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.
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.
| Пересчитать, узнать объемный вес: физические свойства. | Величины. | Количество кг в 1 литре, кг/литр. | Для расчетов использовались справочные данные из: | Теперь вы можете узнать сколько весит при помощи такого инструмента, как: | Погрешность измерений. | - |
| Сколько кг вес 1 литра трансформаторного масла - литровая банка. | Используем справочные данные по плотности и удельному весу, рассчитывая по формуле получаем объемный вес. | 0.89 - 0.90 | Справочник физических свойств, ГОСТ, ТУ. | Литровая банка. | до 5% | - |
Достаточно часто на практике мы сталкиваемся с ситуациями, когда нам нужно узнать какой вес 1 литра трансформаторного масла. Обычно, такая информация используется для пересчетов массы на другие объемы, для тех емкостей, литраж которых известен заранее: банки (0.5, 1, 2, 3 л), бутылки (250 мм, 0.5 мл, 0.75, 1, 1.5, 2, 5 л), стаканы (200 мл, 250 мл), канистры (5, 10, 15, 20, 25 л), фляжки (0.25, 0.5, 0.75, 0.8, 1л) ведра (3, 5, 7, 8, 10, 12, 15, 18, 20, 25, 30 л), фляги и бидоны (3, 5, 10, 22, 25, 30, 40, 45, 50, 51, 200 л), бочки (30, 50, 60, 65, 75, 127, 160, 200, 205, 227, 900 л), баки, баллоны, цистерны (0.8 м3, 25.2, 26, 28.9, 30.24, 32.68, 32.7, 38.5, 38.7, 40, 44.54, 44.8, 46, 46.11, 46.86, 50, 54, 54.4, 54.07, 55.2, 61, 61.17, 62.39, 63.7, 65.2, 73, 73.1, 73.17, 75.5, 62.36, 88.6 м3, 99.2, 101.57, 140, 159, 161.5 м3). В принципе, даже кастрюли и котелки можно оценить по массе, если известно, сколько весит один литр трансформаторного масла. Для бытового применения и каких-то самостоятельных работ, вопрос может задаваться иначе, когда спрашивают не вес 1 литра трансформаторного масла, а сколько весит литровая банка (баночка). Обычно интересует, сколько грамм или килограмм в литровой банке. Найти такие данные: сколько весит, в интернете не так просто, как кажется. Дело в том, что общепринятый формат подачи материала в любых справочниках, таблицах, ТУ и ГОСТе, сводится к приведению только плотности и удельного веса трансформаторного масла. При этом указанными единицами измерения являются один м3, куб, кубометр или кубический метр. Реже 1 см3. А нас интересует, сколько весит литровый объем. Что приводит к необходимости дополнительного пересчета кубических метров (м3) в литры. Это неудобно, хотя и возможно сделать правильный пересчет кубов в количество литров самостоятельно. Пользуясь соотношением: 1 м3 = 1000 л. Для удобства посетителей сайта, мы самостоятельно сделали перерасчеты и указали, сколько весит один литр трансформаторного масла в таблице 1. Зная вес 1 литра трансформаторного масла, вы не только определяете массу литровой банки, но и легко можете рассчитать, сколько весит любая другая емкость, для которой известен литраж. При этом, нужно понимать нежелательность и невозможность точных оценок сделанных на основании подобных пересчетов для больших емкостей со значительным объемом литража. Дело в том, что при таких методиках расчета возникает большая погрешность, приемлемая только в смысле приблизительной оценки массы. Поэтому, профессионалы пользуются специальными таблицами, в которых указано, сколько весит, например автомобильная или железнодорожная цистерна, бочка. С другой стороны, для прикладных и бытовых целей, для домашних условий, метод расчета исходя из литрового объема, вполне пригоден и может применяться на практике. В тех случаях, когда нам нужны более точные данные, например: при лабораторных исследованиях, для проведения экспертизы, для отладки производственного процесса, наладки оборудования и так далее. Вес 1 литра трансформаторного масла лучше определять экспериментальным путем, через взвешивание на точных весах, по специальной методике, а не пользоваться справочными, теоретическими, табличными средними данными о плотности и его удельном весе.