Изоляционные масла

и

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАСЛА,  жидкие или мазеобразные вещества с высокими электроизоляционными свойствами, применяемые в электрических установках, линиях и приборах как заполнители воздушных полостей и пор, с целью увеличить электрическую крепость в местах значительного электрического градиента, повысить теплоотдачу, ускорить гашение возникающих искр и дуг и преградить доступ воздуху и влаге. В качестве изоляционных масел употребляются гл. образом различные углеводороды и особенно - погоны нефти. Хотя не все применяемые с этой целью вещества имеют маслянистый характер, но вследствие однородности технической функции естественно распространить название изоляционных масел с минеральных масел также на реже применяемые вещества иного характера. Промышленное применение изоляционное масло ведет свое начало с 1891 г., но до сих пор, несмотря на громадный объем электромасляного хозяйства электропромышленности, основные начала этого применения еще не вполне установились, отчасти вследствие сложности химического состава изоляционных масел, их малой стойкости и сложности условий их службы (длительный нагрев, действие переменного поля, присутствие катализаторов - металлов, солей, кислот, мелкораздробленных механических примесей, влаги, воздуха). Наиболее широко потребление изоляционных масел в больших трансформаторных и выключательных установках, при производстве кабелей высокого и низкого напряжения; Изоляционные масла идут в последнем либо в чистом виде как заливка (кабель Пирелли) и как пропитка бумажной изоляции, либо в смеси с канифолью как пропитка. Изоляционные масла применяются также в масляных конденсаторах, при дуговой генерации полей высокой частоты, в трансформаторах напряжения, измерительных, рентгеновских и т. д., при пропитке дерева, тканей, пряжи, картона, бумаги. По своему значению в электропромышленности изоляционные масла среди прочих изоляционных материалов занимают, вероятно, первое место, и потому на методы их испытания и нормирование технических условий в настоящее время обращено особенное внимание.

Технические условия. Общие основания технических условий на изоляционные масла вытекают из их технических функций. 1) Изоляционные масла должны оказывать достаточное сопротивление в тех случаях, когда градиент поля ведет к образованию короны или пробоя; удовлетворение этого основного технического условия достигается при надлежащем составе масла, при отсутствии влаги, пыли, волокон, осадков, кислот и т. п. 2) В мощных и емких установках изоляционные масла должны как можно больше способствовать охлаждению токопроводов и вообще всех теплоисточников, что достигается значительной теплоемкостью и теплопроводностью (например, теплопроводность германских изоляционных масел около 0,0003 cal·см/см2·°С·сек.), а главное хорошей конвекцией, которая возможна при малой вязкости изоляционных масел. В малых или маломощных установках, где в теплоотдаче нет надобности, а равно в пропитанных изоляционными маслами кабелях, где конвекция невозможна, малая вязкость изоляционных масел необязательна и м. б. даже нежелательна. 3) Требование достаточной вязкости изоляционных масел при всех условиях службы, а также необходимость сохранять при всех условиях одно и то же строение изолирующей среды (например, в кабелях), предполагает температуру отвердения изоляционных масел, лежащую ниже наиболее низкой по условиям службы температуры внешней среды. 4) Нагрев установок, как от внешних, так и от внутренних причин выдвигает для изоляционного масла и каждой из его составных частей требование малой испаряемости и высоких точек кипения и вспышки. 5) Ввиду значительной стоимости изоляционных масел и нежелательности установок большого объема, перерыва работ при замене изоляционного масла свежим, оно д. б. как можно более стойким и сохраняться долгое время. 6) По тем же причинам в виду ценности заполняемых изоляционными маслами установок и в виду аварий, могущих возникнуть при нарушении правильного хода их службы, изоляционное масло должно быть при всех наличных условиях службы по возможности инертным по отношению к поверхностям установки, с которыми оно соприкасается, и вместе с тем и само не должно изменяться от этого соприкосновения; в некоторых случаях, когда неизменяемости изоляционного масла требовать невозможно (например, в выключателях, в дуговых генераторах), приходится, по крайней мере, искать наиболее стойкие изоляционные масла. 7) Неся свою службу по большей части при высокой температуре и в присутствии искровых разрядов, изоляционные масла как горючие жидкости представляют опасность в пожарном отношении, и отсюда является требование возможно более высокой температуры вспышки. 8) Ввиду больших количеств изоляционных масел, требуемых в крупной установке, не безразличен вопрос их цены, исключающий ряд веществ, которые могли бы удовлетворить техническим условиям в других отношениях. 9) Наконец, в виду образования паров изоляционных масел при выборе должны быть также приняты в расчет требования охраны труда.

Виды и состав изоляционных масел. В качестве изоляционных масел применяются весьма различные вещества. На первом месте стоят различные погоны нефти, из которых особенное значение приобрели трансформаторные и выключательные масла типа легких веретенных, специальной очистки. Свойства этих масел существенно разнятся между собой в зависимости от состава нефти, из которой они были выделены, и от производственного процесса: масла нафтеновых, парафиновых и асфальтовых нефтей имеют свои существенные особенности. Из нефтяных продуктов в качестве изоляционных масел применяются в разных случаях темные цилиндровые масла, петролаты, керосин, изредка бензин. На втором месте стоят смоляные продукты: смоляное масло, применяемое в трансформаторах (но не в выключателях), особенно германской промышленностью, в отдельных случаях - скипидар; в состав кабельной пропитки входит канифоль. Иногда применяются растительные и животные масла. Известно также применение буроугольного и каменноугольного масел; последнее идет в необработанном виде, гидрированным и выделенным из сырого после окисления последнего смесью двухромовокислого и марганцевокислого калия. Предлагались в качестве изоляционных масел также смеси из тетрахлорэтана или эпихлоридина с органическим основанием, например, анилином или диметиланилином, обезвреживающим кислые продукты разложения. В некоторых случаях применяется четыреххлористый углерод и спирт.

Состав изоляционных масел чрезвычайно разнообразен в зависимости от рода исходного сырья и даже в пределах нефтяных масел, меняется соответственно месторождению нефти и способу ее обработки, в зависимости от подвергнутого очистке погона, условий и срока работы масла и т. д. Практически наибольшее значение получили: флуоресцирующие голубым или фиолетовым цветом изоляционные масла из бакинских нефтей на основании циклических соединений - нафтенов общей формулы СnН2n и полинафтенов общих формул СnН2n-2, СnН2n-4 и т. д.; флуоресцирующее зеленым цветом изоляционное масло из пенсильванской нефти на основании алифатических углеводородов - парафинов (СnН2n+2); изоляционные масла из некоторых американских, индийской и других нефтей на смолистом (асфальтовом) основании (приблизительного состава С25Н38О4; менее распространены смоляные и буроугольные масла. Кроме указанных главных составных частей, изоляционные масла содержат также ароматические углеводороды СnН2n-6 и непредельные - олефиновые (СnН2n), ацетиленовые (СnН2n-2), терпеновые (С10Н16) и т. д., а в случае неполной доброкачественности - различные примеси.

