Трансформаторные масла и другие жидкие диэлектрики применяют для заливки электрических трансформаторов, масляных выключателей, систем циркуляционного охлаждения, других высоковольтных аппаратов, где их используют в качестве изолирующей и теплоотводящей среды, для гашения электрической дуги, возникающей между контактами выключателя, а также в качестве охлаждающего агента. Электрические аппараты работают в условиях повышенной темпера-
| Показатель | Норма по маркам | ||||||
| Масла без присадок | Масла с присадками | ||||||
| Т22 | Т30 | Т46 | Т57 | Тп-22 | Тп-30 | Тп-46 | |
| Кинематическая вязкость, сСт: при 50° С при 40ºС | 20-23 - | 28-32 - | 44-48 - | 55-59 - | 20-23 - | - 41,4-50,6 | - 61,2-74,8 |
| Индекс вязкости, не менее | |||||||
| Кислотное число, мг КОН/г масла, не более | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,05 | 0,07 | 0,5 | 0,5 |
| Число деэмульсации, с, не более | |||||||
| Цвет, ед. ЦНТ, не более | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,5 | 2,5 | 3,5 | 5,5 |
| Температура, °С: вспышки (открытый тигель), не ниже застывания, не выше | -15 | -10 | -10 | - | -15 | -10 | -10 |
| Плотность при 20°С, кг/м 3 , не более | |||||||
| Зольность базового масла, %, не более | 0,005 | 0,005 | 0,010 | 0,020 | - | 0,005 | 0,005 |
| Стабильность против окисления: осадок после окисления, %, не более кислотное число после окисления, мг КОН/г | 0,10 - | 0,10 - | 0,10 - | - - | 0,005 - | 0,01 0,4 | 0,008 1,5 |
| |
туры (70-80 0 С). При электрических разрядах температура еще более повышается, что ускоряет процессы окисления диэлектриков и приводит к образованию нерастворимого осадка (шлама), а во время гашения электрической дуги - к образованию частиц углерода и воды.
Шлам и частицы углерода, отлагаясь на поверхности внутренних элементов электроаппарата, ухудшают теплообмен, нарушают электрическую изоляцию, что может явиться причиной аварии. Появление воды в диэлектрике приводят к понижению его электрической прочности. Присутствие кислот вызывает коррозию металлических частей аппарата и разрушение хлопчатобумажной изоляции.
Таблица 9. Нормы качества трансформаторных масел по
ГОСТ 9972-74* и 3274-72*
| Показатель | Масла нефтяного происхождения марок | Масло синтетическое ОМТИ | ||
| Тп-22С/Тп-22Б | Тп-30 | Тп-46 | ||
| Вязкость кинематическая при 50 0 С, мм 2 /с | 20-23 | 28-32 | 44-48 | 28-29 |
| 0,07/0,02 | 0,03 | 0,05 | 0,04 | |
| Стабильность: массовая доля осадка после окисления, %, не более | 0,005/0,01 | 0,005 | 0,005 | - |
| Кислотное число после окисления, мг КОН на 1 г масла, не более | 0,1/0,35 | 0,6 | 0,7 | - |
| Выход золы, %, не более | 0,005/0,01 | 0,005 | 0,005 | 0,15 |
| Число деэмульсации, мин, не более | 3/5 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
| Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, 0 С, не ниже | 186/180 | |||
| Температура самовоспламенения в воздухе, 0 С, не ниже | - | |||
| -15 | -10 | -10 | -17 |
Примечание. Цифры в обозначении марки означают среднюю кинематическую вязкость масла.
В связи с этими важнейшими требованиями к качеству диэлектрика являются высокая устойчивость (стабильность) против окисления, отсутствие воды и механических примесей, достаточно низкая температура застывания, высокая электрическая прочность и низкие диэлектрические потери.
Диэлектрические потери в диэлектрике обусловлены токами проводимости, возникающими в результате процесса поляризации молекул и ионов под действием переменного электрического поля. Носителями зарядов могут быть ионы, образующиеся вследствие диссоциации молекул, а также более крупные коллоидные частицы. Диэлектрические потери оцениваются тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ. Чем меньше tgδ, тем ниже диэлектрические потери в масле. Значение tgδ для данного диэлектрика зависит от его температуры и растет при нагревании масла. Электрическую прочность и tgδ определяют по ГОСТ 6581-75.
