Трансформаторное масло (стр. 19 )

Долгое время существовало мнение [Л. 5-2, 5-3], что электрическое поле не является фактором, оказывающим влияние на окисляемость трансформаторных масел. Исследования, выполненные в этой области в более поздний период, позволяют сделать иные выводы.

В [Л. 5-4] на основании анализа большого статистического материала показано, что при окислении трансформаторного масла в электрическом поле напряженностью 10 кв/см в лабораторном приборе (рис. 5-3) количество образовавшегося осадка оказалось на 18—20%, а кислотное число на 6—10% больше, чем в опытах без поля. Известно еще несколько исследований, которыми установлено влияние электрического поля на старение нефтяных масел [Л. 5-5—5-11].

Для изучения характера воздействия электрического поля переменного тока на окисление трансформаторного масла авторами были разработаны лабораторный метод и соответствующая аппаратура [Л. 5-12]. Форма прибора для окисления (рис. 5-4) и размещение его в термостате обеспечивают перемешивание масла в процессе окисления за счет конвекции, как это имеет место в трансформаторах. Объем прибора позволяет размещать в нем металлические катализаторы, твердые изоляционные материалы и масло (300 мл) в количествах, достаточных для анализа их обычными методами. Метод позволяет оценить и кинетику поглощения маслом кислорода.

Окисление осуществляется непрерывно в течение 44 ч в присутствии катализаторов — листовой электролитической меди (0,2 см2 на 1 г масла) и спирали из низкоуглеродистой стальной проволоки (0,3 см2 на 1 г мас­ла); температура окисления 100°С; напряженность электрического поля в масле 49 кв/см. Во избежание ионизации газа, находящегося в приборе, над поверхностью масла на крышке термостата установлен круговой заземленный экран.

Рис. 5-1. Схема расположения масляных каналов в обмотке и магнитопроводе трансформатора.

а — в случае многослойной цилиндрической обмотки; б — в случае дисковой петлевой обмотки; 1 —магнитопровод; 2 — обмотка регулировочная; 3 — обмотка 220 кв; 4 — обмотка 380 кв; 5 — охладитель.

Рис. 5-2. Схема распределения напряженностей электрического поля в изоляции [Л. 5-1] (напряженности в изоляции дисковой обмотки).

1 — межвитковые напря­жения; 2 — напряжения между катушками; 3 — градиенты напряжения вдоль обмотки; воздействия на главную изоляцию; 4 — на концевую изоляцию; 5 — на изоляцию в каналах рассеяния; 6 — на изоляцию относительно соседних обмоток, отводов, бака и т. д.; h —диаметр обмотки; L — высота обмотки; U — напряжение; 3 — земля.

Рис. 5-3. Прибор для окисления трансформаторного масла в электрическом поле (ASEA — Anderson) [Л. 5-4].

1—стеклянный сосуд; 2 — уровень испытуемого масла; 3 — электрод высокого напряжения; 4 — заземленный электрод; (из меди и мало-углеродистой стали); 5—уровень теплоносителя в термостате; 6 — крышка прибора.

В первом приближении можно считать, что прибор представляет собой модель высоковольтной обмотки трансформатора, окруженную масляной изоляцией.

Кроме кинетики поглощения кислорода, определяют изменения основных химических и электрофизических показателей масла (количества кислот, осадка, воды, тангенса угла диэлектрических потерь и др.). В необходимых случаях имеется возможность производить определение состава газа, находящеегося в приборе, а также изучать взаимное влияние масла и твердых изоляционных материалов при их старении и оценивать коррозию металлов.

В общих чертах методика проведения окисления заключается в следующем.

В химически чистые приборы помещают катализаторы и заливают по 300 мл сухого профильтрованного трансформаторного масла. Приборы размещают в гнездах жидкостного термостата, предварительно нагретого до 60—70° С. В течение 1 ч температура теплоносителя повышается так, чтобы температура верхнего слоя масла в приборах при подаче высокого напряжения на электроды составляла точно + 100° С. Необходимая температура теплоносителя устанавливается предварительно для каждого испытуемого масла. При установившейся температуре масла приборы проверяют на герметичность, после чего свободное пространство каждого из них сначала эвакуируют, а затем заполняют сухим кислородом (так же как и бюретки для замера количества поглощенного кислорода). Включают высокое напряжение, и этот момент принимают за начало окисления. Методика обеспечивает удовлетворительную воспроизводимость результатов.

