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 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.
Трансформаторное масло представляет собой очищенную фракцию нефти, то есть является минеральным маслом. Его получают посредством перегонки нефти, где данная фракция кипит при 300 - 400°С. В зависимости от сорта исходного сырья свойства трансформаторных масел получаются различными. Масло отличается сложным углеводородным составом, где средний вес молекул варьируется от 220 до 340 а.е.м. В таблице приведены основные компоненты и их процент в составе трансформаторного масла.
Свойства трансформаторного масла, как электрического изолятора, определяются главным образом значением . Поэтому наличие воды и волокон в масле полностью исключается, поскольку любые механические примеси ухудшают данный показатель.
Температура застывания трансформаторного масла - от -45°С и ниже, это важно для обеспечения его подвижности в низкотемпературных условиях эксплуатации. Эффективному отводу тепла способствует наиболее низкая вязкость масла даже при температурах от 90 до 150°С в случае вспышек. Для разных марок масел эта температура может быть 150°С, 135°С, 125°С, 90°С, не ниже.
Крайне важным свойством трансформаторных масел является их стабильность в условиях окисления, трансформаторное масло должно сохранять требуемые параметры на длительный период работы.
Что касается конкретно РФ, то здесь все сорта трансформаторных масел, применяемых на промышленном оборудовании, обязательно ингибированы антиокислительной присадкой - ионолом (2,6-дитретичный бутилпаракрезол, известный еще как агидол-1). Присадка взаимодействует с активными пероксидными радикалами, возникающими в цепи окислительной реакции углеводородов. Так, ингибированные трансформаторные масла имеют при окислении ярко выраженный индукционный период.
Сначала восприимчивые к присадкам масла окисляются медленно, поскольку возникающие цепи окисления прерываются ингибитором. Когда присадка истощена, масло окисляется с обычной скоростью, как без присадки. Чем больше индукционный период окисления масла, тем выше и эффективность присадки.
Немало эффективность присадки связана и с углеводородным составом масла, и с наличием примесей неуглеводородного рода, способствующих окислению, коими могут выступать азотистые основания, нефтеновые кислоты и кислородосодержащие продукты окисления масла.
Когда нефтяной дистиллят очищают, содержание ароматических углеводородов снижается, устраняются неуглеводородные включения, и в итоге стабильность ингибированного ионолом трансформаторного масла повышается. Между тем, существует международный стандарт «Спецификация на свежие нефтяные изоляционные масла для трансформаторов и выключателей».
Трансформаторное масло обладает горючестью, оно биоразлагаемо, почти не обладает токсичностью и не вредит озоновому слою. Плотность трансформаторного масла лежит в пределах от 840 до 890 килограмм на кубометр. Одно из важнейших свойств - вязкость. Чем выше вязкость, тем выше электрическая прочность. Вместе с тем, для нормальной работы в и в выключателях, масло не должно быть очень вязким, иначе охлаждение трансформаторов не будет эффективным, а выключатель не сможет быстро разорвать дугу.
Здесь нужен компромисс относительно вязкости. Обычно кинематическая вязкость при температуре 20°С, у большинства трансформаторных масел лежит в диапазоне от 28 до 30 мм2/с.
Прежде чем заполнить маслом аппарат, масло очищают при помощи глубокой термовакуумной обработки. Согласно действующему руководящему документу "Объем и нормы испытаний электрооборудования" (РД 34.45-51.300-97), концентрация воздуха в трансформаторном масле, заливаемом в трансформаторы с азотной или пленочной защитой, в герметичные измерительные трансформаторы и в герметичные вводы, не должна быть выше 0,5 (определяется методом газовой хроматографии), а максимальное содержание воды - 0,001% массы.
Для силовых трансформаторов без пленочной защиты и для негерметичных вводов допустимо содержание воды не более 0,0025% массы. Что касается содержания механических примесей, определяющего класс чистоты масла, то оно не должно быть для оборудования напряжением до 220кВ хуже 11-го, а для оборудования напряжением выше 220 кВ - не хуже 9-го. Пробивное напряжение, в зависимости от рабочего напряжения, приведено в таблице.
Когда масло залито, то пробивное напряжение на 5 кВ ниже, чем у масла до заливки в оборудование. Допустимо снижение класса чистоты на 1 и увеличение процента воздуха на 0,5%.
Условия окисления (метод определения стабильности - по ГОСТу 981-75)
Температура застывания масла определяется при испытаниях, когда пробирку с загустевшим маслом наклоняют на 45°, и масло остается на том же уровне в течение минуты. Для свежих масел эта температура не должна быть ниже -45°С.