Срок службы диэлектрика в трансформаторах 5-10 лет. В связи с этим к его качеству предъявляют весьма высокие требования.
Трансформаторные масла получают из малосернистых и сернистых нефтей. Из малосернистых нефтей вырабатывают масла двух марок: трансформаторные без присадки и трансформаторные с антиокислительной присадкой ионол. Масла подвергают сернокислотной очистке с последующей нейтрализацией щелочью и иногда с доочисткой отбеливающей землей.
Из сернистых нефтей вырабатывают две марки трансформаторного масла: масло селективной фенольной очистки с антиокислительной присадкой ионол и масло с гидрогенизационной очисткой. Масла с повышенным содержанием ароматических углеводородов имеют большую окислительную и электрическую стойкость, в меньшей степени выделяют газы при воздействии на них электрических разрядов. Полное удаление ароматических углеводородов из масла в процессе очистки ухудшает его антиокислительные свойства, однако, излишнее количество ароматических углеводородов, особенно полициклических, повышает tgδ трансформаторных масел. Поэтому для каждого типа масел устанавливают оптимальное соотношение нафтеновых и ароматических углеводородов. Характеристика основных свойств трансформаторных масел приведена в табл. 9
Таблица 10 Основные свойства жидких и пластичных диэлектриков
| Показатель | Нефтяное масло | Кремний-органическая жидкость ПЭСЖ-Д | Вазелин конденсаторный нефтяной | |
| трансформаторное | для конденсаторов | |||
| Плотность при 20 0 С, кг/м 3 | 880-890 | 900-920 | 990-1000 | 820-840 |
| Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более | 0,01-0,05 | 0,01-0,015 | 0,05-0,07 | 0,03-0,04 |
| Температура застывания, 0 С, не выше | -45 | -45 | -80 | 37-40 |
| Температура вспышки паров, 0 С, не ниже | - | - | ||
| Зольность, %, не более | 0,005 | 0,0015 | - | 0,004 |
| Вязкость при 20 0 С, 10 -6 м 2 /c | 28-30 | 35-40 | 70-80 | - |
| Удельное объемное сопротивление при 20 0 С, Ом · м | 10 12 -10 13 | 10 12 -10 13 | 10 10 -10 12 | 10 12 -10 13 |
| Относительная диэлектрическая проницаемость при 20 0 С | 2,1-2,4 | 2,1-2,3 | 2,6-2,0 | 3,8-4,0 |
| Тангенс угла диэлектрических потерь при 20 0 С и 50 Гц | 0,001-0,003 | 0,003-0,005 | 0,0002-0,003 | 0,0002 |
| Электрическая прочность при 20 0 С и 50 Гц, МВ/м | 15-20 | 20-25 | 18-20 | 20-22 |
Примечание. Трансформаторное масло выпускается четырех марок: ТК, Т -750, T-1500, ПТ.
Все электроизоляционные жидкости (масла) не должны содержать водорастворимых кислот, щелочей и механических примесей.
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. | |||
Характеристики трансформаторного масла.
В связи с тем, что характеристики трансформаторного масла в процессе эксплуатации ухудшаются, его качество приходится периодически проверять. Такие проверки осуществляют обычно один раз в три года, делая сокращенный анализ масла.
Основными характеристиками трансформаторного масла являются:
- Кислотное число , определяет количество едкого калия (в миллиграммах), которое требуется для нейтрализации всех свободных кислот. Кислотное число характеризует степень старения (окисления) трансформаторного масла.
- Реакция водной вытяжки , характеризует наличие в масле нерастворимых кислот и щелочей. В годном для эксплуатации трансформаторе реакция водной вытяжки должна быть нейтральна. Кислоты оказывают разрушительное действие на материалы, из которых изготовлен трансформатор (вызывают коррозию металла трансформатора, разрушают изоляцию его обмоток).
- Температура вспышки масла не должна быть ниже установленных значений во избежание воспламенения масла при повышении температуры, вызванном перегрузкой трансформатора. Для обычных трансформаторных масел значение температуры вспышки лежит в диапазоне 130-150 °С.
- Содержание механических примесей . Примеси появляются в результате растворения красок, лаков и изоляции; в виде угля который образуется при электрической дуге. Механические примеси в масле могут содержаться в виде осадка или в взвешенном состоянии и вызывают перекрытие между изолированными друг от друга элементами, понижают электрическую прочность масла.