Смоляные масла получаются из канифоли при сухой перегонке на голом огне. До 300° идет пинолин, а выше 300° - тяжелое смоляное масло. Оно отличается легкой осмоляемостью и в тонком слое, под действием 24-часового нагрева до 50°, затвердевает или становится клейким; от минеральных масел отличается характерным запахом, вкусом, более легкой испаряемостью и более низкой вспышкой (табл. 1), несмотря на удельный вес 0,9—1,1.

Испаряемость и вспышка смоляных и минеральных масел

Его можно отличить также от минерального масла по цветным реакциям: красному окрашиванию при встряхивании с равным объемом серной кислоты, удельным весом 1,6 (реакция Гольде), красно-фиолетовому окрашиванию смеси из масла с уксусным ангидридом по 1 см3 при прибавлении одной капли серной кислоты (реакция Шторха-Либермана) и фиолетовому окрашиванию масла или его раствора в сероуглероде при прибавлении одной капли четыреххлористого (или бромистого) олова. Однако эти реакции предполагают несовершенную очистку смоляного масла. Другие различающие признаки сопоставлены в табл. 2.

Характерные числа смоляных и минеральных масел

Неочищенное смоляное масло содержит 30% смоляных кислот, тетрагидроароматические углеводороды с насыщенными связями (гидрированные ретены).

Примеси. Посторонние примеси м. б. растворены в изоляционных маслах или же механически взвешены. Из числа первых особенно вредными признаются кислоты и соединения, содержащие активную серу и мыла.

Кислоты в изоляционных маслах могут быть минеральные, гл. обр. серная, как плохо нейтрализованный остаток очистки (эти кислоты недопустимы даже в виде следов). Из органических кислот в масле могут присутствовать нафтеновые и сульфонафтеновые, а также, особенно в работавших маслах, кислоты жирного ряда (уксусная, муравьиная, валериановая), причем содержание последних, при известных условиях, может быть значительным. Согласно нормам, содержание органических кислот ограничивается верхним пределом кислотного числа, устанавливаемым обычными химическими способами. Нормы этого верхнего предела сопоставлены в табл. 3, причем числа в скобках представляют значения нормы по пересчету.

Верхний предел кислотного числа изоляционных масел

Почти безразличная сама по себе, величина зольности служит гл. обр. мерой доброкачественности масла в отношении выделки и, до известной степени, в отношении стойкости при работе. Кроме того, гигроскопические нерастворимые соли могут образовать мостики при пробое. Предельная норма зольности в СССР установлена в 0,008%, в Германии и Швеции 0,001%, а в прочих странах зольность не нормирована.

Сера в изоляционных маслах может присутствовать в виде прочных соединений, сравнительно безвредных, и в виде соединений, легко ее отщепляющих, каковы: свободный сероводород, предельные алкилсульфиды (CnH2n+1)2S; тиофены, гидротиофены - так называемые тиофаны, - от C7H14S до C18H30S; и, наконец, - в свободном состоянии (кристаллическая и аморфная сера). В последних двух видах сера действует на металлической поверхности установок, особенно при длительном соприкосновении и нагреве. В некоторых странах (СССР, США, Великобритания, Италия, Франция) присутствие этой так называемой активной серы считается безусловно недопустимым, и потому предписывается производить качественное испытание на следы активной серы; в других странах (Бельгия, Германия, Испания, Норвегия, Швейцария, Швеция) не считают нужным отвергать изоляционное масла из-за ее присутствия.

Испытание изоляционных масел на серу ведется путем 8-часового прогрева медной пластинки при 100° в испытуемом масле или накладыванием на блестящую серебряную монету остатка от прокалки испытуемого масла с металлическим натрием.

Натровая проба. Степень очистки изоляционного масла определяется натровой пробой, состоящей в определении прозрачности испытуемого масла после омыления его в стандартных условиях едким натром и последующего добавления кислоты. Степень прозрачности и, соответственно, степень очистки оцениваются по трехбалльной системе.

Взвесь твердых частиц. В свежих маслах она состоит гл. обр. из обрывков и волокон фильтровальной бумаги фильтр-пресса и тонкой пыли адсорбера (силикагеля, флоридина или другой поглотительной глины), примененного при очистке масла. В работавших изоляционных маслах сюда еще присоединяются: диспергированные асфальтены и другие подобные образования; нерастворимые соли тяжелых металлов и кислот; продукты распадения изоляции (смолы, волокна обмоток и прокладки); пыль, затянутая «дыханием» трансформатора из помещений; сажа, карбоиды и карбены, образующиеся в трансформаторах при их пробое, а в выключателях - по условиям их нормальной службы.

Влага, присутствием которой чаще всего обусловливается мутность или белесоватость не постаревшего масла, ведет вместе с тем к крайнему ухудшению его качеств (электрической крепости, текучести, малой осмоляемости и т. д.). При наличии непредельных соединений в изоляционных маслах влага легко эмульгируется, и тончайшие капли ее могут оставаться взвешенными в масле неопределенно долгое время.

Общие физико-химические свойства. Сам по себе удельный вес изоляционного масла, при сравнительно малом различии отдельных его значений, не составляет важной константы, и знание его бывает нужно гл. обр. при различных аналитических подсчетах. Однако он может служить косвенным признаком разных других свойств, в частности - теплового расширения изоляционного масла, весьма важного как причина дыхания трансформаторов и в смысле хранения изоляционного масла. Тепловой коэффициент расширения нефтяных продуктов убывает вместе с удельным весом.

Цвет и прозрачность изоляционных масел частично характеризуют их служебные качества -  степень очистки, постарения, содержания влаги и т. д. и потому д. б. учитываемы при изучении изоляционного масла. Цвет изоляционного масла определяют при помощи одного из специальных колориметров (Штаммера, Штаммера-Шмита, Вильсона, Геллиге) с одноцветными окрашенными стеклами («марками») хромоскопа или хромометра Сейболта, колориметра Ловибонда (тинтометра) с разноцветными стеклами или же обычными колориметрами, в роде Дюбоска. Проверка марок делается по эталонному раствору чистого двухромовокислого калия в 5 %-ной серной кислоте. Основной раствор содержит 0,000644 % К2СrО4, и столб его при высоте 404,6 мм соответствует марке Su. W. Полная цветовая гамма между двумя марками получается при последовательном изменении содержания соли на 0,1%. Для темноокрашенных марок берутся растворы более концентрированные; например, 0,003068% для марки Р. W. Сопоставление марок и торговых обозначений цветов нефтепродуктов дано в табл. 4.