Данный параметр имеет ключевое значение для . Тем не менее, в разных климатических зонах требования к температуре застывания различны. Например, в южных регионах допускается применять трансформаторное масло с температурой застывания -35°С.
В зависимости от условий эксплуатации оборудования, нормативы могут варьироваться, возможны в некоторых пределах отступления. Так, например, арктические сорта трансформаторного масла не должны застывать при температуре выше -60°С, а температура вспышки снижается до -100°С (температура вспышки - температура, при которой нагретое масло производит пары, становящиеся легко воспламеняемыми при перемешивании с воздухом).
Вообще, температура вспышки не должна быть ниже 135°С. Также важны такие характеристики, как температура воспламенения (масло воспламеняется и горит при ней в течение 5 и более секунд) и температура самовоспламенения (при температуре 350-400°С масло воспламеняется даже в закрытом тигле при наличии воздуха).
Трансформаторное масло обладает теплопроводностью от 0,09 до 0,14 Вт/(м×К), и она снижается с ростом температуры. Теплоемкость же с ростом температуры возрастает, и может быть от 1.5 кДж/(кГ×К) до 2.5 кДж/(кГ×К).
С коэффициентом теплового расширения связаны нормативы по размерам расширительного бака, и данный коэффициент находится в районе 0,00065 1/К. Удельное сопротивление трансформаторного масла при 90°С и в условиях напряженности электрического поля 0.5 МВ/м в любом случае не должно быть выше 50 Гом*м.
Равно как и вязкость, удельное сопротивление масла с ростом температуры снижается. Диэлектрическая проницаемость - в пределах от 2,1 до 2,4. Тангенс угла диэлектрических потерь, как было сказано выше, связан с наличием примесей, так для чистого масла он не превышает 0,02 при 90°С в условиях частоты поля 50 Гц, а в окисленном масле может превышать 0.2.
Электрическую прочность масла измеряют во время испытаний на пробой 2,5 мм разрядника с диаметром электродов 25,4 мм. Результат не должен быть ниже 70 кВ, и тогда электрическая прочность составит не менее 280 кВ/см.
Несмотря на принятые меры, трансформаторное масло может поглощать газы, и растворять в себе значительное их количество. В обычных условиях в одном кубическом сантиметре масла легко растворится 0,16 миллилитров кислорода, 0,086 миллилитров азота и 1,2 миллилитра углекислоты. Очевидно, кислород начнет окислять мало. Если газы наоборот выделяются, это признак появления дефекта обмотки. Так, по наличию растворенных в трансформаторном масле газов, посредством хроматографического анализа выявляют дефекты трансформаторов.
Сроки службы трансформаторов и масла не связаны напрямую. Если трансформатор способен работать безотказно лет 15, то масло каждый год желательно очищать, а через 5 лет - регенерировать. Однако, для предотвращения быстрого истощения ресурса масла предусмотрены вполне определенные меры, принятие которых значительно продлит срок службы трансформаторного масла:
Установка расширителей с фильтрами для поглощения воды и кислорода, а также выделяемых из масла газов;
Избегание рабочего перегрева масла;
Периодические чистки;
Непрерывная фильтрация масла;
Введение антиокислителей.
Высокие температуры, реакции масла с проводниками и диэлектриками, - все это способствует окислению, которое и призвана предотвращать антиокислительная присадка, о которой упоминалось в начале. Но регулярная очистка все равно требуется. Качественная очистка масла возвращает его в пригодное для использования состояние.
Что же может послужить поводом для изъятия из эксплуатации трансформаторного масла? Это могут быть загрязнения масла постоянными веществами, наличие которых не привело к глубоким изменениям в масле, и тогда достаточно провести механическую очистку. Вообще, существует несколько методов очистки: механический, теплофизический (перегонка) и физико-химический (адсорбция, коагуляция).
Если произошла авария, резко снизилось пробивное напряжение, появился нагар, или хроматографический анализ выявил неполадки, трансформаторное масло очищают прямо в трансформаторе или в выключателе, просто отключив аппарат от сети.
При регенерации отработанного трансформаторного масла получают до 3 фракций базовых масел для приготовления других товарных масел, таких как моторные, гидравлические, трансмиссионные масла, смазочно-охлаждающие жидкости и пластичные смазки. В среднем после регенерации получается 70-85% масла, в зависимости от применяемого технологического способа. Химическая регенерация является при этом более дорогостоящей. При регенерации трансформаторного масла возможно получить до 90% базового масла идентичного по качеству свежему.
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.
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.