CC BY
376
УДК 621.315.615.2 ББК 31.234.21 А 64
Кашин Я.М.
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, e-mail: jlms@mail.ru Кириллов Г.А.
Кандидат технических наук, доцент кафедры авиационного и радиоэлектронного оборудования Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков, Краснодар, e-mail: kirillov.g.a@yandex.ru
Варенов А.Б.
Кандидат технических наук, доцент, преподаватель кафедры авиационного и радиоэлектронного оборудования Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков, Краснодар, e-mail: kupol@inbox.ru
Ермолаев А.А.
Курсант Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков, Краснодар, e-mail:
sashaesvu5@gmail.com
Габидулин В.Э.
Курсант Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков, Краснодар, e-mail: vow.gabidulin97@yandex.ru
Анализ современных методов и аппаратуры контроля качества
трансформаторного масла
(Рецензирована)
Аннотация. Дан анализ требований к трансформаторному маслу, методам и аппаратуре контроля качества масла, представлены современные приборы для контроля качества трансформаторного масла, проанализированы возможности диагностики этими приборами не только трансформаторного масла, но и эксплуатируемого электрооборудования.
Ключевые слова: трансформаторное масло, качество, методики испытаний, аппаратура.
Kashin Ya.M.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Krasnodar, e-mail: jlms@mail.ru
Kirillov G.A.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Avionics, Krasnodar Air Force Institute for Pilots, Krasnodar, e-mail: kirillov.g.a@yandex.ru
Varenov A.B.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Lector of the Department of Avionics, Krasnodar Air Force Institute for Pilots, Krasnodar, e-mail: kupol@inbox.ru
Ermolaev А.А.
Cadet Krasnodar Air Force Institute for Pilots, Krasnodar, e-mail: sashaesvu5@gmail.com
Gabidulin V.E.
Cadet Krasnodar Air Force Institute for Pilots, Krasnodar, e-mail: vow.gabidulin97@yandex.ru
Analysis of modern methods and instruments for quality control of transformer oil
Abstract. The paper provides analysis of requirements to the 70V oil, methods and oil quality control equipment. The modern instruments for quality control of transformer oil are presented. The diagnostic capabilities of these devices are analyzed not only for transformer oil, but also for operated electrical equipment. Keywords: transformer oil, quality, test methods, equipment.
Для обеспечения надежной эксплуатации маслонаполненных аппаратов необходим периодический контроль качества трансформаторного масла. Нормативные значения показателей качества, объемы и периодичность испытаний регламентируются положениями действующих ПУЭ [1], ПТЭЭП [2], нормами испытания электрооборудования, заводскими инструкциями на аппараты и «Методическими указаниями по эксплуатации трансформаторных масел: РД 34.43.105-89» [3]. Определение состояния качества масла проводится по стандартизованным методикам, в соответствии с действующими ГОСТ и указаниями Международ- 109 -
ной электротехнической комиссии (МЭК).
Рассмотрим требования, предъявляемые к трансформаторным маслам [4-6].
Требования к электрофизическим свойствам:
- высокая электрическая прочность;
- высокое электрическое сопротивление;
- минимальные диэлектрические потери.
Требования к физико-химическим свойствам:
- стабильность;
- негорючесть и взрывобезопасность паров;
- минимальная вязкость;
- обеспечение теплоотвода;
- отсутствие расслоений и образования осадка;
- инертность по отношению к прочим материалам аппарата;
- низкая летучесть (предел вакуумирования и режим пропитки);
- минимальная плотность (меньше плотности льда при низких Т°С);
- минимальный коэффициент объемного расширения;
- максимальная способность растворять воду.
Кроме того, в масле не должно быть тенденции к пенообразованию и к статической электризации. Скорость его горения должна быть минимальной.
В процессе эксплуатации трансформаторного масла выполняется сокращенный анализ масла, при необходимости выполняются различные испытания масла, входящие в объем полного анализа [3-4].
Объем эксплуатационного контроля включает в себя сокращенный или полный анализ масла.
Сокращенный анализ масла включает определение следующих показателей качества:
- внешнего вида и цвета;
- наличия механических примесей и свободной воды;
- пробивного напряжения;
- кислотного числа;
- температуры вспышки;
- реакции водной вытяжки.
Как правило, при нормальной эксплуатации, когда показатели качества эксплуатационного масла не приближаются к предельно допустимым значениям и не наблюдается ухудшения характеристик твердой изоляции, для контроля состояния масла и прогнозирования срока службы масла достаточно сокращенного анализа.