Торговые марки и обозначения цветов изоляционных масел

Испаряемость. В изоляционных маслах, как смесях веществ с различными температурами кипения могут находиться компоненты с низкой температурой кипения и если содержание их значительно, то такое масло, благодаря улетучиванию части своих компонентов, будет изменять свои свойства, в частности вязкость, уменьшать объем и даже может представлять опасность в пожарном отношении. Испытание изоляционных масел на испаряемость имеет задачей количественно установить содержание всех компонентов, кипящих до определенной температуры. Это испытание ведется путем весового определения потери массы маслом, прогреваемым в строго стандартизованных условиях. Стандартизации подлежат размеры и форма открытого сосуда, в который наливается навеска масла, температура, способ и время прогрева. Один из стандартных способов (в Германии и в СССР) предлагает вести испытание в течение 5 ч. в приборе Гольде на ванне из 38,8%-ного раствора NaCl (температура кипения около 107°) с обратным холодильником и слоем глицерина между фарфоровым стаканчиком и гнездом в ванне, а также в течение 2 ч. на анилиновой бане (температура кипения 184°). Английские технические условия рекомендуют 8-часовой прогрев на толуоловой бане (температура кипения 110°, что даёт температуру масла 100°) в приборе несколько иной конструкции. Американское общество испытания материалов разработало конструкцию вращающейся бани с электрическим обогревом, принятую также и в Англии; испытание ведется в течение 5 часов при 163°, причем прибор делает 5—6 об/мин. Наиболее простой способ предложен Джиллем: кружок фильтровальной бумаги определенного сорта и определенных размеров хорошо высушивают до постоянного веса, смачивают 8 каплями масла и, после определенного прогрева взвешивают для определения потери. Требования различных стран в отношении испаряемости сведены в табл. 5.

Нормы испаряемости изоляционных масел

Вспышка. Испытание на вспышку не представляет каких-либо особенностей (см. Вспышка). По нормам СССР и многих других стран, испытание ведется в закрытом сосуде с помощью прибора Мартенса-Пенского; в некоторых странах требуется испытание в открытом сосуде. В отношении температуры вспышки единообразие в требованиях различных стран, как показывает табл. 6, не достигнуто.

Нормы изоляционных масел

Воспламенение. Температура воспламенения изоляционных масел до известной степени предуказывается температурой вспышки; необходимо, однако, иметь в виду, что как вспышка, так и воспламенение веществ, подобных изоляционным маслам, может быть обусловлено не только их испарением, но и разложением при нагревании (крекинг), ведущим к образованию легко испаряемых продуктов. В действительной службе масел температура воспламенения зависит в значительной мере от устройства тех установок, в которых масло содержится. Поэтому в большинстве стран (СССР, США, Германия, Норвегия, Швейцария и Швеция) температура воспламенения вовсе не определяется. Смоляные изоляционные масла отличаются более низкими температурами вспышки и воспламенения.

Разложение масла дугой. Вспышка и взрыв продуктов, выделяющихся из изоляционного масла, находится в совершенно особых условиях при образовании в масле мощных разрядов и в особенности дуг. Физический механизм происходящих в этом случае процессов еще не выяснен, тем более что, кроме местного действия высокой температурой, здесь действуют как разлагающие агенты, электрическое поле большой силы и притом колебательного характера, ударная газовая ионизация, м. б. возникающая при этом лучистая энергия коротких волн и присутствие катализаторов. Действие высокой температуры, изученное несколько более прочих факторов, выражается в расщеплении целевых молекул, по схеме:

CnH2n à CmHn+k + CmHn-k

так что появляются, с одной стороны, молекулы, обогащенные водородом, а с другой -  обедненные и, следовательно, более непредельные; в частном случае может выделяться и просто водород. Наряду с расщеплением идет образование циклических соединений. Быстрое охлаждение, присутствие катализаторов или наличие газовой фазы ускоряют реакцию в том или другом направлении, так что получаются в качестве продуктов пиролиза с одной стороны водород, метан и углистое вещество, в виде дисперсной в масле сажи, а с другой - ароматических и полициклические углеводороды, а также их крайний предел - кокс. Смоляные изоляционные масла от воздействия дуги обугливаются сильнее, чем нефтяные, и потому в качестве выключательных они считаются непригодными.

Вязкость. В большинстве случаев применения от изоляционных масел требуется возможно малое внутреннее трение (η) или возможно большая текучесть (подвижность), характеризуемая величиною f = 1/η. Это требование вытекает из охлаждающей функции изоляционных масел, причем перенос тепла достигается конвекционными токами. Однако, большая текучесть идет антидромно температуре вспышки и воспламенения и синдромно электропроводности, так что требование большой текучести естественно ограничивается. При этом д. б. учитываемо изменение текучести от добавления к изоляционным маслам каких-либо примесей, и в частности при смешивании двух масел. Присутствие эмульгированных веществ, и в частности воды (до 0,5— 1%), мало изменяет вязкость смеси, но при изменении вязкости может получиться преувеличенное значение. Практически весьма важно изменение вязкости с температурой. Образующиеся в изоляционных маслах мыла повышают вязкость, и для загустения изоляционных масел предложено вводить суспензии или растворы солей кальция или магния при нагревании. Определение вязкости изоляционного масла производится с помощью одного из вискозиметров, причем, согласно нормам СССР, Бельгии, Германии, Испании, Италии, Норвегии, Швейцарии и Швеции, применяется вискозиметр Энглера, в США - Сейболта, в Англии - Редвуда; во Франции нет установленных норм. Пересчет с одного прибора на другой может производиться по таблицам или графически.

Огустевание масел. Быстрое нарастание вязкости изоляционного масла после снижения температуры до определенной области служит признаком поворота к огустеванию, т. н. затвердеванию. Отвердевание изоляционного масла ведет не только к повышению вязкости в тысячу и более раз, но и к глубокому изменению электрических свойств, особенно когда процесс застывания не дошел до конца и масло стало неоднородным. Тут обнаруживается значительное понижение электрической крепости и возрастание диэлектрических потерь. Застывание выключательных масел представляет еще большую опасность, т. к. механическая задержка подвижных частей выключателя ведет к более длительной дуге, к медленному заполнению образовавшегося пустого пространства (что опять делает дугу более длительной) и, наконец, к затрудненному выделению газов, которые при этих условиях образуются в особом изобилии. Все эти обстоятельства могут повести к взрыву выключателя. В кабелях отвердевание масла может представлять опасность вследствие изменения электрических свойств изоляции - повышения диэлектрических потерь и снижения электрической крепости; м. б. также не безразлично некоторое повышение диэлектрического коэффициента. Требования, предъявляемые к изоляционным маслам в отношении температуры отвердения в разных странах различны (табл. 7).

Нормы застывания изоляционных масел

Это различие объясняется не только климатическими условиями (для изоляционных масел, работающих в неотапливаемых помещениях, на открытом воздухе или под землей), но и экономическим соображениями. В СССР технические условия требуют температуру отвердения не выше —20°, но в отдельных случаях для установок на открытом воздухе эксплуатация ставит условием неотвердевание масел даже при —60°.

