Трансформаторные масла: характеристики, свойства, особенности применения. Большая энциклопедия нефти и газа
Казалось бы, где масло, а где электроприборы? Тем более трансформаторы, внутри которых блуждают огромные токи, и формируется высокое напряжение. Тем не менее подобные электрические установки работают с применением технических жидкостей, и это отнюдь не антифриз и не дистиллированная вода.
Наверное, все видели огромные трансформаторы на подстанциях, и энергоблоках промышленных предприятий. Все они снабжены расширительными емкостями в верхней части.
Именно в эти бочонки заливается трансформаторное масло. Выглядит это вполне привычно для обывателя: корпус электрической установки (по аналогии картера двигателя автомобиля), внутри расположены рабочие узлы. И все это богатство залито маслом до самого верха. Как мы понимаем, о смазке деталей речь не идет: в трансформаторе нет движущихся частей.
Область применения трансформаторного масла
Для начала, развеем некоторые стереотипы. Существует устойчивое заблуждение, что все жидкости являются проводниками. На самом деле далеко не все, и не так явно, как металлы.
Важное свойство трансформаторного масла – высокое сопротивление электрическому току. Настолько высокое, что жидкость фактически является диэлектриком (в разумных пределах, разумеется).
Такая характеристика, как смазывающая способность, в электрике интересна в последнюю очередь. А вот теплопроводность напротив, очень важна.
О свойствах поговорим отдельно, они вытекают из двух областей применения:
Эксплуатационные показатели подобных устройств поражают воображение: напряжение несколько сотен тысяч вольт, и сила тока до 50 тысяч ампер.
Масло в этих устройствах имеет две функции. Разумеется, изоляционные свойства, как и в трансформаторах. Но главное назначение – эффективное гашение электрической дуги.
При размыкании (замыкании) контактов на электрических коммутационных устройствах с такими параметрами, возникает электрическая дуга, способная разрушить контактную группу за несколько циклов.
Электрическая дуга при размыкании контактов (происшествие на подстанции) — видео
Однако проблемы возникают лишь в воздушной среде. Если внутренняя полость заполнена трансформаторным маслом – искрения и дуги не возникнет.
К сведению
Объективности ради, заметим: существует и другое решение. Помимо масляных, активно применяются вакуумные выключатели. Правда, они качественно выполняют лишь одну функцию: гашение дуги. Диэлектрические свойства вакуума сопоставимы с обычным воздухом.
Однако, это тема другой статьи.
Технические характеристики трансформаторного масла
Так же, как и минеральное моторное, трансформаторное масло производится путем перегонки подготовленной сырой нефти (очищенной), методом кипячения сырья. После возгонки при температуре 300°C — 400°C, остается так называемый соляровый дистиллят.
Собственно, эта субстанция является основой для получения трансформаторного масла. Во время очистки, снижается насыщенность ароматическими углеродами и не углеродными соединениями. В результате повышается стабильность продукта.
При возгонке и выделении дистиллята, можно управлять физическими и химическими процессами. Манипулируя базовым сырьем и технологией, можно менять свойства трансформаторного масла. Они определяются полученным соотношением компонентов:
Интересно, что этот продукт экологически чист. При его производстве, использовании и утилизации, воздействие на природу не выше, чем у исходного сырья (сырой нефти). В состав не включаются добавки, синтезированные искусственным путем.
Как и нефть, масло для трансформаторов и выключателей не токсично (насколько это можно сказать о нефтепродуктах), не разрушает озоновый слой, и бесследно разлагается в природной среде.
Одна из важных характеристик – плотность трансформаторного масла. Типичная величина лежит в диапазоне 0,82 – 0,89 * 10³ кг/м³. Цифры зависят от температуры: рабочий диапазон в пределах 0°C – 120°C.
При нагреве она уменьшается, этот фактор принимается во внимание при проектировании радиаторной системы охлаждения трансформаторов.
Поскольку масла относительно универсальны, эта характеристика может варьироваться в зависимости от потребностей заказчика. Трансформаторные подстанции располагаются в различных климатических зонах, зачастую в условиях крайнего Севера и Сибири.
