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.

25.1 Контроль качества трансформаторных масел при приеме и хранении
Поступающая на энергопредприятие партия трансформаторного масла должна быть подвергнута лабораторным испытаниям в соответствии с требованиями раздела 5.14 Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (РД 34.20.501-95).
Нормативные значения показателей качества для свежего масла в зависимости от его марки приводятся в табл. 25.1. Таблица составлена на основании требований действующих ГОСТ и ТУ к качеству свежих трансформаторных масел на момент разработки настоящего документа.

25.1.1 Контроль трансформаторного масла после транспортирования

Из транспортной емкости отбирается проба масла в соответствии с требованиями ГОСТ 2517-85. Проба трансформаторного масла подвергается лабораторным испытаниям по показателям качества 2, 3, 4, 11, 12, 14, 18 из табл. 25.1.

Показатели качества 2, 3, 4, 14, 18 определяются до слива масла из транспортной емкости, а 11 и 12 можно определять после слива масла.

Показатель 6 должен дополнительно определяться только для специальных арктических масел.

25.1.2 Контроль трансформаторного масла, слитого в резервуары

Трансформаторное масло, слитое в резервуары маслохозяйства, подвергается лабораторным испытаниям по показателям качества 2, 3, 4, 18 из табл. 25.1 сразу после его приема из транспортной емкости.

25.1.3 Контроль трансформаторного масла, находящегося на хранении

Находящееся на хранении масло испытывается по показателям качества 2, 3, 4, 5, 11, 12, 14, 18 из табл. 25.1 с периодичностью не реже 1 раза в 4 года.

25.1.4. Расширение объема контроля

Показатели качества масла из табл. 25.1, не указанные в пп. 25.1.1-25.1.3, определяются в случае необходимости, по решению технического руководителя энергопредприятия.

25.2 Контроль качества трансформаторных масел при их заливке

В электрооборудование

25.2.1 Требования к свежему трансформаторному маслу

Свежие трансформаторные масла, подготовленные к заливке в новое электрооборудование, должны удовлетворять требованиям табл. 25.2.

25.2.2 Требования к регенерированным и очищенным маслам

Регенерированные и (или) очищенные эксплуатационные масла, а также их смеси со свежими маслами, подготовленные к заливке в электрооборудование после ремонта, должны удовлетворять требованиям табл. 25.3.

25.3 Контроль качества трансформаторных масел при их эксплуатации

В электрооборудовании

25.3.1 Объем и периодичность испытаний

Объем и периодичность проведения испытаний масла указаны в разделах на конкретные виды электрооборудования, нормативные значения показателей качества приводятся в табл. 25.4.

На основании полученных результатов лабораторных испытаний масла определяют области его эксплуатации:

Область "нормального состояния масла" (интервал от предельно допустимых значений после заливки масла в электрооборудование, приведенных в табл. 25.2, столбец 4, и до значений, ограничивающих область нормального состояния масла в эксплуатации, приведенных в табл. 25.4, столбец 3), когда состояние качества масла гарантирует надежную работу электрооборудования и при этом достаточно минимально необходимого контроля показателей 1-3 из табл. 25.4 (сокращенный анализ);

Область "риска" (интервал от значений, ограничивающих область нормального состояния масла, приведенных в табл. 25.4, столбец 3, до предельно допустимых значений показателей качества масла в эксплуатации, приведенных в табл. 25.4, столбец 4), когда ухудшение даже одного показателя качества масла приводит к снижению надежности работы электрооборудования и требуется более учащенный и расширенный контроль для прогнозирования срока его службы и (или) принятия специальных мер по восстановлению эксплуатационных свойств масла с целью предотвращения его замены и вывода электрооборудования в ремонт.

