Удельный вес трансформаторного масла. Трансформаторное масло - назначение, применение, характеристики. Технические характеристики трансформаторного масла

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.

Объемный вес масла для трансформаторов не является фиксированной паспортной величиной. Понятно, что данное масло, как и любая другая жидкость, при ее помещении в различные сосуды будет иметь разный объем. Поэтому поговорим о характеристике паспортной, такой как объемный вес трансформаторного масла.

Определение объемного веса

Начнем с определения. Объемный вес масла – это отношение его веса при температуре +20 ºС к весу воды, занимающей тот же объем, но уже при температуре +4 ºС.

Показатели нормы объемного веса масла для трансформаторов

Данный показатель не является нормированным. При температуре +20 ºС для трансформаторного масла он равен 0,856-0,886. Если производить нагревание, то значение объемного веса будет уменьшаться, а при охлаждении – наоборот увеличиваться.

Коэффициент изменения

Чтобы осуществить определение объемного веса масла при температуре, которая отличается от +20 ºС, нужно при ее повышении отнять, а при понижении добавить коэффициент изменения объемного веса на каждый градус. Обычно для электроизоляционных масел численное значение этого показателя составляет 0,0007 на 1 ºС.

ГОСТ

Можно для определения объемного веса также использовать специальную методику, изложенную в ГОСТ-3900-47. Там же приводится таблица, в которой размещены поправки на температуру, не равную +20 ºС.

Приборы для определения объемного веса трансформаторного масла

На практике наиболее простым способом определения объемного веса является использование прибора ареометра (нефтеденсиметра). Порцию испытуемого масла набирают в стеклянный цилиндр, а потом туда помещают и ареометр. Отсчет ведется по верхнему краю мениска.

Влияние температур

Если температуру масла изменить на +100 ºС, например, от -35 ºС до +65 ºС, то его объем изменится приблизительно на 7%. Учитывая тот факт, что при эксплуатации температура может меняться в более широких пределах, объем расширителя нужно подбирать на уровне 9-10% объема масла.

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.

Трансформаторные масла

Трансформаторные масла применяют для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей. В последних аппаратах масла выполняют функции дугогасящей среды.

Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в маслах должны полностью отсутствовать. Низкая температура застывания масел (-45 °С и ниже) необходима для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150 °С для разных марок.

Наиболее важное свойство трансформаторных масел - стабильность против окисления, т. е. способность масла сохранять параметры при длительной работе. В России все сорта применяемых трансформаторных масел ингибированы антиокислительной присадкой - 2,6-дитретичным бутилпаракрезолом (известным также под названиями ионол, агидол-1 и др.). Эффективность присадки основана на ее способности взаимодействовать с активными пероксидными радикалами, которые образуются при цепной реакции окисления углеводородов и являются основными ее носителями. Трансформаторные масла, ингибированные ионолом, окисляются, как правило, с ярко выраженным индукционным периодом.

В первый период масла, восприимчивые к присадкам, окисляются крайне медленно, так как все зарождающиеся в объеме масла цепи окисления обрываются ингибитором окисления. После истощения присадки масло окисляется со скоростью, близкой к скорости окисления базового масла. Действие присадки тем эффективнее, чем длительнее индукционный период окисления масла, и эта эффективность зависит от углеводородного состава масла и наличия примесей неуглеводородных соединений, промотирующих окисление масла (азотистых оснований, нафтеновых кислот, кислородсодержащих продуктов окисления масла).

На рисунке показана зависимость длительности индукционного периода окисления трансформаторного масла при одной и той же концентрации присадки от содержания в нем ароматических углеводородов. Окисление проводилось в аппарате, регистрирующем количество поглощаемого маслом кислорода при 130 °С в присутствии катализатора (медной проволоки) в количестве 1 см 2 поверхности на 1 г масла с окисляющим газом (кислородом) в статических условиях. Происходящее при очистке нефтяных дистиллятов снижение содержания ароматических углеводородов, как и удаление неуглеводородных включений, повышает стабильность ингибированного ионолом трансформаторного масла.

Международная электротехническая комиссия разработала стандарт (Публикация 296) "Спецификация на свежие нефтяные изоляционные масла для трансформаторов и выключателей". Стандарт предусматривает три класса трансформаторных масел:

I - для южных районов (с температурой застывания не выше -30 °С), II - для северных районов (с температурой застывания не выше -45 °С) и III - для арктических районов (с температурой застывания -60 °С). Буква А в обозначении класса указывает на то, что масло содержит ингибитор окисления, отсутствие буквы означает, что масло не ингибировано.

В таблице приведены заимствованные из стандарта МЭК 296 требования к маслам классов II, II А, III, III А. Масла классов I и IA в России не производят и не применяют.

Требования Международной электротехнической комиссии к трансформаторным маслам классов II, НА, III, IIIA

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.