Не только плотность меняется в зависимости от температуры
Вязкость трансформаторного масла может радикально изменить общие показатели электроустановки.
| Показатели | ТКп | Масло селективной очистки | Т-1500У | гк | вг | АГК | МВТ |
| Кинематическая вязкость, им2/с* при температуре | |||||||
| 50°С | 9 | 9 | - | 9 | 9 | 5 | - |
| 40°С | - | - | 11 | - | - | - | 3,5 |
| 20°С | - | 28 | - | - | - | - | - |
| -30°С | 1500 | 1300 | 1300 | 1200 | 1200 | - | - |
| -40°С | - | - | - | - | - | 800 | 150 |
| Кислотное число, мг КОН/г, не более | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,02 |
| Температура, °С | |||||||
| Вспышки в закрытом тигле, не ниже | 135 | 150 | 135 | 135 | 135 | 125 | 95 |
| Застывания, не выше | -45 | -45 | -45 | -45 | -45 | -60 | -65 |
Принцип работы масляного трансформатора — видео
- Теплоотвод – возможен при достаточно жидком теплоносителе. То есть, для нормального охлаждения электроустановки вязкость должна быть как можно более низкой.
- Гашение электрической дуги. Как это работает? В обычной воздушной среде, при размыкании (замыкании) контактов под высокой нагрузкой, возникает дуга, подобная сварочной.
Густое масло, механически не сможет быстро заполнить пространство при движении контактов. Образовавшиеся воздушные полости станут поводом для дугообразования. И напротив, достаточно жидкий наполнитель постоянно будет поддерживать среду без пузырьков.
Вспышка и воспламенение
Интересный с точки зрения физики процесса, такой параметр, как температура вспышки трансформаторного масла. Для любых нефтепродуктов, это температура воспламенения жидкой среды, при контакте с открытым источником пламени.
Однако внутри трансформатора не создаются условия для горения, по причине отсутствия достаточного количества кислорода. А вот открытое пламя теоретически возможно: если при размыкании контактов образуется кратковременная дуга.
Поэтому в свойства масел закладывается увеличение температуры вспышки. Это значение постепенно уменьшается, по причине дефектов трансформаторного оборудования. При нормальной работе, температура вспышки напротив, увеличивается. Допустимое значение – более 155°C.
Электрическая дуга или как горят трансформаторы — видео
Для понимания механизма – температура вспышки связана с испаряемостью масла. То есть, оно должно быть достаточно жидким, но при этом не переходить в газообразное состояние при нормальных условиях эксплуатации.
Кроме традиционного параметра, есть такое понятие, как температура самовоспламенения, характерное именно для трансформаторов. В нашем случае эта величина составляет 350°C – 400°C.
Если обмотки нагреются до такой температуры – возникает неконтролируемое горение и взрыв трансформатора. К счастью, подобные случаи происходят крайне редко. Разумеется, при условии соблюдения условий эксплуатации.
Поэтому, вместе с подбором качественного масла, необходимо постоянно следить за состоянием электроустановок. При проведении тестовых отборов жидкости, можно понять, какие проблемы есть в самом трансформаторе или высоковольтном выключателе.
После проведенных исследований, оцениваются такие показатели, как преломление вязкости, плотность, диэлектрические свойства, и пр. Результаты сравниваются с табличными значениями, установленными стандартом применения масел.