- Электрическая прочность определяется пробивным напряжением трансформаторного масла. Пробивное напряжение свежего сухого масла должно быть не ниже 30 кВ. Снижение значения пробивного напряжения говорит о наличии примесей в масле (волокна, воздух, вода и т.д.)
- Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует изоляционные свойства трансформаторного масла (показывает насколько масло хороший диэлектрик). Загрязнение и старение трансформаторного масла в процессе его эксплуатации ведет к повышению диэлектрических потерь в масле.
- Влагосодержание в трансформаторном масле характеризует интенсивность старения изоляции под воздействием значительных температур (т.е. говорит о систематических перегрузках трансформатора), а также свидетельствует о нарушении герметичности трансформатора.
- Вязкость характеризует подвижность масла и должна быть небольшой, для того чтобы масло хорошо циркулировало и отводило тепло.
- Температура застывания масла . При низкой температуре окружающей среды повышается вязкость масла и ухудшается его циркуляция, что приводит к перегреву и ускорению старения изоляции, а также может привести к повреждению подвижных элементов конструкции трансформатора (РПН, масляный насос). По нормам температура застывания масла трансформаторов должна быть не выше – 45° С.
- Цвет . Свежее масло имеет обычно светло-желтый цвет. В процессе эксплуатации масло темнеет и приобретает темно-коричневую окраску. Изменение цвета масла происходит под влиянием его нагрева и загрязнения смолами и осадками.
Кроме перечисленных существуют и другие характеристики трансформаторных масел: плотность, газосодержание, стабильность, температура самовоспламенения и т.д.
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.
При установившемся режиме и естественном охлаждении трансформатора температура масла в каждой горизонтальной плоскости имеет неизменное значение (рис. 8-1).
Рис. 8-1. Температура масла по высоте бака трансформатора [Л. 8-1].
При этом следует заметить, что только в граничных слоях масла (толщиной около 3 мм), непосредственно омывающих поверхность катушек и бака, происходят колебания температуры. Для того чтобы обеспечить достаточную продолжительность жизни изоляции трансформатора, важно быстрее снижать температуру, т. е. более интенсивно отводить тепло от нагретого провода [Л. 8-1].
Величина коэффициента теплопередачи, помимо других переменных, определяется физическими свойствами теплоносителя: плотностью, теплоемкостью, теплопроводностью и вязкостью [Л. 8-2, 8-3].
Плотность товарных трансформаторных масел обычно варьирует в довольно узких пределах: 0,860-0,900.
С достаточной для многих практических задач точностью температурная зависимость плотности определяется приближенно по уравнению
https://pandia.ru/text/80/153/images/image291.gif" width="26" height="24"> - плотность при температуре 20° С; t - температура, для которой вычисляется плотность; α - температурная поправка плотности на 1°С (табл. 8-1).
Таблица 8-1. Средние температурные поправки плотности нефтяных масел [Л. 8-4].
Теплоемкость и теплопроводность трансформаторных масел зависят от температуры и связаны с плотностью масла.
На рис. 8-2 и 8-3 приведены соответствующие соотношения, заимствованные из [Л. 8-5].
Рис. 8-2. Коэффициент теплопроводности трансформаторных масел различной плотности в зависимости от температуры [Л. 8-5] .
Для определения коэффициента теплопроводности трансформаторных масел в интервале температур от 0 до +120° С можно пользоваться номограммами [Л. 8-6]; в необходимых случаях этот параметр определяют экспериментально [Л. 8-7].
Рис. 8-3. Удельная теплоемкость трансформаторных масел различной плотности в зависимости от температуры [Л..jpg" width="347" height="274">
Рис. 8-4. Практические коэффициенты теплоотдачи теплообменных аппаратов в зависимости от скорости потока и вязкости теплоносителя [Л. 8-9]. 1 - скорость потока 1,2 м/сек; 2 - то же 0,3 м/сек.
Вязкость чистых углеводородов изменяется в широких пределах в зависимости от величины и структуры молекулы. Различают динамическую вязкость η, выраженную обычно в сантипуазах (1 спз 10-3 кГ/мсек ), которая применяется для выражения абсолютных сил, действующих между слоями жидкости, и кинематическую вязкость. Последняя представляет собой отношение динамической вязкости жидкости при данной температуре к ее плотности при той же температуре: νк = η/ρ. Пользование νк весьма удобно при исследовании движения вязких жидкостей.
