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 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.

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.

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.

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.