Полный анализ эксплуатационного масла следует производить при приближении одного или нескольких показателей качества масла к предельно допустимому значению, а также при ухудшении характеристик твердой изоляции и (или) интенсивном старении масла, с целью определения причин этих процессов. Полный анализ позволяет более достоверно прогнозировать дальнейший срок службы эксплуатационного масла, выявлять причины загрязнения и правильно выбрать необходимые мероприятия по восстановлению его свойств.
Хроматографический анализ растворенных в масле газов может входить в объем полного анализа эксплуатационного масла. Этот метод является специальным методом, служащим для обнаружения повреждений и дефектов отдельных конструктивных узлов и всей твердой изоляции электрооборудования, но практически не информирующем о качестве и состоянии самого масла.
Периодичность определения значений показателей качества трансформаторного масла в процессе эксплуатации должна производиться в соответствии с МУ [3] и ПТЭЭП [2]. Требования к качеству эксплуатационных трансформаторных масел приведены в таблицах 4 и 5 МУ [3] и таблице 6 Приложения 3 ПТЭЭП [2].
Проводимый объем контроля и испытаний трансформаторных масел включает в себя:
• отбор проб масла (ГОСТ 2517-85, ГОСТ 6433.5-84, МЭК 475);
• визуальный контроль (ГОСТ 6370-83);
• определение влагосодержания (ГОСТ 7822-75);
• определение газосодержания (РД 34.43.107-95);
• определение пробивного напряжения (ГОСТ 6581-75);
• определение (ГОСТ 658176);
• определение кислотного числа (ГОСТ 5985-79);
• определение стабильности против окисления (ГОСТ 981-75);
• определение температуры застывания (ГОСТ Т 20287-91);
• определение температуры вспышки (ГОСТ 6356-75);
• определение содержания водорастворимых кислот (ГОСТ 6307-75);
• определение содержания антиокислительной присадки (РД 34.43.105-89);
• определение содержания осадков и растворимого шлама (МЭК 422);
• определение содержания механических примесей (ГОСТ 6370-83, РТМ17216-71);
• определение содержания фурановых производных;
• определение содержания серы;
• хроматографический анализ газов, растворенных в масле (РД 34.46.303-89).
Кроме вышеперечисленных показателей полный анализ может включать в себя определение таких показателей, как температура застывания, содержание серы, плотность, вязкость, поверхностное натяжение, показатель преломления (п2 ) и некоторых других. Установление
этих показателей в основном необходимо для определения типа масла (например, для импортных масел) и его химического состава с целью оценки эксплуатационных свойств.
Рассмотрим особенности методики контроля качества трансформаторного масла.
Отбор проб масла
Отбор проб масла из электрических аппаратов должен производиться в чистую стеклянную посуду, при сухой погоде. При этом предварительно слить некоторое количество масла из аппарата, затем залить небольшое количество масла в посуду и ополоснуть ее. Посуду заливать на 95% и герметично закрыть. Пробу масла хранить в темном и прохладном месте, а открывать посуду следует непосредственно перед испытаниями.
Визуальный контроль
Визуальный контроль выполняют, рассматривая масло в пробе в проходящем свете, определяя его цвет, наличие загрязнений, примесей и прозрачность. При наличии загрязнений, мутности и потемнения масло бракуется. Допускается отбор другой пробы.
Определение влагосодержания
Значение влагосодержания масла является критерием готовности его к заливке, а также служит для определения причин ухудшения свойств масла или твердого диэлектрика в электроаппарате [3-6].
Влагосодержание масла увеличивает электрическую проводимость и диэлектрические потери, а также снижает электрическую прочность. С другой стороны, влага может задерживать генерацию зарядов в масле. Масло с содержанием воды 10 мкг на грамм считается сухим. При поставке влагосодержание масла может достигать 35 мкг/г. Схема переходов воды в маслонаполненном электрооборудовании показана на рисунке 1.
Рис. 1. Схема переходов воды в маслонаполненном электрооборудовании
В новых трансформаторных маслах с малым содержанием ароматических углеводородов практически вся влага находится в растворенной форме. В состарившихся трансформаторных маслах большая часть влаги находится в связанной форме.
Связанная вода может стать источником растворенной воды, а при определенных условиях и эмульсионной воды в масле по причине:
а) повышения температуры (если источник нагрева - обмотка);
б) воздействия электрического поля (разрываются полярные связи между молекулами воды и полярными примесями).
