Комплекс SVM 3001 и Abbemat для трансформаторных масел

Трансформаторные масла выполняют две важные функции: являются.электрическим изолятором и охлаждающей жидкостью для трансформатора. Эффективное охлаждение увеличивает срок службы трансформатора, поэтому охлаждающая жидкость должна быть способна отводить максимальное количество тепла от трансформатора.

Кроме того, углеродный состав трансформаторных масел также является важным параметром . Критические эксплуатационные свойства трансформаторных масел коррелируются с углеродным составом. Для определения углеродного состава изоляционных масел нефтяного происхождения используется стандартная практика ASTM D2140 (метод VGC-ri; вязкостно - гравитационная постоянная-перехват преломления) "Расчет углеродного состава изоляционных масел нефтяного происхождения".

• кинематическая вязкость при 37,78 °C (100 °F) (получена с помощью SVM 3001)
• коэффициент преломления при 20 °C (полученный с помощью рефрактометра)
• плотность при 20 °C (рассчитывается по функциям API с помощью программного обеспечения SVM)
• удельный вес при 15,56 °C (60 °F; рассчитывается с помощью функций API программного обеспечения SVM)

• вязкость-гравитационная постоянная (VGC) в соответствии с ASTM D2501, рассчитанная по удельному весу (SG) при 15,56 °C (60 °F) и кинематической вязкости при 37,78 °C (100 °F)
• перехват преломления (рассчитывается по показателю преломления при 20 °C (68 °F) и по плотности при 20 °C (68 °F)

В этой статье подробно описывается, как тестировать масла с помощью SVM 3001 (в соответствии с ASTM D7042, D4052 и D2501) в сочетании с рефрактометром Abbemat  Anton Paar  для получения углеродного состава в соответствии с ASTM D2140.

2. Какое оборудование применялось?

Для измерения вязкости и плотности использовали вискозиметр-плотномер Штабингера SVM 3001.

Для измерения коэффициента преломления использовали Abbemat 550, подключенный через интерфейс CAN, как модуль, к SVM 3001

3. Какие образцы были измерены?

В таблицах приведены результаты измерения вязкости двух изоляционных масел, соответствующих требованиям стандартов ASTM D3487 и IED60296 (Ред. 3). Оба масла измерены при температуре -30 °C, где Nytro 10XN имеет более строгую низкотемпературную спецификацию кинематической вязкости, приведенную в его техническом паспорте, как указано в IEC 60296.

Таблица 5: Кинематическая вязкость в соответствии со спецификациями ASTM D3487.

Таблица 6: Кинематическая вязкость двух изоляционных масел в соответствии со спецификациями IEC60296.

6. Заключение

Комплекс SVM 3001 с Abbemat идеально подходит для определения углеродного состава и низкотемпературной вязкости изоляционных масел при условии выполнения всех требований в соответствии с разделом 4 "Измерения"

Большинство трансформаторных масел на минеральной основе, как правило, получают путем фракционной дистилляции и последующей гидроочистки. Существует две основные группы: нафтеновые и парафиновые изоляционные масла. 

Кроме того, можно различать ингибированные и свободные масла. Ингибированные масла содержат присадки, которые улучшают свойства масла, такие как депрессоры температуры застывания, ингибиторы коррозии и многое другое. 

Нафтеновые масла обладают отличным поведением при низких температурах (например, низкой вязкостью), в то время как парафиновые масла имеют более высокую температуру застывания из-за их воскообразного содержания. Так парафиновые масла нуждаются в снижении температуры застывания, если они используются при низкой температуре.

В то же время существуют и другие типы изоляционных масел, например синтетические сложные эфиры или натуральные сложные эфиры, но они не рассматривались в данной статье.

Анализ углеродного состава выражает среднее количество атомов углерода, которые встречаются в ароматических, нафтеновых и парафиновых структурах, определяя процент атомов углерода в ароматических кольцевых структурах (%CA), процент в нафтеновых кольцевых структурах (%CN) и процент в парафиновых цепях (%CP). Существует несколько корреляций физических свойств для анализа типа углерода.