Постарение изоляционных масел. Образование осадков. Свойства изоляционных масел, несущих свою службу, с течением времени ухудшаются: масла «стареют», или, как говорят не совсем удачно, осмоляются, причем характер и скорость процесса постарения бывают весьма различны и зависят от конструкции и материалов заливаемой ими установки, условий работы, свойств и способов переработки масла. Постарение изоляционного масла выражается следующими внешними признаками: масло увеличивает свою вязкость, кислотность, а иногда - зольность, темнеет и из светло-желтого или желтого становится красно-бурым, нередко мутнеет, снижает свою электрическую крепость и изолирующую способность, увеличивает содержание воды, кислот, смол; вместе с тем, установка, как говорят, гудронируется: обмотки, магнитопроводы и другие части обрастают буро-коричневым асфальтоподобным слоем, препятствующим циркуляции изоляционного масла; на дне установки скапливаются осадки (ил, шлам) от желтого до бурого и даже черного цвета, вода, жирные кислоты (уксусная, муравьиная, валериановая). С течением времени, как показывает эксплуатационный и лабораторный опыт, эти признаки выступают ускоренным темпом, так что кривые образования подобных осадков или выделений сначала стелются вдоль оси времени, а затем начинают все круче подниматься кверху.

Согласно классификации Родмана, осадки изоляционных масел делятся на 3 группы: 1) Асфальтовые осадки, темно-коричневого или бурого цвета, происходящие от окисления масла; эти осадки не содержат т. н. свободного углерода, во многих случаях могут быть растворены керосином, спиртом и т. д. и, обладая изоляционными свойствами, не представляют непосредственной опасности в электрическом отношении, но могут причинить вред вследствие задержки циркуляции масла. 2) Мыловые осадки, от светлого до темно-бурого цвета, образующиеся из металлов установки (медь, железо, марганец, свинец) и кислот, имеющихся или возникающих в масле; эти мыла, обладая сродством к воде, непосредственно опасны. 3) Углистые осадки, черного цвета, происходящие от дуги и от короны в масле; дуга высокого напряжения дает тонкую пыль углистого вещества, сравнительно мало опасную; дуги низкого напряжения дают осадки в виде крупных хлопьев, сильно понижающих качества масла; наконец, дуга, образующаяся возле поверхности масла, ведет к образованию ографиченного угля, который обладает хорошей проводимостью. Кроме того, по указанию Дигби, в некоторых случаях в осадке получаются также кристаллические кислоты насыщенного характера со средним молекулярным весом 291.

Причины постарения. Исходная причина большинства явлений постарения лежит в кислороде, тогда как все прочие факторы ускоряют этот основной процесс окисления. Даже длительный прогрев масла при полном устранении кислорода не ведет к заметному постарению (например, при прогреве масла в продолжение 14000 часов, растянутых на семь лет, при 150°, не появилось ни осадка, ни кислоты, ни воды). Однако, наряду с процессами, идущими от окисления, необходимо учитывать также конденсирующее и полимеризующее действие полей высокого напряжения (см. Вольтолевые масла), ведущее в кабелях и трансформаторах к образованию восковидных выделений и осадков и не нуждающееся в кислороде. Основные реакции в установках с изоляционными маслами протекают по схеме:

Масло + кислород à кислоты масла

Кислоты масла + кислород à асфальтоподобные вещества

Кислоты масла + тяжелые металлы à мыла

Испытание масел на постарение. Сложность и изменчивость процесса постарения исключают возможность найти какой-нибудь один признак, по которому можно было бы судить наперед о дальнейшем поведении масла в условиях действительной службы. Предлагавшиеся и отчасти применяемые (так называемые сокращенные) способы испытания дают лишь некоторое представление о склонности масла к образованию осадков. Таковы: окисление перекисью натрия (СССР, Германия - AEG), установление йодного числа масла (Великобритания), измерение капиллярной постоянной на границе соприкосновения с концентрированной серной кислотой (Великобритания). Т. к. йодным числом характеризуется отчасти содержание соединений с двойными связями, а эти соединения реагируют с серной кислотой, образуя на поверхности раздела пленку, существенно меняющую поверхностное натяжение масла, то В. Г. Неттал (W. Н. Nuttal) предложил чрезвычайно быстрое (требующее от 25 до 50 мин.) испытание масел на осмоляемость, состоящее в измерении поверхностного натяжения их на границе с 40%-ной серной кислотой.

Полные способы испытания на старение. В сокращенных способах испытания изоляционных масел на постарение быстрота испытания достигается путем чрезмерного усиления какого-либо из факторов, вызывающих этот процесс, или же использования новых факторов. Между тем, при недостаточном знании реакции старения нельзя быть уверенным в сходстве результатов искусственного и естественного процессов. Поэтому во всех странах нормальными считаются испытания, в которых искусственные условия старения подобраны несколько более мягкие и близкие к естественным, за счет соответственного удлинения времени испытания. При испытании на постарение изоляционного масла, прежде всего, необходимо различать его наличное состояние, характеризуемое его смоляным числом, и склонность к дальнейшему смолообразованию, характеризуемую числом осмоления, или так называемой осмоляемостью; последняя устанавливается по количеству смол, образовавшихся после той или другой нормализованной обработки масла путем искусственного постарения. В настоящее время оба числа определяются лишь в Германии, тогда как по нормам прочих стран считается достаточным знать число осмоления. Процесс старения в полном виде ведется через окисление нагретого масла в присутствии катализатора в виде медной пластинки; в испытаниях некоторых стран специально добавленный катализатор отсутствует, количество притекающего воздуха уменьшается, но зато удлиняется время испытания на старение и понижается предел допускаемого осадка. Сводка данных о нормах испытания изоляционных масел на осмоляемость приведена в табл. 8.

Нормы осмоляемости изоляционных масел

Как показывают многочисленные исследования, способы испытания, принятые в разных странах, не эквивалентны и могут даже в некоторых случаях повести к противоречивым выводам о качестве двух сравниваемых изоляционных масел. Сравнение различных способов между собой склоняет исследователей к признанию большинства применяемых способов с продуванием воздуха или кислорода (типа Кислинга или Мичи) недостаточно отвечающим действительным условиям службы, причем швейцарский способ оценивается как более удачный. Однако, есть склонность длительный прогрев (более 300 часов) еще удлинить, и опыты ведутся с 500- и даже 1000-часовым нагревом. С другой стороны, высказываются соображения, что при испытании не должно быть исключаемо действие электрического поля на изоляционное масло.