Эмульсионная вода является наиболее опасной формой воды с точки зрения ухудшения изоляционных свойств масла.
Наличие воды определяют при нагревании масла в пробирке до температуры 130°С и наблюдении за его состоянием. При этом не должны быть слышны щелчки или треск.
Определение растворенной воды в масле производится в приборе ПВН с применением рекомендованных ГОСТ 7822-75 реактивов и материалов. Определение растворенной в масле воды осуществляют измерением объема выделившихся газов в результате взаимодействия гидрида кальция (СаН2) и воды, содержащейся в масле. Влагосодержание определяется в г/т или весовых процентах.
Существует также метод Карла Фишера определения воды автоматическим кулономет-рическим титрованием по МЭК 814. Сущность количественного определения влагосодержа-ния в масле осуществляют посредством автоматического измерения количества электричества, затраченного на электролиз воды в реактиве Карла Фишера (рис. 2).
Рис. 2. Прибор БЛИЯ КБМ 3000 Адиашйег - автоматический измеритель влагосодержания
по методу Карла Фишера (БЛИЯ, Австрия)
Определение газосодержания
Термином «общее газосодержание» обозначается содержание в масле растворенных газов, определяемое в основном количеством растворенного воздуха [3-6].
Растворимость воздуха в масле довольно велика. Так, при температуре 25°С объемная доля составляет 10-12%. Присутствие в масле растворенного воздуха вблизи насыщающего значения может привести к опасному ослаблению изоляции трансформатора и при определенных условиях - к выходу его из строя. Кроме того, присутствие кислорода в масле увеличивает динамику процессов старения как самого масла, так и твердой изоляции трансформаторов. Вследствие этого перед заливкой в герметичный трансформатор производят дегазацию масла. Согласно нормативным документам, общее объемное газосодержание масла после дегазации перед заливкой и после заливки в трансформатор должно быть соответственно 0,1 и 0,2%.
Для определения общего газосодержания в трансформаторном масле применяется прибор «ИРКУТ» (рис. 3).
Прибор применяется для измерения объемной доли газов, растворенных в трансформаторных маслах, используемых при эксплуатации маслозаполняемых трансформаторов. Прибор имеет цифровую индикацию показаний газосодержания трансформаторного масла. Уп-
рощает определение газосодержания трансформаторного масла по сравнению с существующими методами (хроматография).
Рис. 3. Прибор для определения общего газосодержания в трансформаторном масле «ИРКУТ»
Принцип действия измерителя (рис. 4) основан на извлечении растворенных газов и водяных паров из дозы масла потоком сухого газа-носителя (гелия), удалении водяных паров кулонометрическим осушителем и определении объемной доли газов с помощью термокон-дуктометрической ячейки.
Рис. 4. Структурная схема измерителя
Газ-носитель (гелий) с постоянным расходом, поддерживаемым стабилизатором расхода газа 1 (рис. 4), подается на два противоположных (сравнительных) плеча термостатированной термокондуктометрической ячейки 2 (далее ТКЯ). ТКЯ содержит включенные в мостовую схему четыре одинаковых терморезистора, из которых два противоположных расположены в сравнительных камерах, а два других - в рабочих камерах. В исходном состоянии (до проведения анализа) мост сбалансирован.
После прохождения через сравнительные камеры ТКЯ газ-носитель попадает в десорб-ционную колонку 3. В режиме анализа в колонку с помощью шприца-дозатора 6 вводится доза анализируемого масла объемом 2 мл. Конструкция колонки, которая является барбо-тажным абсорбером, обеспечивает полноту извлечения воздуха из масла за время анализа (3 мин). Одновременно с воздухом из масла извлекается вода. Для исключения ее влияния на результаты анализа газ-носитель вместе с извлеченными из масла воздухом и водой проходит через обесточенный кулонометрический осушитель 4, в котором вода поглощается. Расход газа-носителя контролируется ротаметром 5.
Осушенный газ-носитель с воздухом проходит через два других противоположных (рабочих) плеча ТКЯ. Присутствие воздуха в гелии приводит к разбалансу мостовой схемы за счет изменения теплопроводности газовой смеси. Сигнал напряжения постоянного тока, пропорциональный концентрации воздуха в гелии, фиксируется в каждый момент времени анализа, суммируется, обрабатывается и представляется на цифровом табло в процентах
объемной доли газов в масле (общее газосодержание). После выполнения измерения масло сливается через штуцер «Дренаж».
