Лабораторно – практическое занятие № 2

Тема: Определение температуры вспышки паров трансформаторного масла

Цель: Изучить стандартное оборудование и методику определения температуры вспышки паров трансформаторного масла и вязкости жидких электроизоляционных материалов

Общие сведения

Температурой вспышки трансформаторного масла называется та температура, при которой вспыхивает смесь паров масла с воздухом при поднесении открытого пламени. Сущность метода определения температуры вспышки в закрытом тигле заключается в определении самой низкой температуры горючего вещества, при которой, в условиях испытания над его поверхностью, образуется смесь паров и газов с воздухом, способная вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость их образования ещё недостаточна для последующего горения. Температура вспышки характеризует испаряемость масла, дает представление о наличии в масле более или менее летучих углеводородов. Чем ниже температура вспышки, тем больше в нем летучих веществ. При нормальной работе аппаратов и трансформаторов температура вспышки постепенно возрастает вследствие улетучивания легких фракций.

Снижение температуры вспышки трансформаторного масла указывает на наличие в оборудовании дефектов, приводящих к разложению масла и образованию воспламеняющихся летучих фракций (короткозамкнутые витки, повреждение контактов и т.п.).

Существуют различные устройства по определению температуры вспышки трансформаторного масла.

В практике работы энергосистем зафиксированы единичные случаи отбраковки трансформаторного масла по температуре вспышки и они были в основном обнаружены в цистернах, поступивших для заливки во вновь вводимые виды электрооборудования.

На одной из подстанций ОАО «Чувашэнерго» в трансформаторе типа ТРДЦН 63000/220 Московского трансформаторного завода под N1345635 на 5-й отпайке РПН одной из фаз было обнаружено отклонение сопротивления по постоянному току на 3% но сравнению с другими фазами, одновременно с помощью хроматографического анализа в баке трансформатора было выявлено наличие газов метана и этилена выше нормы (0.0139 и 0,017 (% об.)), на основе которых был сделан вывод, что дефект находится именно в баке трансформатора. Вскрытие трансформатора показало, что на пятой отпайке переключателя РПН болт наполовину открутился вследствие заводского дефекта (болт на этой отпайке, как и на многих других, не был защищен замковой шайбой), а на шайбе были видны следы частичного разряда площадью около 1см². Однако температура вспышки трансформаторного масла со дня ввода в эксплуатацию данного трансформатора до его вскрытия менялась отнюдь не в сторону ее уменьшения, а наоборот, в сторону увеличения. Были и еще многочисленные примеры, когда в силовых трансформаторах обнаруживали превышение граничных значений растворенных в масле газов, таких как метан, этилен, ацетилен, водород, этан, а в последующем они подлежали вскрытию. Во всех этих случаях в трансформаторах имелись дефекты в контактных соединениях или в переключателях РПН или на шпильках выводов обмотки НН, но ни в одном из них не замечено уменьшение температуры вспышки масла.

Опыт эксплуатации позволяет констатировать, что дефекты, связанные с частичными разрядами и дефектами в контактных системах переключателей PПH трансформаторов и на шпильках выводов обмотки НН, не понижают температуру вспышки. Это объясняется тем, что растворенные в масле горючие газы, образованные вследствие дефекта в трансформаторе, незначительны по сравнению с тем количеством легких фракций, которые существуют в трансформаторном масле.

Из жидких электроизоляционных материалов наибольшее применение в электротехнике имеет трансформаторное масло, которым заливают силовые трансформаторы.

Его назначение двоякое: во–первых, оно, заполняя поры в волокнистой изоляции и промежутки между проводами обмоток и между обмотками и баком трансформатора, значительно повышает электрическую прочность изоляции; во–вторых, что также весьма важно, масло улучшает отвод тепла, выделяющегося за счет потерь мощности в обмотках и сердечнике трансформатора.

Другая важная область применения трансформаторного масла – масляные выключатели высокого напряжения. В этих аппаратах разрыв электрической дуги между расходящимися контактами выключателя происходит в масле или в находящихся под повышенным давлением газах, выделяемых маслом под действием высокой температуры дуги; это способствует охлаждению канала дуги и быстрому ее гашению.

Трансформаторное масло применяется также для заливки маслонаполненных вводов, некоторых типов реакторов и реостатов и других электрических аппаратов.