Таблица 25.1

Показатели качества свежих отечественных трансформаторных масел

Показатель	Марки масел и номера нормативных документов
	ТУ 38.101.1025-85	ТУ 38.401.978-93		ТУ 38.401.58107-94	ТУ 38.401.5849-92	ТУ 38.401.830-90	ГОСТ 10121-76	ТУ 38.401.1033-95	ТУ 38.101.1271-89	ТУ 38.401.927-92	стандарта на метод испытаний
1. Вязкость кинематическая, мм/с (ССт), не более при:
2. Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более											ГОСТ 5985-79
3. Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже											ГОСТ 6356-75
			Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие			Отсутствие	ГОСТ 6307-75
	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	Отсутствие	ГОСТ 6370-83
6. Температура застывания, °С, не выше											ГОСТ 20287-91
7. Зольность, %, не более											ГОСТ 1461-75
8. Натровая проба, оптическая плотность, баллы, не более											ГОСТ 19296-73
9. Прозрачность при 5°С			Прозрачно			Прозрачно	Прозрачно				ГОСТ 982-80, п. 5.3
10. Испытание коррозионного воздействия на пластинки из меди марки M1 или М2 по ГОСТ 859-78	Выдерживает	Выдерживает	Выдерживает	Выдерживает	Выдерживает			Выдерживает	Выдерживает	Выдерживает	ГОСТ 2917-76
11. Тангенс угла диэлектрических потерь, %, не более при 90°С											ГОСТ 6581-75
12. Стабильность против окисления:
Масса летучих кислот, мг КОН на 1 г масла, не более
			Отсутствие	Отсутствие		Отсутствие	Отсутствие		Отсутствие	Отсутствие
Кислотное число окисленного масла, мг КОН на 1 г масла, не более
13. Стабильность против окисления, метод МЭК, индукционный период, ч, не менее											МЭК 1125(В)-92
14. Плотность при 20°С, кг/м3, не более											ГОСТ 3900-85
15. Цвет на колориметре ЦНТ, единицы ЦНТ, не более											ГОСТ 20284-74
											ГОСТ 19121-73
											РД 34.43.105-89
18. Внешний вид	Чистое, прозрачное, свободное от видимых загрязнений, воды, частиц, волокон										Визуальный контроль

___________________

___________________
* при 40°С,
** при -40°С.

(Измененная редакция, Изм. № 2)

Таблица 25.2

Требования к качеству свежих масел, подготовленных к заливке
в новое электрооборудование

				Примечание
			после заливки в электрооборудование
6581-75, кВ, не менее	Электрооборудование: до 15 кВ включительно
	до 35 кВ включительно
	от 60 до 150 кВ включительно
	от 220 до 500 кВ включительно
	Электрооборудование: до 220 кВ включительно
	свыше 220 кВ
				При применении арктического масла (АГК) или масла для выключателей (МВТ) значение данного показателя определяется стандартом на марку масла по табл. 25.1
ГОСТ 1547-84 (качественно)		Отсутствие	Отсутствие
		Отсутствие (11)	Отсутствие (12)
6. Тангенс угла диэлектрических потерь при 90°С по ГОСТ 6581-75, %,	Силовые и
не более*
	Электрооборудование всех видов и классов напряжений	Отсутствие	Отсутствие
				При арбитражном контроле определение данного показателя следует проводить по стандарту МЭК 666-79 или (и) РД 34.43.208-95
9. Температура застывания, ГОСТ 20287-91, °С, не выше
11. Стабильность против окисления по ГОСТ 981-75:	Силовые и измерительные трансформаторы от 110 до 220 кВ включительно			Условия процесса: 120°С, 14 ч, 200 мл/мин О2
кислотное число окисленного масла, мг КОН/г масла, не более;
	Силовые и измерительные трансформаторы свыше 220 до 750 кВ включительно, маслонаполненные вводы 110 кВ и выше	В соответствии с требованиями стандарта на конкретную марку масла, допущенного к применению в данном оборудовании		Для свежего масла допускается определение по стандарту МЭК 474-74 или 1125(В)-92

* Допускается применять для заливки силовых трансформаторов до 500 кВ включительно трансформаторное масло ТКп по ТУ-38.101.980-81 и до 220 кВ включительно масло ТКп по ТУ 38.401.5849-92, а также их смеси с другими свежими маслами, если значение tgd при 90°С не будет превышать 2,2% до заливки и 2,6% после заливки и кислотного числа не более 0,02 мг КОН/г, при полном соответствии остальных показателей качества требованиям таблицы.