По окончании анализа на кулонометрический осушитель подается напряжение, под действием которого происходит электролитическое разложение поглощенной воды на водород и кислород, которые удаляются потоком газа-носителя. Таким образом, после каждого анализа происходит автоматическая регенерация осушителя, и тем самым осуществляется его подготовка к следующему анализу.
Так как в основу устройства измерителя «Иркут» заложен упрощенный принцип хро-матографического анализа растворенных в масле газов, он практически не уступает в точности газохроматографическим методикам, но значительно выигрывает в стоимости оборудования. Результат считывается с цифрового индикатора через 3 мин после введения пробы.
Достаточными требованиями для получения достоверных результатов и хорошей повторяемости являются: полное удаление из прибора масла предыдущего анализа и тщательная подготовка вводимой в прибор пробы на отсутствие пузырьков нерастворенного воздуха в шприце и в игле.
Отбор и транспортировка пробы для анализа на общее газосодержание производятся в герметизированных стеклянных медицинских шприцах объемом 20 мл с полиуретановым уплотнительным кольцом на поршне. Для исключения попадания окружающего воздуха в пробу и температурной компенсации объема масла шприцы стягиваются плоским резиновым кольцом из ленты. Важно, чтобы при отборе проба не содержала пузырьков нерастворенного воздуха. Такой способ хранения и транспортировки пробы, как показала практика, обеспечивает достоверность результата в течение трех дней со дня отбора пробы.
Приборы для определения общего газосодержания в трансформаторном масле отечественного производства представлены в таблице 1.
Таблица 1
Приборы для определения общего газосодержания в трансформаторном масле отечественного производства (Ангарское ОКБА)
№ Назначение и наименование Марка
1 Гигрометры серии: БАЙКАЛ, БАРГУЗИН, ВОЛНА
2 Влагомер трансформаторного масла ВТМ-2
3 Газоанализаторы: СВЕТ, ФЛЮОРИТ-Ц, ОНИКС, ОЗОН-5, ГИАЦИНТ, РОДНИК-4
4 Прибор для определения общего газосодержания в масле ИРКУТ
5 Газоанализатор ОНИКС
6 Установка для дегазации трансформаторного масла ПАДУН
7 Измеритель остаточного газосодержания в трансформаторном масле Абсорбциометр А-1
Определение пробивного напряжения
Значение пробивного напряжения масла является основным критерием надежности его работы по обеспечению требуемой изоляции в электрических аппаратах [3-6].
Для измерения пробивного напряжения применяют испытательные аппараты, в которых используют измерительную ячейку со сферическими электродами с зазором 2,5 мм, так называемый фарфоровый чашечный разрядник. Используются как отечественные, так и зарубежные испытательные аппараты: АИМ-90, АИД-70М, АИД-70Ц, КПМ-901, СКАТ М100, ВА 60/75/80/100 и др. (рис. 5, 6, 8).
Рис. 5. Установка для испытания трансформаторного масла АИМ-90 и АИМ-90Ц
- 114 -
Перед испытанием чашечный разрядник осматривают на предмет отсутствия загрязнений и потемнения электродов, шаблоном проверяют зазор между электродами. Перед испытанием разрядник ополаскивают испытуемым маслом.
Температура масла должна соответствовать температуре помещения. При проведении испытаний осуществляют шесть последовательных пробоев масла с интервалом 5 мин. После каждого пробоя с помощью стеклянной палочки масло между зазорами осторожно перемешивают для удаления продуктов разложения из межэлектродного пространства, не допуская при этом образования пузырьков воздуха.
Качество масла будет считаться неудовлетворительным, если среднее арифметическое значение пробивного напряжения из пяти, не считая первого пробоя, не соответствует установленному в НТД предельно допустимому значению.
Рис. 6. BA75 - портативный анализатор трансформаторного масла на пробой до 75 кВ (HV Diagnostics)
Определение tgô
Значение tg^ масла является основным критерием оценки диэлектрических свойств и совместимости масел при смешении, а также служит для определения степени старения и наличия в масле различных химических загрязнений (продуктов разложения и старения изоляции) [3-6].
Тангенс угла диэлектрических потерь (tg^) - показатель качества масла, чувствительного к присутствию в масле различных загрязнений (коллоидных образований, растворимых метал-лоорганических соединений и различных продуктов старения масла и твердой изоляции).
