5.6.1. Испытания изоляционных масел

Испытания изоляционных масел подразделяются на 3 катего­рии:

1. испытания на электрическую прочность, которые включают в себя определение пробивного напряжения, механических примесей, взвешенного угля, осадка и цвета масла.

2. сокращенный анализ включающий определение температуры вспышки, кислотного числа, реакции водяной вытяжки и показателей, перечисленных в п.1.

3. полный анализ, включающий определение таких, как удель­ный вес, вязкость, содержание золы, серы, натровая проба, темпера­тура застывания, стабильность против окисления, величина тангенса диэлектрических потерь, а также показателей, приведенных в п.2.

Все масла, поступающие на станцию можно разделить на сле­дующие группы:

- свежие масла, т.е. не бывшие в работе;

- чистые сухие масла, т.е. бывшие в работе, но прошедшие цикл осушки и фильтрации;

• эксплуатационные масла, залитые в действующее оборудова­ние;

• отработанные масла, т.е. масла, изъятые из обращения ввиду не­соответствия одного или нескольких параметров на чистое сухое масло, такое масло может быть улучшено только путем генерации.

Допускается смешение масел или его доливка в оборудование в количестве масла, не превышающего 5% объема масла, залитого в ап­парат, причем эта смесь должна быть испытаниям по нормам свежего масла.

2. Физико-химические свойства трансформаторного масла

Температура застывания для выключателей - не выше -45°С.

Температура застывания для трансформаторов не нормируется.

Цвет масла - светло-желтый, что должно соответствовать 1 или 2 номеру по цветной таблице (в процессе эксплуатации может быть темно-коричневым). Цвет свежих масел нормируется, а находящихся в эксплуатации не является браковочным показателем. Определение цвета - путем сравнения цвета пробирки с испытуемым маслом с цве­том одной из 9 пробирок, заполненных маслами различного цвета (шкала Освальда).

Механические примеси могут появляться в маслах за счет:

- загрязнений и примесей, попавших в масло в результате раз­рушения материалов изоляции - угля, который образуется в масляных выключателях в результате горения электрической дуги;

- осадка - шлама, образующего при старении масла, в состав шлама входят компоненты как растворимые, так и нерастворимые, часть которых при понижении температуры могут выпадать в осадок.

Метод проверки - пробу масла, налитую в стандартную 0,5-лит­ровую банку с притертой пробкой встряхивают и просматривают на свет. При обнаружении большего количества мелких загрязнений, ко­торые трудно сосчитать масло направляется на центрифугирование.

Присутствие в масле взвешенного угля определяется следую­щим образом: стандартную четырехугольную банку типа донорской с нанесенными на одной стороне черной тушью линиями толщиной 1, 0,5 и 0,1 мм помещают в прибор и рассматривают эти линии при осве­щении через щель толщиной в 4 мм, причем глаз наблюдателя нахо­дится на расстоянии 50 см от линий, нанесенных на стекле банки. Если через слой масла видны все 3 линии то содержание углерода в масле отсутствует, что соответствует 1 баллу. Если линия 0,5 мм видна не четко, а линия 1 мм четко то содержание углерода -2 балла, если же линия 0,5 мм не видна, то содержание углерода равно 3 балла. Отбра­ковка производится следующим образом: если масло с содержанием углерода 1 балл, то оставляется в эксплуатации, если 2 балла, то на­правляется на очистку с помощью фильтр-пресса, а если 3 балла, то должно быть заменено или восстановлено.

Наличие воды в масле: вода в масле может находиться в 3-х со­стояниях:

- растворенная или поглощенная изоляцией;

- в виде эмульсии (мельчайших капель);

- растворенная в масле, которая при изменении температуры пе­реходит во взвешенное состояние.

Проверка на влагу выполняется при нагреве пробирки масла с термометром в масляной бане и производят наблюдение за маслом до температуры 150°С. Если в масле есть влага, то масло потрескивает, пенится, слой масла на стенках пробирки мутнеет.