Электрические свойства. Электропроводность. Нефтяные изоляционные масла, если они не загрязнены посторонними примесями, характеризуются высоким электрическим сопротивлением. У нефтяных изоляционных масел удельное сопротивление колеблется при 20° в пределах 1,5·1012—2,3·1012 Ом·см, но быстро падает с повышением температуры. Электропроводность буро- и каменноугольных изоляционных масел значительно больше, чем нефтяных. Механизм проводимости изоляционных масел не изучен достаточно и д. б. сложным, так как изоляционные масла представляют сложные системы из растворенных и диспергированных веществ, содержащие, кроме того, некоторое количество электролитов. У очищенных сухих масел проводимость, как полагают, обусловлена электролизом солей и кислот, содержащихся в масле. Это подтверждает отчасти синдромность между кислотными числами и электропроводностью ряда масел и, кроме того, возрастанием проводимости с температурой, причем возрастание проводимости идет синдромно возрастанию текучести, как это бывает вообще у электролитов. На фиг. 1 представлена, по К. Дрегеру, связь температуры с электропроводностью (кривая а), текучестью (кривая б) и электрической крепостью (кривая в) трансформаторного масла; как видно из этих кривых, с повышением температуры электропроводность и текучесть изоляционных масел заметно возрастают.

Связь температуры с электропроводностью, текучестью и электрической крепостью трансформаторного масла

При больших напряжениях, близких к пробойным, характеристика тока в изоляционных маслах имеет тот же характер, что и в газах (ток насыщения). Градиент потенциала между плоскими электродами оказывается меняющимся в зависимости от места, так что масло становится в отношении тока подобным газу. Электропроводность изоляционных масел по своей ничтожности м. б. важной главным образом при оценке диэлектрических потерь в изоляционных маслах. От содержания нафтеновых кислот электропроводность масел увеличивается сравнительно мало. Гораздо сильнее действуют в этом смысле нафтенаты и фенолаты, повышая одновременно и электропроводность и вязкость. Наряду с электролитическим (и м. б. газовоударным) прохождением тока через изоляционные масла в них существует проводимость электрофоретическая через перенос капелек воды и других жидкостей, газовых пузырьков и механически взвешенных частиц - пылинок, волокон адсорбера, а также продуктов распадения масла (углистых частиц, копоти, металлической пыли, осаждающихся мыл и т. д.); необходимо также учитывать более тонкодисперсные фазы (например, кристаллики парафина) которые качественно и количественно зависят от температуры масла. Далее, возможен, особенно при высоких градиентах, перенос электрических масс молекулами самой жидкости через электрическую конвекцию (электрический ветер) и через тепловую конвекцию. В изоляционных маслах наблюдаются также фотоэлектрические токи, объясняемые, быть может, в связи с огромным развитием металлических поверхностей на частицах адсорбера. Наконец, возможны и электрические явления флуоресценции - электрические токи, возникающие от облегченной ионизации изоляционных масел через флуоресценцию. Однако, все эти явления при освещении изоляционных масел ультрафиолетовыми, радиевыми и другими излучениями весьма слабы.

Неоднородность строения изоляционных масел ведет к изменению свойств их при тепловой тренировке. Это было указано в отношении температуры отвердения и относится также к сопротивлению изоляционных масел, уменьшающемуся при повышении температуры и возрастающему при ее понижении, как показывают кривые а и б фиг. 2 (по Дигби и Меллису); относящиеся к двум сортам трансформаторного масла ветви, соответствующие возрастанию температуры (сплошные), далеко не совпадают с ветвями ее обратного хода (пунктирные).

Izol masla 10

Диэлектрические коэффициенты. Диэлектрический коэффициент нефтяных изоляционных масел невелик и колеблется в пределах 2—2,5. Поэтому в общепринятых нормах достаточно малое его значение считается обеспеченным самим составом изоляционного масла и не подлежит особой поверке. С возрастанием температуры кипения нефтяного погона диэлектрический коэффициент слегка возрастает, а при очистке погонов, напротив, слегка убывает. При повышении температуры диэлектрический коэффициент убывает, причем наблюдается хорошо выраженная синдромность с изменением удельного веса. На фиг. 3 представлены, по В. Кларку и Дж. Шенклину, графики зависимости диэлектрического коэффициента ε и удельный вес d от температуры для каждого минерального масла (ε1, d1) и состава для пропитки кабельной изоляции (ε2, d2).

Izol masla 11

На фиг. 4 дан, по В. Бетману, график зависимости диэлектрического коэффициента ε для изоляции из четырех слоев пресшпана и парафинового масла от температуры (график ϱ относится к коэффициенту мощности).

Izol masla 12

Диэлектрический коэффициент изоляционных масел зависит также от давления, а именно, возрастает с давлением (как и следовало ожидать в виду увеличения плотности). На фиг. 5 представлена (по Р. Ортвею) такая зависимость для вазелинового масла.

Izol masla 13

Зависимость диэлектрического коэффициента изоляционных масел от примесей мало изучена, но при том количественно небольшом содержании примесей, которое может встретиться в изоляционном масле, не д. б. значительной, так как диэлектрический коэффициент смеси эмульсий и растворов в первом приближении может считаться следующим правилу смешения.

Диэлектрические потери. Как среды неоднородные и обнаруживающие электропроводность и накопление объемных зарядов в поле, изоляционные масла должны рассеивать энергию переменного поля. На фиг. 6 представлена, для примера (по М. Ф. Гоору), зависимость между напряжением и зарядным током конденсатора с хорошо дегазированным керосином; из необратимости хода этой кривой видно, что даже в керосине, т. е. сравнительно однородном веществе, возникают диэлектрические потери.

Зависимость между напряжением и зарядным током конденсатора с хорошо дегазированным керосином

Диэлектрические потери в изоляционных маслах быстро возрастают с температурой и с градиентом, но, зависимость от частоты, в пределах технических частот, невелика. На фиг. 7 показана (по Л. Пунгсу) зависимость диэлектрических потерь от температуры для трансформаторного масла;

Зависимость диэлектрических потерь от температуры для трансформаторного масла

кривая а относится к градиенту 13,5 kV/см при частотах 30 и 50 пер/сек., а кривая б - к градиенту 19,65 кV/см при частоте 50 пер/сек. Зависимость коэффициента мощности от температуры для изоляции из четырех слоев пресшпана и масла показана кривой δ на фиг. 4. В американских маслах коэффициент мощности падает в редких случаях от 0,03 до 0,44. По сообщению А. А. Смурова (1929 г.), в температурном промежутке от 25—30° до 100—110° зависимость tg δ от температуры выражается в ряде исследованных им масел уравнением вида

Izol masla 16

где параметры a и n зависят от рода масла и степени его постарения (табл. 9).

Izol masla 17

При постарении масла от нагревания и продувания воздуха диэлектрические потери прогрессивно растут, равно как и кислотность, но первые растут быстрее последней. Фильтрованием постаревшего масла можно понизить значение диэлектрических потерь.