Одним из наиболее существенных недостатков трансформаторного масла является его горючесть. Пожарная опасность масла оценивается по температуре вспышки паров трансформаторного масла, которая должна быть не ниже + 135^оС. Установлено, что трансформаторное масло возгорается при температуре, превышающей температуру вспышки его паров не менее чем на 30^оС.

Таким образом, по температуре вспышки паров масла можно судить и о температуре возгорания масла. Поэтому, помимо того, что вспышка паров трансформаторного масла само по себе явление крайне нежелательное, так как может повлечь за собой взрыв маслонаполненного аппарата, оно является также предшественником еще более крупной аварии – возгорания масла.

Определение температуры вспышки паров трансформаторного масла проводится в соответствии с ГОСТ 6356–52, основные положения которого следующие.

• Испытуемое масло перед опытом высушивается и заливается в тигель.

• В начале опыта нагревание масла ведут со скоростью 5–8^оС в минуту. Когда же масло нагревается до температуры на 30^оС ниже предполагаемой температуры вспышки паров, скорость нагревания снижают до 2^оС в минуту.

• При температуре масла на 10^оС ниже ожидаемой температуры вспышки начинают проводить попытки на вспышку через каждые 2^оС.

• За температуру вспышки принимают ту температуру жидкости, при которой над поверхностью масла при поджигании появилось синее пламя.

• После появления первой вспышки при повышенной на 2^оС температуре производят вторую попытку на вспышку. Если при этом вспышки не произойдет, то опыт следует начинать снова, если же при повторном опыте вторичного воспламенения также не произойдет, а первичное повториться, то определение считается законченным и за температуру вспышки принимается показание термометра при первой вспышке.

• При барометрическом давлении, отличном от 760 мм рт.ст. более чем на 15 мм, следует вводить поправку, вычисленную по формуле:

• ΔТ = 0,91•(0,1-Р)(273+Т)

• где р – фактическое барометрическое давление в МПа•с.

• Т – измеренная температура вспышки или воспламенения.

• Поправку прибавляют к определенной из опыта температуре вспышки паров масла в случае, если фактическое барометрическое давление ниже 760 мм рт.ст., и высчитывают, если давление выше 760 мм рт.ст.

Описание лабораторной установки

Температуру вспышки легковоспламеняющихся и горючих жидкостей определяют в закрытом тигле на приборе ПВНЭ (прибор вспышки нефтепродуктов с электрическим подогревом), принципиальная схема которого представлена на рис.1.

Рис.1. Принципиальная схема прибора ПВНЭ

Прибор ПВНЭ устанавливают на специальной платформе с тремя установочными винтами. Он закрыт металлическим кожухом 1, внутри которого в центре укреплен металлический цилиндр 2, являющийся электронагревательной ванной. По боковой поверхности и по дну цилиндра, выложенным асбестом, проходит электрическая спираль, концы которой выведены к двум зажимам на наружной поверхности кожуха для подключения к сети переменного тока через регулятор напряжения - лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), позволяющий плавно изменять скорость нагревания испытуемой жидкости. Внутрь цилиндра вставлен латунный стакан 3 для испытуемого продукта. В верхней части стакана имеется риска, указывающая предел наполнения

стакана испытуемой жидкостью.

С целью более точного определения температуры вспышки прибор имеет мешалку 4 для перемешивания во время подогревания в стакане испытуемой жидкости (нижняя пара лопастей) и ее паров в смеси с воздухом (верхняя пара лопастей). Мешалка приводится во вращение гибкой передачей 5 при нажатии на рукоятку 6.

Стакан плотно закрыт крышкой 7, имеющей три отверстия трапецевидной формы. В нерабочем положении они закрываются заслонкой 8 с двумя отверстиями, соответствующими среднему и боковому отверстиям крышки. Заслонка поворачивается головкой 9 вместе с колонкой 10. В крышке имеется также два круглых отверстия для мешалки и термометра 11. На крышке в стойке на цапфах установлена горелка с фитилем 12.