Увеличение молекулярного веса парафиновых углеводородов приводит к повышению вязкости. Для ароматических углеводородов с повышением длины боковой цепи вязкость увеличивается примерно по параболическому закону (относительно числа атомов углерода в боковых цепях) (рис. 8-5).
Рис. 8-5. Зависимости между вязкостью и длиной боковой цепи для алкилбензолов (пунктирная линия) и β-алкилнафталинов (сплошная линия) [Л. 8-10].
Наличие циклов в молекулах углеводородов приводит к повышению их вязкости. Чем сложнее строение кольца, тем больше вяз-Гость при данном молекулярном весе. Вязкость алкилзамещенных ароматических углеводородов возрастает с увеличением числа боковых цепей. [Л. 8-10. 8-13].
Установлена функциональная зависимость между параметрами, определяющими вязкостные свойства масла, и его углеводородным составом, которая подтверждена экспериментально на примере большого числа образцов масла. Указывается, что, используя такую зависимость, можно на основании данных структурно-группового анализа масла вычислить значения его вязкости при любой температуре, превышающей температуру застывания масла [Л. 8-14].
Исследования, проведенные с различными масляными дистиллятами отечественных нефтей [Л. 8-15], показывают, что наилучшими вязкостно-температурными характеристиками обладают фракции масел, содержащие нафтеновые и парафиновые углеводороды. Удаление парафиновой части из таких фракций приводит обычно к возрастанию уровня вязкости и улучшению низкотемпературных свойств масел.
Для ароматической фракции масла характерно улучшение вязкостно-температурных свойств при увеличении содержания углеводородов с большим количеством атомов углерода в цепях.
Приведенные данные свидетельствуют, что структура углеводородов определяет не только абсолютное значение вязкости их, но также и характер температурной зависимости вязкости. Эта характеристика имеет большое значение при применении масел в трансформаторах, устройствах для переключения под нагрузкой, а также в масляных выключателях.
Весьма важно, чтобы в условиях низких температур вязкость трансформаторного масла была как можно меньше; иными словами, кривая, характеризующая температурную зависимость вязкости масла, должна быть достаточно пологой. В противном случае при высокой вязкости масла в охлажденном трансформаторе будет затруднен отвод тепла от его обмоток в начальный период после включения, что приведет к их перегреву. В переключающих устройствах трансформаторов и масляных выключателях увеличение вязкости масла создает препятствие для перемещения подвижных частей аппаратуры, что влечет за собой нарушение нормальной работы. В связи с этим в некоторых стандартах на трансформаторное масло нормируется вязкость при температуре -30° С. Изменение вязкости трансформаторного масла в зависимости от температуры хорошо описывается уравнением Вальтера [Л. 8-16].
где ν - кинематическая вязкость, сст; Т - температура, °К; р и m - постоянные величины.
На основании этой формулы построена специальная номограмма, с помощью которой, зная вязкость масла при двух определенных температурах, можно приближенно установить вязкость его при любой заданной температуре [Л. 8-17]. В области высоких значений вязкости (т. е. при низких отрицательных температурах) номограммой можно пользоваться лишь до тех пор, пока масло остается ньютоновской жидкостью и не имеет места аномалия вязкости. При температуре ниже минус 20° С иногда наблюдаются отклонения значений вязкости от прямой на номограмме. Для большинства трансформаторных масел предел пользования номограммой соответствует вязкости примерно 1 000-1 500 сст. Другим недостатком номограмм такого рода является то, что двойное логарифмирование приводит к сглаживанию вязкостно-температурной зависимости и наклоны соответствующих прямых для различных масел мало различаются.
В некоторых случаях используют так называемую шкалу Ф [Л. 8-18]. При построении этой шкалы на ось абсцисс наносят температуру в равномерном масштабе. На ось ординат наносят шкалу вязкости таким образом, чтобы для данного трансформаторного масла, принятого за эталон, температурная зависимость вязкости характеризовалась прямой линией. Тогда для других трансформаторных масел зависимость вязкости от температуры также будет изображаться прямой линией. Это позволяет производить интерполяцию и экстраполяцию значений вязкости любого трансформаторного масла по двум опытным точкам (рис. 8-6).
Рис. 8-6. Шкала Ф для интерполяции и экстраполяции вязкости трансформаторных масел при различных температурах по двум опытным точкам; при построении шкалы в качестве эталона попользована опытная зависимость v=f(t) для товарного масла из бакинских нефтей.