Рис. 5-4. Прибор для окисления трансформаторного масла в электрическом поле.

1 — нижняя рабочая часть прибора (стекло); 2 — верхняя часть прибора (стекло); 3 — крышка термостата: 4 — уровень теплоносителя в термостате; 5 — наружный электрод (медь); 6 — внутренний электрод (медь); 7 —уровень испытуемого масла при окислении его в электрическом поле; 8 — уровень испытуемого масла в случае опытов по оценке воздействия на масло ионизированной газовой среды; 9 — место размещения катализатора.

Сравнительное изучение характера окислительных процессов в присутствии электрического поля и без него, проведенное по описанной выше методике на образцах типичных товарных трансформаторных масел, позволило обнаружить ряд интересных особенностей. Основные показатели этих масел приводятся в табл. 5-1.

При воздействии на окисляющееся масло электрического поля наблюдается не только ускорение процесса, но и изменение характера и соотношения конечных продуктов окисления (рис. 5-5 и табл. 5-2). В частности, обнаружено более интенсивное образование воды, пре­вышающее в 4—5 раз соответствующие значения, полученные в опытах без поля.

По современным представлениям образование воды может происходить в результате превращений первоначально образующихся одно - и двуосновных гидроперекисей (так называемые процессы интрамолекулярной перегруппировки) и при их распаде [Л. 5-13], а также в реакциях конденсации и окислительной полимеризации ряда продуктов окисления [Л. 5-14].

По-видимому, оба названные направления реакций интенсифицируются электрическим полем, однако какие из них приобретают в этих условиях превалирующее значение, пока не выяснено.

Образование воды в результате окисления углеводородов масла, ускоряемое в присутствии электрического поля, является одной из причин увлажнения масла при эксплуатации трансформаторов. Это, конечно, не исключает других источников увлажнения масла, находящегося в работающем трансформаторе: из окружающего воздуха (при соответствующих колебаниях температуры) или целлюлозной изоляции за счет ее подсушки.

Таблица 5-1

Физико-химические показатели трансформаторных масел

Наименование показателей	Происхождение масла
Из смеси Бакинских нефтей, выпуск	Из смеси эмбенских нефтей, выпуск	Импортное
1954 г.	1958 г.	1958 г.
Кислотное число, мг КОН/г	0,01	0,01	0,01	0,01
Вязкость кинематическая при 20° С. ест	26,6	26,6	26,8	27,6
tg 8 масла при 70° С, %	3,90	2,23	2,77	0,15
Плотность r204	0,8861	0,8846	0,8761	0,8793
Коэффициент преломления п20D	1,4891	1,4865	1,4790	1,4810
Структурно-групповой анализ, %:
Са	13,8	10,0	2,6	8,0
Сн	37,9	46,0	51,0	50,0

При окислении масла в электрическом поле заметна тенденция к изменению состава осадка в сторону уменьшения относительного содержания оксикислот и увеличения количества асфальтенов (табл. 5-3).

Таблица 5-2

Окисляемость трансформаторных масел в электрическому поле

Наименование показателей масла	Показатели после окисления трансформаторных масел
Из смеси бакинских нефтей, выпуск	Из смеси эмбенских нефтей, выпуск 1958 г.	Импортное
1954 г.	1958 г.
Напряженность поля, кв/см
0	49	0	49	0	49	0	49
кислотное число, мг КОН/е	0,10	0,13	0,04	0,08	0,20	0,25	0,04	0,05
Содержание водорастворимых кислот, мг КОН/е	0,032	0,049	0,018	0,028	0,025	0,048	0,008	0,006
Эсадок, % вес	0,02	0,04	0,04	0,05	0,06	0,07	0,02	0,01
Содержание воды, % вес.	0,003	0,017	0,004	0,009	0,004	—	0,003	0,005
tg b при 70°С, %	5,5	10,7	2,9	6,0	7,2	9,0	0,8	1,2
Поглощение кислорода, мл/100 г масла	28,5	48,5	21,0	25,0	38,0	45,0	19	25

В масле, которое подвергалось воздействию поля, видимые частицы осадка имеют значительно большие размеры (рис. 5-6).