Электрическая крепость. Изоляционные масла применяются почти исключительно как изоляционный материал в установках высокого напряжения, и потому электрическая крепость должна считаться их важнейшим техническим качеством. Это свойство, однако, оказывается весьма изменчивым в зависимости от ряда условий, при которых происходит пробой (рода и сорта масла, степени влажности, загрязненности, температуры, давления, толщины пробиваемого слоя, формы и размеров поверхностей, между которыми происходит разряд, расположения их относительно вертикали). На табл. 10 дана сводка полученных наибольших значений электрической крепости с указанием формы применявшихся при этом электродов.

Электрическая крепость изоляционных масел

(Однако, испытания такого рода, при всей тщательности опыта, дают результаты, не доходящие до возможных в условиях действительной службы масел.)

Из многочисленных испытаний, нормированных в СССР, следует, что при дисковых электродах и расстояниях между ними в 2,5 мм, хорошо просушенные изоляционные масла обладают электрической крепостью до 200 kVeff/cм, но лишь при условии специальной сушки; обыкновенные же хорошие масла характеризуются электрической крепостью порядка 120—140 kVeff/cм. Нижний предел допустимых значений электрической крепости при указанных условиях пробоя нормируется в 90 kVeff/cм при междуэлектродном расстоянии 2,5 мм. Масла, не удовлетворяющие этому требованию, подлежат браковке впредь до обезвоживания. Постаревшие или несколько влажные масла имеют обычно электрическую крепость порядка 20—40 kVeff/cм, и редко их электрическая крепость падает ниже, но после просушки она в большинстве случаев поднимается не менее чем до 90 kVeff/cм.

Смоляные масла по электрической крепости стоят выше нефтяных, но сравнение делалось лишь для масел, не подвергавшихся специальной очистке; такие масла характеризуются электрической крепостью не менее 80 kVeff/cм. В отношении масел одного и того же химического характера электрическая крепость антидромна среднему молекулярному весу и, следовательно, антидромна вязкости. Так, например, масла возрастающей вязкости от 3,8 до 20° Э20 были пробиты, по наблюдению Брета, при одинаковой толщине слоя напряжением 40 kV соответственно через 60, 30 и 5 сек. Более легкая пробиваемость масел большего молекулярного веса есть естественное следствие большей легкости разрыва более длинных атомных цепей. По той же причине электрическая крепость масел с открытой цепью меньше, чем у масел циклического строения, что в особенности сказывается в смоляных маслах.

При испытании изоляционных масел на электрическую крепость значение пробойного напряжения все время колеблется в пределах 40—45% от среднего. Обычно наблюдаемые при испытаниях колебания электрической крепости обусловлены не ошибками наблюдателя, а внутренней неоднородностью изоляционных масел, причем она выступает тем заметнее, чем неоднороднее поле. Это ведет к практическому выводу о желательных условиях пробоя при испытании: если испытанием на пробой хотят установить электрическую крепость испытуемого изоляционного масла как вещества, то необходимо воспользоваться полем по возможности однородным, т. е. дисковыми электродами с закругленным краем; если же требуется охарактеризовать наличное состояние данного масла и в частности - степень его загрязненности, то пробивающее поле должно быть неоднородным. На фиг. 8 дана, по Шретеру, диаграмма средних значений электрической крепости одного и того же масла, но при разных степенях очистки, а на фиг. 9 - колебания ее в отдельных испытаниях.

Izol masla 18 1

Здесь а относится к загрязненному маслу, б - к очищенному через глиняный фильтр, в - к очищенному центрифугой, г - к пропущенному через обыкновенный фильтр, д - к пропущенному через мембранный фильтр, е - к проваренному, ж - к профильтрованному через твердый фильтр однократно и з - при двукратном фильтровании.

Подобные же кривые, полученные В. Шпатом, показывают зависимость электрической крепости от толщины слоя при последовательных очистках масла (фиг. 10).

Зависимость электрической крепости от толщины слоя при последовательных очистках масла

Сплошные кривые относятся к одному маслу (вязкость 2° Э., температура воспламенения 165°), а пунктирные - к другому, близкому по свойствам к первому (вязкость 1,86° Э.); при этом каждая точка получена как среднее из шестикратного пробоя. Значение букв: а - масло в доставленном состоянии; б - центрифугированное, очищенное керосином и бензином и освобожденное от грубых волокон; в - масло б, прогретое при 115° в течение 2 часов, отфильтрованное через волосяное сито в 900—1500 отверстий/см2 и медленно охлажденное до 20°; г - масло в при 60°,  когда электрическая крепость достигает наибольшего значения; д - масло в, многократно профильтрованное через бумажный фильтр при 40°; е - масло д при 60°; ж - масло д при 35°; з - масло, прогретое при 115° в течение 4 часов, затем при 60° в течение 36 часов, профильтрованное через специальный бумажный фильтр Цейсса, который употребляется для очистки канадского бальзама, и затем медленно охлажденное до 20°; и - масло з, но при 60°. Измерения а, б, в - воспроизводимы лишь с точностью до 10—20%, при междуэлектродном расстоянии 0,5—1 см, и - с точностью до 50—100% при междуэлектродном расстоянии 0,1—0,5 см; минимум при 0,2—0,5 см объясняется особенно благоприятными условиями для образования мостика из волокон и прочих загрязнений. Со степенью чистоты возрастает не только среднее значение электрической крепости, но и точность повторения испытания; г, д. е дают точность 5—10%, ж. з, и - точность 1,5%.

Самые ничтожные примеси в масле, в особенности влага и растительные или асбестовые волокна, вредные главным образом по причине адсорбированной на их поверхности влаги, существенно понижают крепость масла. Точно так же необходима совершенная чистота электродов; на фиг. 11 показано колебание (I) и среднее значение (II) электрической прочности масла, предварительно пропущенного через твердый фильтр, причем а относится к электродам просто отполированным, а б - к тем же электродам, но тщательно очищенным.

Izol masla 20

Резкий эффект даже ничтожного содержания капелек влаги (поперечником около 5 или 10 мкм) с адсорбированной влагой объясняется втягиванием этих загрязнений, вследствие их большого диэлектрического коэффициента, в междуэлектродное пространство и, следовательно, повышением их концентрации; напротив, сухие волокна и газовые пузырьки выбрасываются отсюда и потому вреда не причиняют. Зависимость электрической крепости Е (в kV/см) масла от содержания в нем влаги (р %) выражается гиперболически, по Фризе:

Izol masla 21

см. также кривую на фиг. 12.

