ISO 5662 | Не коррозионно | |
| Содержание воды, мг/кг | МЭК 733 | См. прим. 2 | |
| Содержание антиокислительных присадок | МЭК 666 | Для классов II и III - отсутствие, для классов IIА и IIIA - см. прим. 3 | |
| Окислительная стабильность: кислотное число, мг КОН/г | МЭК 1125А для классов II и III; | <= 4 | |
| массовая доля осадка, % | МЭК 1125 В для классов IIА и IIIA | <= 0,1См.прим.4 | |
| Пробивное напряжение, кВ: в состоянии поставки | МЭК 156 | >= 30 | |
| после обработки | >= 50 * | ||
| Тангес угла диэлектрических потерь при 90 °С и 40-60 Гц | МЭК 247 | <= 0,005 | |
| * Результат показывает, что загрязнения могут быть легко удалены обычными средствами обработки. | |||
| Примечания.1. Спецификация не нормирует этот показатель, хотя некоторые национальные стандарты включают требование не менее 40-Ю"3 Н/м. 2. Спецификация не нормирует этот показатель, хотя в некоторых странах существуют нормы 30 мг/кг при отгрузке партией и 40 мг/кг при отгрузке в бочках. 3. Тип и содержание антиокислителя согласовываются между поставщиком и потребителем. 4. Спецификация не нормирует этот показатель. Известно, что хорошие масла имеют индукционный пеоиод более 120 ч. | |||
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.
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.