Таблица 25.3

Требования к качеству регенерированных и очищенных масел, подготовленных к заливке
в электрооборудование после его ремонта1)

Показатель качества масла и номер стандарта на метод испытания		Предельно допустимое значение показателя качества масла		Примечание
		предназначенного к заливке в электрооборудование	после заливки в электро- оборудование
1. Пробивное напряжение по ГОСТ	Электрооборудование:
6581-75, кВ, не менее2)	до 15 кВ включительно
	до 35 кВ включительно
	от 60 до 150 кВ включительно
	от 220 до 500 кВ включительно
2. Кислотное число по ГОСТ 5985-79, мг КОН/г масла, не более
	Измерительные трансформаторы до 220 кВ включительно
3. Температура вспышки в закрытом тигле, по ГОСТ 6356-75, °С, не ниже	Силовые трансформаторы до 220 кВ включительно			При применении арктического масла (АГК) или масла для выключателей (МВТ) значение данного
				показателя определяется стандартом на марку масла по табл. 25.1
	Трансформаторы с пленочной или азотной защитой, герметичные измерительные трансформаторы			Допускается определение данного показателя методом Карла Фишера или хроматографическим методом по РД 34.43.107-95
	Силовые и измерительные трансформаторы без специальных защит масла
по ГОСТ 1547-842) (качественно)	Электрооборудование, при отсутствии требований предприятий-изготовителей по количественному определению данного показателя	Отсутствие	Отсутствие
	Электрооборудование до 220 кВ включительно	Отсутствие (11)	Отсутствие (12)
РТМ 34.70.653-83, %, не более (класс чистоты по ГОСТ 17216-71, не более)	Электрооборудование свыше 220 до 750 кВ включительно
6. Тангенс угла диэлектрических потерь при 90°C по ГОСТ 6581-75, %,	Силовые трансформаторы до 220 кВ включительно			Проба масла дополнительной обработке не подвергается
	Измерительные трансформаторы до 220 кВ включительно
	Силовые и измерительные трансформаторы св. 220 до 500 кВ включительно
	Силовые и измерительные трансформаторы св. 500 до 750 кВ включительно
	Электрооборудование всех видов и классов напряжения	Отсутствие	Отсутствие
	Силовые трансформаторы до 220 кВ включительно			При арбитражном контроле определение данного показателя
4-метилфенол или ионол), по РД 34.43.105-89, % массы, не менее	Силовые и измерительные трансформаторы до 750 кВ включительно			следует проводить по стандарту МЭК 666-79 или (и) РД 34.43.208-95
9. Температура застывания по ГОСТ 20287-91, °С, не выше	Электрооборудование, заливаемое арктическим маслом
	Трансформаторы с пленочной защитой
11. Стабильность против окисления по ГОСТ 981-753)	Силовые и измерительные трансформаторы свыше 220 до 750 кВ включительно			Условия процесса: 130°С, 30 ч, 50 мл/мин О2
кислотное число окисленного масла, мг КОН/г масла, не более
массовая доля осадка, %, не более		Отсутствие
	Электрооборудование:
73, %, не более	до 220 кВ включительно
	св. 220 до 500 кВ включительно
	св. 500 до 750 кВ включительно

_____________________
1) Применение регенерированных и очищенных эксплуатационных масел для заливки высоковольтных вводов после ремонта не допускается, данное электрооборудование заливается после ремонта свежими маслами, отвечающими требованиям табл. 25.2.
2) В масляных выключателях допускается применять регенерированные или очищенные эксплуатационные масла, а также их смеси со свежими маслами, если они удовлетворяют требованиям настоящей таблицы (пп. 1 и 4) и имеют класс промышленной чистоты не более 12 (ГОСТ 17216-71).
3) В случае необходимости по решению технического руководителя предприятия допускается залив регенерированного и очищенного эксплуатационного трансформаторного масла в силовые и измерительные трансформаторы до 500 кВ включительно, если стабильность против окисления будет соответствовать норме на масло ТКп (см. табл. 25.1), а остальные показатели качества будут удовлетворять требованиям настоящей таблицы.