Izol masla 22

По данным AEG содержание воды в 0,01 % понижает крепость масла вдвое, 0,10 % - в 15 раз, а 0,5% уже доводит крепость до практически не меняющегося далее значения, вероятно вследствие выпадения прибавляемой в дальнейшем влаги на дно. Существенная связь электрической крепости изоляционных масел с влажностью сказывается на большой изменчивости этой крепости в зависимости от условий хранения. По Э. Швабе, электрическая крепость изоляционных масел (удельный вес 0,890, температура отвердения ­­­­—15°, вязкость 5—8° Э.), при нахождении его в атмосфере с 90% влажности, принимает последовательные значения:

Izol masla 23

На фиг. 13 (по Фризе) показана зависимость электрической крепости масла от длительности хранения его при комнатной температуре:

Зависимость электрической крепости масла от длительности хранения его при комнатной температуре

в - просушенного масла во влажном воздухе с 80% относительной влажности; б - того же масла над водой в количестве 0,05% от веса масла, а - влажного масла в воздухе с 18% влажности. При более высокой температуре возрастание крепости происходит в течение часов. На фиг. 14 показана зависимость напряжения пробоя образца масла от времени сушки при 110°. С другой стороны, повышение до 110° при одном и том же времени сушки тоже дает увеличение электрической крепости; однако, при нагревах, превосходящих 110°, происходит довольно быстрое падение крепости, очевидно, в связи с процессом разложения масла и, возможно, при этом увеличения влажности.

Зависимость напряжения пробоя образца масла от времени сушки при 110°

На фиг. 15 представлена эта зависимость для длительности сушки в 1 ч.

Izol masla 26

Значение времени нагрузки. Электрическая прочность изоляции трансформатора зависит также от времени τ (в мин.), в течение которого приложено напряжение, согласно исследованиям Монтсингера:

Izol masla 27

где Е1 - электрическая крепость при нагрузке, длящейся 1 мин., E - электрическая крепость при нагрузке бесконечно долгой, а Еτ - электрическая крепость при нагрузке, длящейся τ минут. Постоянная E/E1 для различных масел оказывается весьма различной.

Значение температуры. Зависимость электрической крепости от температуры масла в первом приближении может рассматриваться как линейная, с положительным коэффициентом около 0,13 кV/см на 1° (по американским данным). По Фризе, этот коэффициент при комнатной температуре равен 1,5—3 кV/см на 1°. Это различие данных, вероятно, объясняется тем, что они относятся к маслам разного происхождения и состава, а главное - разной степени просушки. Кривая а на фиг. 16 (по Фризе) и кривая в на фиг. 1 показывают ход изменения электрической крепости некоторых масел в зависимости от температуры.

Izol masla 28

Соответственная кривая вязкости б на фиг. 16 идет антидромно с нею (соответственно, кривая текучести б на фиг. 1 идет синдромно). Кривая проводимости а на фиг. 1 тоже идет синдромно электрической крепости. Отсюда явствует, что электрическое сопротивление и электрическая крепость - свойства не только не близкие между собой, но даже противоположные.

Значение давления. Электрическая крепость зависит также от гидростатического давления, испытываемого маслом в области пробоя, и, следовательно, от зеркала масла, от высоты местности над уровнем моря и от наличного барометрического давления. В первом приближении зависимость от давления В, выраженного в мм Hg, дается соотношением:

Izol masla 29

Т. о., даже обычные суточные колебания барометрического давления ведут к колебаниям электрической крепости масла ~2%. На фиг. 17 (по Фризе) представлена зависимость электрической крепости Е от барометрического давления В (кривая б) и высоты местности Н от давления В (кривая а).

Izol masla 30

На основании этих двух кривых м. б. связаны между собой для каждого случая электрическая крепость и высота местности.

Izol masla 31

На фиг. 18 даны графики, связывающие напряжение пробоя различных изоляционных масел (цилиндрические электроды с диаметрами 19 и 16 мм) с давлением, причем а1 - трансформаторное масло AEG при 18°; а2 и б2 - трансформаторное масло гаргойль при 20° (вязкость 4,24° Э., удельный вес при 23,5° 0,853, теплоемкость при 15° 0,469); а3 и б3 - касторовое масло при 17,0° и керосин при 17,8°; сплошные кривые относятся к пробою с буферным сопротивлением 80 Ом, а пунктирные - без сопротивления.

Наконец, зависимость пробойного напряжения от давления меняется с видом поля, как это видно из кривых фиг. 19 для масла гаргойль (по Ф. Коку); электроды цилиндрические с диаметрами 19 и 16 мм, а относится к синусоидному переменному напряжению 60 пер/сек. при буферном сопротивлении и 18°, б - к тому же напряжению при 21,5°; в - к переменному напряжению 20 пер/сек. при 21,5°; наконец, г - к постоянному напряжению, причем внутренний цилиндр был с положительным потенциалом (значение формы поля и длины искрового промежутка).

Izol masla 32

Электрическая крепость изоляционных масел зависит от формы поля (что практически сводится к форме электродов) и от междуэлектродного расстояния, причем эти факторы приходится всегда рассматривать вместе.

Izol masla 33

В отношении цилиндрических электродов, например, конструкции Циппа (фиг. 20), электрическая крепость в kVmax/см выражается соотношением Пика:

Izol masla 33 1

где r - радиус внутреннего стержня разрядника, R - радиус отверстия внешнего цилиндра и R:г<3,5. Зависимость пробойного напряжения от междуэлектродного расстояния при различных электродах представлена кривыми Э. Ведмора (фиг. 21) и Г. Тобия (фиг. 22), причем в последнем случае масло было вполне сухое.

Izol masla 34

На фиг. 21 а относится к электродам с остриями, б - к острию и диску, в - к дискам диаметром 12,5 см. На фиг. 22 а относится к остриям, б - к острию и диску 10,16 см диаметром, в - к двум таким же дискам, г - к шарам 5,08 см диаметром. При малых междуэлектродных расстояниях пробойное напряжение почти линейно зависит от расстояния, так что электрическая крепость стремится к постоянному значению. На фиг. 23 (по Боламу) даны такие зависимости для различных изоляционных масел:

Izol masla 35

а относится к смоляному маслу с температурой вспышки 200°; б, в, г, д - к минеральному маслу с температурой вспышки, соответственно, 410°, 430°, 320° и 380°. На фиг. 24 даны подобные же зависимости (по Шоу) при весьма малых междуэлектродных расстояниях:

Izol masla 36

кривая а относится к рапсовому маслу, б - к сивушному, в - к льняному и г - к рыбьему жиру.

Значение полярности и ориентировки электродов. Если электроды между собой не тождественны и на них накладывается постоянное напряжение, то не безразлично, какой именно из электродов будет положительным и какой отрицательным. Кривые а на фиг. 25 (по Фейге) относятся к зависимости напряжения пробоя от междуэлектродного расстояния для керосина, а кривые б - для эфира; пробой производился между острием и диском, причем сплошные кривые (с индексом 1) относятся к случаю положительного потенциала диска, а пунктирные (с индексом 2) - к отрицательному потенциалу.