Повышение диэлектрических потерь в изоляционных маслах имеет место за счет:
- асфальто-смолистых веществ (образуют в масле коллоидный раствор);
- мыл;
- воды (кроме влаги в состоянии истинного раствора);
- кислот (влияют только при нагреве, не при комнатной температуре);
- растворения в масле лаков трансформатора, что, как правило, ведет к повышению кислотного числа.
Коллоидными веществами могут быть:
- компоненты лака обмоток и старого шлама масел;
- мыла, образующиеся в результате взаимодействия кислых продуктов старения масел с металлами трансформатора;
- кислые шламоподобные продукты, не содержащие в своем составе металла, например: кислоты, плохо растворимые в масле, смолы, асфальтены и другие продукты окисления.
Диэлектрические потери для свежих масел характеризуют качество и степень очистки на заводе, а в эксплуатации - степень загрязнения и старения.
Тангенс угла диэлектрических потерь позволяет выявить незначительные изменения свойств масла даже при очень малой степени загрязнения, которые не определяются химическими методами контроля.
Характер температурной зависимости позволяет определить тип загрязнения. Удовлетворительный результат измерений при повышенной температуре одновременно с неудовлетворительным результатом при комнатной температуре свидетельствует о присутствии полярных примесей (например, воды) в состоянии взвеси на холоде. Неудовлетворительный резуль-
тат в широком диапазоне температур указывает на более обширный уровень загрязнения.
Присутствие воды в масле повышает диэлектрические потери и придает Ц-образную форму зависимости от температуры (минимум при 50°С).
Существует порог концентрации воды в данном масле для заданных температуры и относительной влажности воздуха, выше которого сильно возрастает. Зависимость масла от наличия влаги в нем приведена на рисунке 7.
№. хЮ
2,0 1,6 1,2 0,8 0,4
О
75°С /
----- j 25°С 5 0°С
J
J
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Содержание воды, %
Рис. 7. Зависимость tgS трансформаторного масла от наличия в нем влаги
Для измерения значениия tg¿ масла используются схемы с применением мостов переменного тока как отечественного, так и зарубежного производства.
К новейшим приборам относятся: прибор «Вектор-2.0М», цифровые мосты переменного тока серии "СА7100", автоматический прибор "АОТК-2К", автоматизированная установка «Тангенс-ЗМ», измеритель емкости и тангенса угла диэлектрических потерь «Тангенс-2000», анализатор диэлектрических потерь и емкости система "РБТесЬ БЕЬТЛМАХХ", "ТБ10-50", автоматический тестер "ВАЦВ. БТЬ С" и др.
Подготовленный разрядник присоединяется к измерительной схеме прибора и определяется ее емкость СО, tg¿ пустого разрядника при комнатной температуре. Перед заполнением разрядника маслом он ополаскивается испытуемым маслом. Определение tg¿ масла осуществляется в соответствии с требованиями ГОСТ 6581-75 и инструкциями по эксплуатации на приборы. Заполненный маслом разрядник помещают в термостат, нагретый до температуры испытания, и подсоединяют к схеме прибора.
Особенности прибора "БАиЯ БТЬ С":
- высокоточный индукционный нагрев ячейки;
- непосредственное измерение температуры датчиком внутри измерительного электрода;
- 8 запрограммированных полностью автоматизированных стандартов, включая 1ЕС 61620;
- автоматическая калибровка пустой измерительной ячейки;
- автоматическая очистка измерительной ячейки без демонтажа;
- создание протоколов измерений и архивирование данных;
- управление процессами измерения.
Рис. 8. ВАЦЯ БТЬ С (Австрия) - автоматический тестер для измерения tgS, удельного электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости электроизоляционных жидкостей
Качество масла считается неудовлетворительным, если значение не соответствует установленному предельно допустимому значению. Для определения причин неудовлетворительных испытаний масла его подвергают дополнительным испытаниям.
Определение кислотного числа
Значение кислотного числа масла является критерием степени его старения и служит для оценки предполагаемого срока службы, а также является основным критерием замены адсорбента в термосифонных фильтрах трансформаторов или эффективности регенерации масла с помощью специального оборудования [3-6].
Перед испытанием проба масла должна быть тщательно перемешана в течение 5 мин в склянке, заполненной не более чем на 3/4 ее объема.