Электрическая прочность масла. Если к диэлектрику приложить напряжение и начать его повышать, то при определенном напряжении сопротивление его падает до нуля и через него проходит ток большой величины в виде искры или дуги. Эта величина напряжения и называ­ется пробивным напряжением. На величину пробивного напряжения наибольшее влияние оказывает наличие в масле воды. Опыт показал, что скорость подъема напряжения должна быть постоянной и задан­ной. Испытания на пробой производятся по стандартным требованиям с помощью определенной формы электродов в ванночке, которая пе­ред испытаниями промывается чистым сухим маслом. Проба на про­бой должна находиться в помещении, пока температура масла не срав­няется с температурой помещения. Потом масло заливается в ванночку и после 10-минутной выдержки (чтобы всплыли на поверхность пу­зырьки масла) включают аппарат для пробоя и поднимают напряжение со скоростью 2 кВ/сек до пробоя (искры). Опыт повторяют 5 раз с тем, чтобы величину пробивного напряжения определить, как среднюю величину 5 величин. Если хотя бы одна резко отличается от осталь­ных, то выполняется 6-й пробой. Напряжение пробоя должно быть не менее 45 кВ.

Температура вспышки масла - это температура, при которой пары масла, нагретого в закрытом сосуде, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении пламени. Чем ниже температура вспышки, тем больше в масле летучих компонентов. При нормальной работе аппаратов и трансформаторов температура вспышки медленно растет из-за испарения легких фракций, однако, если она резко умень­шается, то это сигнализирует о том, что в масле слишком много рас­творенных газов легких фракций. Проверку выполняют следующим способом: масло наливают в сосуд прибора, закрывают крышкой, вставляют термометр и помещают его в нагревательную ванну, кото­рая находится в таком месте лаборатории, где нет движения воздуха, для лучшей защиты прибора от движения воздуха его окружают щит­ками или помещают в ящик. Прибор с маслом медленно со скоростью 5-8°С/мин, периодически помешивая. При температуре на 30°С ниже предполагаемой температуры вспышки, скорость нагревания умень­шают до 2°С/мин, при температуре на 10С ниже ожидаемой, испыта­ния начинают проводить через 2°С, перемешивая при этом масло ме­шалкой. За температуру вспышки принимается температура термо­метра, при которой появляется синее пламя на поверхности масла.

Кислотное число - называется количество миллиграммов едкого калия КОН в миллиграммах необходимого для нейтрализации всех свободных кислот в 1 г масла. Испытание проводится следующим об­разом: в колбу емкостью 150-250 мл берут навеску испытуемого масла с точностью до 0,01 г. В другую такую же колбу наливают спирто–бензольную смесь в количестве 50 мл , состоящую из 1 части 95-96° спирта-ректификата и 4-хчастей чистого бензола и нейтрализуют эту смесь несколькими каплями (из микробюретки) 0,05 нормального рас­твора едкого натра (на нейтрализацию 50 мл смеси должно расходо­ваться не более 0,01 мл раствора КОН) до появления слабого фиолето­вого цвета. Затем этот нейтрализованный раствор вливают в колбу с навешенным испытуемым маслом, размешивают и титруют 0,05 нор­мальным спиртовым раствором едкого калия до изменения исходной окраски раствора. Кислотное число испытуемого масла в мг КОН на 1 г масла высчитывают по формуле:

К = V Т/g,

где: К - кислотное число, мг КОН/г;

V - объем 0,05 н.раствора КОН употребленного на титрирование навески масла;

Т - титр 0,05 н.раствора КОН;

g - навеска масла, г.

Проводятся два испытания и кислотное число определяется как среднее арифметическое двух параллельных определения при этом расхождение не должно превышать при этом:

• при кислотном числе масла до 0,1 мг - не более 0,01 мг/г;

• при кислотном числе масла до 1,0 мг - не более 0,05 мг/г;

• при кислотном числе масла более 1,0 мг - не более 0,1 мг/г.

Определение содержания водорастворимых кислот и щелочей.

Они могут попадать в масло 2-мя путями: при производстве масла и в результате окисления масла при эксплуатации. Водораство­римые кислоты являются агрессивными соединениями, которые вызы­вают коррозию металла и старение изоляции. Содержание в маслах водорастворимых (низкомолекулярных) кислот КОН на 1 г масла оп­ределяется по формуле:

K_b = (V₁-V₂)  T/25,

где: К_в - содержание водорастворимых кислот, мг;

V_I - объем раствора КОН израсходованный на титрирование 25 мл водной вытяжки масла, мл;

V₂ - объем 0,025 нормального раствора КОН, пошедшего на нейтрализацию 25 мл дистиллированной воды, мл;

Т - титр, 0,025 раствора КОН, мг КОН/ мл.