Izol masla 37

Как выяснено Флайтом (фиг. 26), характер зависимости пробойного напряжения от междуэлектродного расстояния для различных электродов меняется с расположением этих электродов относительно вертикали, вероятно в связи с изменившимися условиями конвекции и электрического перемещения частиц; сплошные кривые (индекс 1) относятся к вертикальному расположению электродов, а пунктирные (индекс 2) - к горизонтальному; кривые а относятся к шаровым электродам 12,7 мм, диаметром, а б - к электродам с острием.

Izol masla 38

Кроме того, пробойное напряжение при одном и том же расстоянии меняется в зависимости от температуры по-разному, смотря по тому, расположены ли электроды горизонтально (фиг. 27, кривая а) или вертикально (кривая б); электроды были в данном случае шаровые, диаметр в 1,27 мм, расстояние между ними 1,27 мм.

Izol masla 39

Не безразличным д. б. также движение изоляционных масел; но, как выяснено опытами, циркуляция масла вне электродов со скоростями до 1 м/сек не изменяет заметно его электрической крепости.

Нормализация испытаний. В различных странах требования, предъявляемые к электрической крепости изоляционных масел, не совпадают между собой; сводка их дана в табл. 11.

Нормы электрической крепости изоляционных масел

Нормы электрической крепости изоляционных масел

Однако и способы испытания также приняты различные, так что выяснить в точности эквивалентность различных требований затруднительно. Поэтому при необходимости точно оценить данное масло по нормам известной страны возможно только после того, как требуемые испытания будут произведены на самом деле. В середине 1928 г. Британский комитет Международной электротехнической комиссии произвел сравнение четырех типов разрядников: с острием, дискового, цилиндрического и шарового, и пришел к выводу, что наиболее чувствителен к присутствию посторонних примесей разрядник с шаровыми электродами, вследствие чего и признает желательной обязательность именно этих последних.

Производство и применение. Производство изоляционных масел из нефтей весьма различно в зависимости от вида исходного сырья. В основных чертах оно состоит в получении требующегося погона нефти (для изоляционных масел типа легких веретенных масел - из мазута, в температурном промежутке 170—200°, с удельным весом 0,870—0,880, если речь идет о бакинской нефти), освобождении их от непредельных и ароматических соединений путем обработки концентрированной серной кислотой (66%-ная Н24), с последующей нейтрализацией следов кислоты едкой щелочью, удалением следов серы глетом и тщательной отмывкой водой; после этого масло пропускается через бумажные фильтр-прессы или подвергается очистке на центробежных сепараторах. Очистка трансформаторного масла требует значительного количества серной кислоты, порядка 16,3% (по отчету 1922/23 г.), в 10 раз превышая ее расход по очистке керосина и в 8 раз - при очистке смазочных масел. Дистилляты других нефтей требуют еще больше серной кислоты. Соответственно с потреблением больших количеств серной кислоты потери нефтяного погона при очистке на трансформаторное масло достигают 15,2%, т. е. в 8 раз больше, чем для керосина, и в 2 раза больше, чем для смазочных масел. Однако глубокая очистка серной кислотой сообщает маслу некоторую примесь сульфонафтеновых кислот, вредно отзывающихся на стойкости масла. Поэтому в последнее время стали пользоваться неглубокой очисткой с дальнейшим применением поглотителей; этот процесс дает гораздо лучшие результаты, но слабая сторона его - в присутствии мельчайших частиц поглотителя. Можно считать общепризнанным превосходство апшеронских нефтей над американскими в качестве исходного сырья для изоляционных масел, причем эмбенские нефти еще выше, как дающие меньше осадка. Из американских нефтей лишь с большими трудностями удается получить продукты, близкие по качеству к продуктам апшеронских нефтей.

Поставка изоляционных масел, согласно требованиям СССР и других стран, должна производиться в чистой железной (или стальной), луженой или оцинкованной, плотно закупоренной посуде, причем некоторые страны допускают только полуду. Деревянные бочки, вообще говоря, не допускаются, причем шведские нормы особо оговаривают это условие, а Франция высказывается за предпочтительность металлической посуды. Однако, затруднения с металлами, и в особенности с оловом, ведут на практике к необходимости транспортировать масло в деревянных бочках, обыкновенно покрываемых для непроницаемости слоем столярного клея.

Уход за изоляционными маслами. Перед применением, в частности перед наполнением трансформаторов и других установок, а также от времени до времени и впоследствии, изоляционные масла должны просушиваться, так как они могут поглощать внешнюю влагу из атмосферы и, кроме того, выделять внутреннюю в процессе постарения. Для просушки применяются разные способы: 1) нагревание электрическим током до 110—120°, при помощи помещенных в масле сопротивлений; 2) нагревание трансформатора перегрузкой при холостом ходе, но при этом необходимо учитывать химическое действие кислот масла на целлюлозу, образование хрупкой гидроцеллюлозы и других соединений; 3) нагревание электрическими сопротивлениями под вакуумом в 30—40 см Hg; 4) пропускание подогретого масла через фильтр-пресс с фильтровальной бумагой, что вместе с тем освобождает масло от окислов и осадков; фильтровальная бумага д. б. перед закладкой в фильтр-прессы тщательно просушена в электрической печи, а во время работы часто сменяема; центрифугирование на центрифугах типа Лаваля, например на гиперцентрифугах Гиньета (Hignette); 6) размешивание с негашеной известью или пропускание через особые фильтры Сименс-Шуккерта с негашеной известью; 7) очистка металлическим натрием; 8) удаление тончайших примесей и влаги электрофорезом. Все эти приемы имеют, однако, свои слабые стороны. Нагревание масла, несомненно, старит его, а кроме того, вредит изоляции трансформатора. Фильтрация через бумагу вносит мельчайшие волокна, присутствие которых при не вполне доброкачественной бумаге может быть чрезвычайно велико и, кроме того, требует хорошего наблюдения над сухостью бумаги. Химические способы (известь, натрий) повышают зольность масла, электрофоретический способ, применяемый обычно к другим маслам, пока не изучен достаточно в отношении изоляционных масел. Наиболее безвредно центрифугирование, но мощность этого процесса при вполне надежной очистке сравнительно мала. Для повышения мощности фирма Гиньет выпускает электроцентрифугу, в которой действие центробежной силы усиливается содействием постоянного электрического поля.

Задержка старения. Противодействовать окислению изоляционного масла можно, очевидно, сокращая поверхность соприкосновения его с воздухом или вовсе исключая его; затем - не допуская попадания в масло каталитически действующей влаги, образующихся кислот и дальнейших продуктов превращения. Трудность этих мер oбусловлена значительными температурными изменениями объема изоляционного масла, вследствие чего воздух то вытесняется, то вновь затягивается в кожух трансформатора («трансформатор дышит»); не допускать этого дыхания нельзя, т. к. будут возникать или высокие давления, могущие разорвать кожух, или низкие давления, ведущие к облегченным пробоям.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.