Кислотное число масла определяют титрованием кислых соединений масла спиртовым раствором гидроокиси калия в присутствии индикатора в соответствии с требованиями п. 3.4 ГОСТ 5985-79. Индикатор фенолфталеин используют только для определения титра раствора гидроокиси калия. При проведении испытаний используют индикаторы щелочной голубой 6Б или нитрозиновый желтый для определения кислотного числа и фенолфталеин для определения титра спиртового раствора гидроокиси калия. При необходимости готовят раствор гидроокиси калия и проверяют его титр по бифталату калия (ГОСТ 5985-79).
При разногласии в оценке качества масла кислотное число определяют с применением индикатора щелочного голубого 6Б.
Кислотное число испытуемой пробы определяется по формулам в п. 4.2 ГОСТ 5985-79. Качество масла считается неудовлетворительным, если среднее арифметическое из двух параллельных определений не соответствует норме. Если значение выше нормы 0,1 мг КОН/г, то проводят дополнительные испытания на наличие в масле шлама.
Определение стабильности масла против окисления
Значение стабильности масла против окисления является критерием оценки предполагаемого срока службы и устойчивости к старению [3-6]. Определение стабильности против окисления проводится по двум методам: по ГОСТ981-75 (метод ВТИ) и по МЭК-74 (метод МЭК).
Метод ВТИ. Метод заключается в искусственном окислении масла в приборе ВТИ под воздействием кислорода при повышенной температуре в присутствии медного катализатора. Затем определяют кислотное число и содержание осадка в окисленном масле, а также количество летучих низкомолекулярных кислот, образовавшихся в начальный период окисления. Стабильность против окисления определяют как средние арифметические значения двух параллельных определений из двух испытательных сосудов и количество летучих кислот из двух ловушек.
Метод МЭК. В данном методе применяют окислительные и поглотительные стеклянные сосуды, нагревательное устройство, реактивы и материалы в соответствии с МЭК 474, разделы 3 и 4. Перед испытанием проба масла подготавливается с помощью фильтрации через пористый стеклянный фильтр. Определение стабильности заключается в искусственном окислении масла в приборе МЭК под воздействием кислорода при повышенной температуре в присутствии медного катализатора. Затем определяется индукционный период окисления, измеряя время, затраченное на образование летучих кислот в количестве, соответствующем кислотному числу 0,28 мг КОН/г. Образование летучих кислот фиксируют визуально по изменению окраски щелочного раствора с индикатором-фенолфталеином в поглотительном сосуде при его нейтрализации. Стабильность против окисления определяют как продолжительность индукционного периода окисления масла, выраженную в часах не менее 120 час (рис. 9).
Определение температуры застывания
Для оценки низкотемпературных свойств трансформаторного масла производят определение температуры его застывания в соответствии с ГОСТ 20287-92 [3-6].
Отобранная проба в объеме 100 мл перед испытанием осушается, а затем нагревается до температуры 45°С. Масло не должно содержать воды более 50 г/т.
Температуру застывания определяют при охлаждении масла с заданной скоростью до температуры, при которой оно теряет свою текучесть. Температуру застывания определяют как температуру, при которой масло при горизонтальном положении прибора остается не-
подвижным в течение 5 с при испытаниях по методу А (п. 1.1 ГОСТ 20287-92) или как среднеарифметическое значение температуры двух параллельных испытаний по методу Б с определением подвижности масла в соответствии с требованиями п. 2.3.4 ГОСТ 20287-92.
Рис. 9. Прибор АПСМ-1М для определения стабильности масла против окисления Определение температуры вспышки
Определение температуры вспышки трансформаторного масла в закрытом тигле необходимо для обнаружения в оборудовании процессов разложения масла и является критерием фракционного состава масла (рис. 10). Определяется по ГОСТ 6336-75 [3-6].
Рис. 10. АТВ-20 - аппарат для определения температуры вспышки в закрытом тигле
по методу Пинского-Мартенса
Отобранная проба в объеме 100 мл перед испытанием должна быть осушена. Прибор для определения вспышки должен быть установлен в таком месте, где нет движения воздуха, или закрыт экраном с трех сторон и затенен, чтобы хорошо наблюдать вспышку. Масло нагревают в закрытом тигле с постоянной скоростью при непрерывном перемешивании до температуры, при которой смесь паров и газов с воздухом, образовавшихся на поверхности масла, вспыхивает от источника зажигания, однако не приводит к его постоянному горению. При испытаниях контролируют барометрическое давление с целью вычисления поправки.