Таблица 25.4

Требования к качеству эксплуатационных масел

Показатель качества масла и номер		Значение показателя качества масла		Примечание
стандарта на метод испытания		ограничивающее область нормального состояния	предельно допустимое
1. Пробивное напряжение по ГОСТ	Электрооборудование:
6581-75, кВ, не менее	до 15 кВ включительно
	до 35 кВ включительно
	от 60 до 150 кВ включительно
	от 220 до 500 кВ включительно
2. Кислотное число по ГОСТ 5985-79, мг КОН/г масла, не более
3. Температура вспышки в закрытом тигле по ГОСТ 6356-75, °С, не ниже	Силовые и измерительные трансформаторы, негерметичные маслонаполненные вводы	Снижение более чем на 5°С в сравнении с предыдущим анализом
	Трансформаторы с пленочной или азотной защитой, герметичные маслонаполненные вводы, герметичные измерительные трансформаторы			Допускается определение данного показателя методом Карла Фишера или хроматогра-
	Силовые и измерительные трансформаторы без специальных защит масла, негерметичные маслонаполненные вводы			фическим методом по РД 34.43.107-95
по ГОСТ 1547-84 (качественно)	Электрооборудование, при отсутствии требований предприятий-изготовителей по количественному определению данного показателя	Отсутствие	Отсутствие
ГОСТ 6370-83, % (класс чистоты по ГОСТ 17216-71, не более);	Электрооборудование до 220 кВ включительно	Отсутствие (13)	Отсутствие (13)
РТМ 34.70.653-83, %, не более (класс чистоты по ГОСТ 17216-71, не более)	Электрооборудование свыше 220 до 750 кВ включительно
6. Тангенс угла диэлектрических потерь по ГОСТ 6581-75, %, не более,	Силовые и измерительные трансформаторы, высоковольтные вводы:			Проба масла дополнительной обработке не подвергается
при температуре 70°С/90°С	110-150 кВ включительно			Норма tgd при 70°С
	220-500 кВ включительно			факультативна
	Силовые трансформаторы, герметичные высоковольтные вводы, герметичные измерительные трансформаторы до 750 кВ включительно
	Негерметичные высоковольтные вводы и измерительные трансформаторы до 500 кВ включительно
	Трансформаторы без специальных защит масла, негерметичные маслонаполненные вводы свыше 110 кВ
	Силовые и измерительные трансформаторы, негерметичные высоковольтные вводы, свыше 110 кВ			Определение данного показателя производится по РД 34.43.105-89
	Трансформаторы с пленочной защитой, герметичные маслонаполненные вводы			Допускается определение хроматографическим методом по РД 34.43.107-95
	Трансформаторы и вводы свыше 110 кВ			Определение данного показателя производится хроматографическими методами по РД 34.43.206-94 или РД 34.51.304-94

_________________
* Показатель 11 рекомендуется определять в случае обнаружения в трансформаторном масле значительных количеств СО и СО2 хроматографическим анализом растворенных газов, которые свидетельствуют о возможных дефектах и процессах разрушения твердой изоляции.

(Измененная редакция, Изм. № 1)

25.3.2 Расширенные испытания трансформаторного масла

Необходимость расширения объема испытаний показателей качества масел и (или) учащения периодичности контроля определяется решением технического руководителя энергопредприятия.

25.3.3 Требования к трансформаторным маслам, доливаемым в электрооборудование

Трансформаторные масла, доливаемые в электрооборудование в процессе его эксплуатации, должны удовлетворять требованиям табл. 25.4, столбец 3.

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.

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%	-

Замечания, интересные пояснения к вопросу "сколько кг весит литровый объем" и некоторая дополнительная информация к справочным данным по физическим свойствам.

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.

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

Этот параметр – порождение компромисса. Для обеспечения электрической прочности масла, вязкость должна быть высокой. Практически, как твердый диэлектрик. Но изоляция проводников, это не единственное предназначение рассматриваемой жидкости.

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:

1. Связывание молекулами кислорода активных добавок, которые обеспечивают базовые параметры жидкости.
2. Отложение продуктов окисления на поверхностях деталей трансформатора: обмотках, проводниках, контактных группах. Это приводит к снижению теплоотвода, с последующим закипанием масла в точках соприкосновения.
3. 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.