Измерения проводятся следующим образом: в колбу 250 мл бе­рут навеску масла 75, взвешенную с точностью до 0,01 г, затем добав­ляют 75 мл дистиллированной воды и нагревают до температуры 70-80°, после чего взбалтывают в течение 5 минут и дают отстояться, по­сле отстаивания пипеткой берут 25 мл водной вытяжки и заливают в колбу 100 мл, куда добавляют 3 капли индикатора фенолфталеина и титрируют из микробюретки 0,025 нормальным раствором КОН до появления бледно-розового окрашивания, который должен не исчезать 2-3 минуты. Параллельно с этим проводится титрирование 25 мл дис­тиллированной воды, нагретой до 70-80°С тем же 0,025 нормальным раствором КОН в присутствии индикатора фенолфталеина. Число мг 0,025 раствора, расходованного на нейтрализацию дистиллированной воды, вычитается из количества 0,025 н.раствора КОН, которое было израсходовано при нейтрализации вытяжки из масла.

Плотность это плотность масла при температуре 20°С по отно­шению к плотности воды при температуре 4°С. При эксплуатации же­лательно, чтобы плотность масла была как можно меньше, но так как в масле образуются осадки, уголь и вода, то они быстрее осядут на дно, если плотность масла невелика. Плотность масла при температуре 20°С принимается равной 0,856-0,890. Плотность масла определяется с помощью ареометра (нефтеденсиметром), для чего опускают в масло и берут показания по верхнему краю мениска. Затем высчитывается по­правка на нужную температуру.

Вязкость масла определяет способность масла к отводу тепла из трансформатора поэтому она должна быть как можно меньше, что и определяет подвижность масла. Этот параметр важен коммутационных аппаратов, чтобы масло оказывало меньшее сопротивление движу­щимся частям выключателя. Вязкость определяется с помощью виско­зиметра, т.е. прибора с калиброванным отверстием, через которое ис­текает дистиллированная вода объемом 200 см³ при 20°С за 50-52 сек.

Зольность определяется только в свежих маслах.

Сернистость - это содержание серы в масле, которое отрица­тельно влияет на коррозию металлов и сильно увеличивает переход­ное сопротивление контактных соединений выключателей. Определя­ется она качественно путем наблюдения за изменением цвета пла­стинки из чистой электротехнической меди, которая находится в ис­пытуемом масле и нагревается до температуры 85°С в течение 12 ча­сов.

Устойчивость масла против окисления и шламообразования – наиболее важная характеристика, которая определяет срок службы масла в эксплуатации. Основной показатель - это способность масла образовывать водорастворимые кислоты в начале старения. Это опре­деление производится путем нагрева масла в течение 6 часов при 120° и непрерывном пропускании через масло воздуха со скоростью 50 мл/мин. Если масло не выдерживает это испытание, то определения общей стабильности можно не проводить. Общая стабильность произ­водится при нагреве масла в течение 14 часов при температуре 120° и непрерывном пропускании через масло кислорода со скоростью 200 мл/мин.

Тангенс угла диэлектрических потерь определяет степень за­грязнения масла и его старения. Присутствие воды в масле приводит к повышению тангенса угла диэлектрических потерь, который приво­дит к ухудшению изоляционных характеристик. Измерение тангенса потерь выполняется с помощью сосуда с цилиндрическими электро­дами, куда наливается проба масла и производится замер тангенса потерь при напряженности электрического поля не менее 1 кв/мм при 20° и 70° с помощью моста переменного тока (при расстоянии между электродами 2 мм напряжение должно быть 5 кВ) и затем полученные измерения сравниваются с допустимыми нормами при этих темпера­турах. Если масло не проходит по нормам, оно должно быть подверг­нуто восстановлению - обработке его в емкостях, наполненных специаль­ной отбеливающей землей в виде крупки с зернами 3-6 мм.