Температуру вспышки определяют по формулам (п. 4.1 ГОСТ 6336-75). Окончательным результатом является среднеарифметическое значение двух параллельных испытаний. Если температура вспышки не соответствует норме или произошло ее снижение более чем на 6°С по сравнению с предыдущим испытанием, качество масла считается неудовлетворительным.
Определение содержания водорастворимых кислот
Степень старения масла определяется содержанием водорастворимых кислот в соответствии с ГОСТ 6307-75 [3-6]. Объем пробы 100 мл. Перед испытанием дистиллированная вода и бензин проверяются на нейтральность по воздействию на индикаторы (метиловый оранжевый и (или) фенолфталеин) или с помощью рН-метра (рис. 11).
Определение водорастворимых кислот в масле заключается в их извлечении из масла дистиллированной водой и определении реакции водной вытяжки рН-метром. Качество масла считается удовлетворительным, если реакция водной вытяжки кислая или щелочная.
Определение содержания осадков и растворенного шлама
Сущность метода заключается в определении количества и характера осадков, которые выделяются из масел, находящихся в эксплуатации, при их разбавлении нормальным гептаном [3-6].
Твердый осадок - это механические примеси, волокна, не растворимый в масле шлам, содержащиеся в масле, которые не растворяется в смеси равных количеств толуола, ацетона и этилового спирта (95%) после его выделения из масла с помощью Н-гептана.
Растворимый осадок - это потенциальный шлам (продукты старения масла и конструкционных материалов, загрязнения), содержащийся в масле в растворимом состоянии, который выделяется из него в виде осадка при разбавлении Н-гептаном. Потенциальный шлам растворяется в смеси равных количеств толуола, ацетона и этилового спирта (95%).
Определение суммы нерастворимого в масле осадка и растворимого осадка, осаждаемого гептаном, выполняется в следующей последовательности. Если в масле визуально виден осадок, пробу тщательно перемешивают до равномерно взвешенного состояния. Масло 10 г помещают в цилиндр с притертой пробкой и разбавляют Н-гептаном из расчета 10 мл на 1 г масла. Содержимое перемешивают и оставляют в темном месте на сутки при температуре окружающей среды для выделения осадка.
Если при этом образуется осадок, раствор фильтруют через тарированный обеззолен-ный фильтр (синяя лента). Фильтр и осадок промывают гептаном до полного удаления следов масла. Гептану дают возможность испариться, затем просушивают фильтр с осадком в сушильном шкафу в течение часа при температуре 100-110°С, охлаждают в эксикаторе, взвешивают и рассчитывают количество осадка в процентах к массе взятого масла.
Определение содержания механических примесей
Испытания могут выполняться двумя методами [3-6]:
Первый метод заключается в фильтровании разбавленного в бензине масла с последующим промыванием, высушиванием и взвешиванием осадка на фильтре по ГОСТ 6370-83 или публикации МЭК 475. Методика определения механических примесей весовым методом аналогична методике определения осадков (твердого осадка).
Применяемый бензин должен быть предварительно двукратно профильтрован через фильтр «синяя лента». 100 г масла помещают в стакан объемом 500 мл и разбавляют бензином в пропорции 1:3 при комнатной температуре, перемешивая стеклянной палочкой. Затем содержимое стакана фильтруют через бумажный или стеклянный фильтр и промывают чистым растворителем в соответствии с п. 3.2 ГОСТ 6370-83. После окончания промывки фильтр доводят до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105±2°С.
За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение двух параллельных испытаний. Массовая доля механических примесей до 0,005% оценивается как их отсутствие. На рисунке 12 показан прибор КПН-01м для определения механических примесей в масле. При наличии примесей масло должно быть очищено или заменено.
Второй метод заключается в определении гранулометрического (дисперсного) состава
I
Рис. 11. Прибор рН-метр 827 lab
частиц, содержащихся в пробе масла, с использованием автоматических счетчиков частиц АЗЖ-915, согласно ГОСТ 17216-71 и МЭК 970.
Класс промышленной чистоты является критерием оценки степени загрязненности масел, определения причин ухудшения их диэлектрических свойств и эффективности действия маслоочистительного оборудования.
Рис. 12. Прибор КПН-01м для определения механических примесей в масле
Таким образом, осуществляется диагностика не только масла, но и электрооборудования.
Перед проведением испытаний ячейка анализатора АЗЖ-015 промывается чистым бензином класса не выше 6. Бензин для промывки очищается с помощью фильтров «Владипор» типа МФАС-Г или нитроцеллюлозных мембранных фильтров № 4 или № 5.