В таблице показаны основные показатели трансформаторного масла:
| Температура t, °С | Плотность р, кг/м3 | Cp, кДж/(кгК) | λ, Вт/(м"К) | а-10**8, м2/с | μ-10**4, Пас | v-10**6, м2/с | ß-10**4, К"1 | Рг |
| 0 | 892,5 | 1,549 | 0,1123 | 8,14 | 629,8 | 70:5 | 6,80 | 866 |
| 10 | 886.4 | 1,620 | 0,1115 | 7,83 | 335,5 | 37,9 | 6.85 | 484 |
| 20 | 880,3 | 1,666 | 0,1106 | 7,56 | 198,2 | 22,5 | 6,90 | 298 |
| 30 | 874,2 | 1,729 | 0,1008 | 7,28 | 128,5 | 14.7 | 6.95 | 202 |
| 40 | 868,2 | 1,788 | 0,1090 | 7,03 | 89.4 | 10,3 | 7,00 | 146 |
| 50 | 862,1 | 1,846 | 0,1082 | 6,80 | 65.3 | 7,58 | 7,05 | 111 |
| 60 | 856,0 | 1,905 | 0,1072 | 6,58 | 49,5 | 5,78 | 7,10 | 87,8 |
| 70 | 850,0 | 1,964 | 0,1064 | 6,36 | 38.6 | 4,54 | 7,15 | 71.3 |
| 80 | 843,9 | 2,026 | 0,1056 | 6,17 | 30.8 | 3,66 | 7,20 | 59,3 |
| 90 | 837.8 | 2.085 | 0,1047 | 6,00 | 25,4 | 3,03 | 7,25 | 50,5 |
| 100 | 831,8 | 2,144 | 0,1038 | 5,83 | 21.3 | 2,56 | 7,30 | 43.9 |
| 110 | 825,7 | 2,202 | 0,1030 | 5,67 | 18.1 | 2,20 | 7,35 | 38,8 |
| 120 | 819,6 | 2,261 | 0,1022 | 5,50 | 15.7 | 1,92 | 7,40 | 34,9 |
- cp — удельная массовая теплоемкость, без изменения рабочего давления;
- λ – теплопроводность: общий коэффициент;
- a – температурная проводимость: общий коэффициент;
- μ — динамический коэффициент вязкости;
- ν — кинематический коэффициент вязкости;
- β — объемное расширение: общий коэффициент;
- Pr — критерий Прандтля.
Технические жидкости для обеспечения работы трансформаторных подстанций закупаются в огромных объемах, это достаточно затратно. Каждая партия тестируется перед использованием, и в процессе работы.
Испытание трансформаторного масла на пробой — видео
Ежегодно, техническая жидкость требует масштабной очистки. Этим занимаются специальные службы. А каждые 5-6 лет, требуется регенерация (практически полная замена масла в электроустановке). Процедура недешевая, но без ее выполнения эксплуатация трансформатора станет небезопасной.
В качестве компромисса, широко применяется восстановление свойств. Отработка сдается на нефтехимическое предприятие, где масло приобретает первоначальные свойства. Стоимость добавленных присадок многократно ниже, в сравнение с полной заменой материала.
Второстепенные характеристики трансформаторного масла
Устойчивость масла к окислению – это не что иное, как противодействие старению. Есть две негативные стороны этого явления:
- Связывание молекулами кислорода активных добавок, которые обеспечивают базовые параметры жидкости.
- Отложение продуктов окисления на поверхностях деталей трансформатора: обмотках, проводниках, контактных группах. Это приводит к снижению теплоотвода, с последующим закипанием масла в точках соприкосновения.
- Зольность – наличие посторонних примесей и причина их появления. После промывки нового масла, в его составе остаются химические моющие средства (это касается и регенерации старой жидкости).
Если их не удалить – образуются зольные фракции, которые оседают на рабочих частях трансформаторов и выключателей. Для борьбы с этим явлением, в масло добавляются присадки, нейтрализующие солевые и мыльные отложения.
Температура текучести (застывания) характеризует превращение жидкости в консистентную смазку. Этот показатель (от — 35°C до — 50°C) применим лишь при холодном пуске электроустановки. Работающий трансформатор сам является источником тепла, и поддерживает жидкость в рабочем состоянии.
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.
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 |
ТУ |
ТУ |
ТУ |
ТУ |
ГОСТ 10121-76 |
ТУ 38.401.1033-95 |
ТУ 38.101.1271-89 |
ТУ |
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 35 кВ включительно |
||||
от 60 до 150 кВ включительно |
||||
от 220 до 500 кВ включительно |
||||
Электрооборудование: |
||||
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- |
|||
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 |
|||
_________________
* 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.
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.
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.