Помимо метода VGC-ri (вязкостно - гравитационная постоянная-перехват преломления) в соответствии с ASTM D2140 существует еще одна эмпирическая процедура, которая используется в основном для технологических масел, метод n-d-M (показатель преломления – плотность – средняя относительная молекулярная масса), стандартизированный как ASTM D3238. См. AP Отчет о применении "Распределение по типу углерода нефтяных масел с помощью SVM 4001 и Abbemat",

Doc. No. D89IA012EN, доступен в Экстранете AP.

“Стандартная процедура расчета углеродного состава "Состав изоляционных масел нефтяного происхождения”. Она предназначена для использования со свежими маслами, ингибированными или не ингибированными, и применяется к маслам со средней молекулярной массой от 200 до более 600 и от 0 до 50 ароматических атомов углерода.

Вязкость, плотность, относительная плотность (удельный вес) и показатель преломления являются единственными экспериментальными данными, необходимыми для использования этого метода. Из этих измеренных свойств путем расчета получают Вязкостно-Гравитационную Постоянную (VGC) и коэффициент преломления (ri).

Вязкостно-Гравитационная Постояннаяявляется полезной функцией для приближенной характеристики вязких фракций нефти. Она относительно нечувствительна к молекулярной массе. Значения VGC около 0,8 указывают на образцы парафинового характера, значения, близкие к 1,0, указывают на преобладание ароматических структур. 

VGC рассчитывается по удельному весу и кинематической вязкости.

Минеральные масла классифицируются следующим образом:

Таблица 7: VGC минеральных масел.

Исходя из измеренной плотности и показателя преломления, перехват преломления рассчитывается в соответствии с формулами в ASTM D2140 (соответственно в соответствии с ASTM D2159). Расчетные значения VGC и r_i используются с приведенной ниже номограммой для корреляции этих параметров с составом типа углерода.

• Кинематическая вязкость при 40 °C и 100 °C (экстраполирована в соответствии с ASTM D341);
• Индекс вязкости (согласно ASTM D2270);
• Распределение по типу углерода и содержание ароматики в соответствии с ASTM D3238;
• Средняя молекулярная масса по ASTM D2502;
• Плотность при 20 °C;
• Спецификация API. Удельный вес15,56 °C (60 °F).

Трансформаторные масла действуют как охлаждающая жидкость и изоляционное масло. Помимо других свойств, вязкость является основным параметром, влияющим на теплопередачу и, следовательно, на повышение температуры внутри трансформатора. Чем ниже вязкость, тем легче масло может циркулировать, что улучшает теплопередачу. В зависимости от системы охлаждения трансформатора более высокая вязкость при низких температурах является критичным фактором для холодного запуска трансформатора, особенно для моделей с естественной циркуляцией масла. Отсутствие или плохая циркуляция может привести к перегреву в горячих точках, и это неблагоприятно влияет на скорость движущихся частей, таких как насосы или выключатели питания.

Как правило, масла с более высоким содержанием нафтеновых молекул будут снижать свою вязкость быстрее, чем масла с высоким содержанием парафиновых структур. Нафтеновые масла также обладают лучшим коэффициентом теплопередачи, чем парафиновые масла с аналогичной вязкостью при 40 °C. Кроме того, нафтеновые масла обеспечивают превосходное поведение при низких температурах, поскольку они имеют значительно более низкую температуру застывания по сравнению с парафиновыми типами. Это улучшает прокачиваемость холодного масла и позволяет запускать трансформатор при минимально возможной температуре.

Производители таких масел указывают в своих паспортах продукции помимо других параметров также кинематическую вязкость при различных температурах (которая должна соответствовать спецификациям в соответствии с несколькими стандартами) и часто индекс вязкости в качестве показателя вязкостно-температурного поведения масла.
Пределы вязкости определены в стандартах ASTM D3487 и IEC 60296 (ред. 3).:

** Стандартная LCSET для низкотемпературного масла распределительных устройств. Кинематическая вязкость не должна превышать 400 мм2/с на LCSET.