Проба масла объемом 120 мл заливается в измерительную ячейку АЗЖ-915. Затем создают устойчивое разрежение в стакане ячейки с помощью вакуумной аппаратуры. При достижении оптимальной скорости протекания анализируемой жидкости через оптический датчик на дисплее АЗЖ-915 отсутствует индикация нарушения режима анализа. При достижении уровня масла отметки 100 мл в конусной воронке измерительной ячейки включают переключатель «АНАЛИЗ» на панели дисплея АЗЖ-915, и анализатор осуществляет автоматический подсчет частиц по фракциям. После истечения всей пробы через оптический датчик анализатор автоматически прекращает анализ. Результат высвечивается на дисплее анализатора.
За результат испытаний принимают среднеарифметическое значение содержания частиц по фракциям двух параллельных испытаний. За неудовлетворительный результат принимают наибольшее значение класса промышленной чистоты любой фракции с классификацией по ГОСТ 17216-71.
Содержание серы
Содержание серы определяется по ГОСТ 19121-73, «Нефтепродукты. Метод определения содержания серы сжиганием в лампе». Сущность метода заключается в сжигании нефтепродукта в лампе в чистом виде или после разбавления растворителем с последующим поглощением образовавшихся оксидов серы раствором углекислого натрия и титрованием осадка соляной кислотой [3-6].
Содержание серы в изоляционной жидкости ответственно за ее коррозионное свойство. Общая сера или сера меркаптанов (сернистые аналоги спиртов общей формулы ЯБИ) взаимодействует с медными проводниками, образуя проводящий сульфид меди, который распространяется с маслом и оседает на изоляционных материалах.
Отечественные и зарубежные трансформаторные масла содержат минимальное количество серы (от сотых долей до 0,2% массы). Поэтому в ГОСТ и ТУ, а также в рекомендациях МЭК содержание серы не регламентируется.
После проведения всех испытаний трансформаторного масла должен быть оформлен протокол испытаний соответствующей формы.
Результаты проведенного анализа позволяют сделать следующие выводы:
1. Трансформаторное масло в процессе его эксплуатации теряет свои электроизоляционные свойства, поэтому необходим постоянный контроль качества масла в эксплуатации.
2. Существующие в настоящее время методики контроля качества масла позволяют в
полном объеме определить качество масла и пригодность его к использованию.
3. Применяемые приборы и аппараты для реализации методик контроля качества масла удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям.
Примечания:
1. РД 34.45-51.300.97. Объем и нормы испытания электрооборудования. 7-е изд. Москва: ЭНАС, 2001. 255 с.
2. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. Москва: ЭНАС, 2004. 301 с.
3. Методические указания по эксплуатации трансформаторных масел. РД 34.43.105-89. Москва, 1990. 47 с.
4. Техническая диагностика и мониторинг технического состояния трансформаторного оборудования: монография / Г.А. Кириллов, А.Б. Варенов, Я.М. Кашин [и др.] / под общ. ред. Г. А. Кириллова. Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2016. 378 с.
5. Кириллов Г.А., Кашин Я.М. Эксплуатация электрооборудования. Ч. 3. Контроль технического состояния электрооборудования с выводом в ремонт: учеб. пособие. Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2017. 301 с.
6. Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования / под ред. Ф.Л. Когана. Москва: Энергосервис, 1990. 493 с.
References:
1. Working documentation RD 34.45-51.300.97. Volume and electric test standards. 7 ed. M.: ENAS, 2001. 255 pp.
2. Rules of technical operation of power plants to consumers. M.: ENAS, 2004. 301 pp.
3 Methodical instructions on operation of transformer oil. Working documentation RD 34.43.105-89. M., 1990. 47 pp.
4. Technical diagnostics and monitoring of technical condition of transformer equipment: monograph / G.A. Kirillov, A.B. Varenov, Ya.M. Kashin [et al.] / under the general editorship of G.A. Kirillov. Krasnodar: KubGTU Publishing House, 2016. 378 pp.
5. Kirillov G.A., Kashin Ya.M. // Maintenance of electrical equipment. Pt. 3. Inspection of electrical equipment with the conclusion of the repair: a manual. Krasnodar: KubSTU Publishing House, 2017. 301 pp.
6. A collection of manuals on monitoring of electrical equipment / ed. by F.L. Kogan. M.: Energoservis, 1990. 493 pp.