При вращении головки 9 пружина, проходящая через колонку 10, поворачивает через рычаг заслонку 8, которая открывает среднее отверстие крышки 7. Когда оно откроется на 3/5 своей длины (по окружности), откроются и боковые отверстия крышки. Одновременно наклоняется в вертикальной плоскости горелка 12 с фитилем. При полном совпадении отверстий заслонки и крышки конец фитильной трубки горелки опустится в среднее отверстие до середины толщины крышки, и в этот момент на короткое время появится пламя над поверхностью жидкости. Это и есть момент вспышки. При этом термометр 11 показывает температуру вспышки испытуемой жидкости. При отпускании головки 9 заслонка и горелка автоматически возвращаются в первоначальное положение, и отверстия крышки окажутся закрытыми заслонкой.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКИ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Ознакомиться с настоящим указаниями и неукоснительно выполнять их требования.

Рассчитать температуру вспышки исследуемой жидкости, используя аналитическую зависимость (1)

Подключить нагреватель печи к сети через ЛАТР и отрегулировать скорость нагрева жидкости (5-6 ^оС/мин).

Процесс нагревания сопровождать перемешиванием жидкости мешалкой, обеспечивая частоту вращения от 90 до 120 мин^-1.

Испытания на вспышку начать проводить за 10-15 ^оС до предполагаемой температуры вспышки через 1 ^оС для жидкостей с температурой вспышки до 104 ^оС и через каждые 2 ^оС для жидкостей с температурой вспышки более 104 ^оС.

В момент испытания на вспышку перемешивание прекратить. Зажечь фитиль, открыть заслонку поворотом рукоятки пружинного механизма. В момент четкого появления пламени над поверхностью жидкости, зафиксировать показания термометра.

Определить нижний температурный предел распространения пламени, для чего необходимо подставить найденное значение температуры вспышки в формулу (2).

А наиболее просто рассчитать tвсп с использованием формулы Орманди и Грэвена в упрощенном виде:

tвсп =0,736 tкип (1)

где tкип в градусах Кельвина, а tвсп, ^оС.

Между температурой вспышки и нижним температурным пределом распространения пламени tнпрп существует зависимость

tнпрп = tвсп - c, (2)

где c = 2, если для расчета используется значение tвсп в закрытом тигле;

c = 8, если используется для расчета значение tвсп в открытом тигле.

Если при проведении исследования атмосферное давление отличалось от 101,3 кПа (760 мм рт.ст.), то в показание термометра вводят поправку на температуру, которую определяют по формуле

Dt = 0,0345 (760 - Р) (3),

где Р - барометрическое давление, мм рт.ст.

При низких давлениях поправку прибавляют, а при больших - вычитают из показаний термометра.

АСО-Т601 автоматический анализатор температуры вспышки в открытом тигле Кливленда с устройством смены проб на 6 позиций. Прибор имеет большой жидкокристаллический дисплей (8"), электрический поджигатель с проверенной точностью, нагреватель с высоким сроком службы, систему безопасного аварийного отключения с огнетушительной крышкой и встроенный принтер. Характеристики:- Соответствие стандартам ISO 2592, ASTM D 92, IP 36, ГОСТ 4333; Диапазон измерения: 80...400⁰С; Число проб: 6 в карусели; Температурный датчик: платиновый терморезистивный в оболочке из нержавеющей стали.

Аппарат для определения температуры вспышки в открытом тигле ТВО-ЛАБ-01.

Назначение аппарата для определения температуры вспышки в открытом тигле ТВО:

Аппарат ТВО предназначен для испытания нефтепродуктов с целью определения температуры вспышки в открытом тигле по методу ГОСТ 4333 и ISO 2592. Применяется в лабораториях НПЗ, НИИ и других организациях, использующих нефтепродукты.

Технические характеристики аппарата ТВЗ:

Параметры рабочей среды:

нефтепродукты с температурой вспышки от 79°С до 360°С.

Тип фитиля: газовый или масляный. Параметры питания: переменный однофазный ток;

напряжение 220+22–33 В; частота 50±1 Гц; потребляемая мощность не более 400 Вт;

давление газа от 40 до 50 кПа (от 0,4 до 0,5 кгс/кв.см); расход газа не более 8,5 х 106 куб.м/с.

Аппарат для определения температуры вспышки в закрытом тигле.

Полуавтоматический аппарат ТВЗ-ЛАБ-01 предназначен для определения температуры вспышки в закрытом тигле по методу Пенски - Мартенса в соответствии с ГОСТ Р ЕН ИСО 2719-2008, ГОСТ 6356-75, ISO 2719, ASTM D 93 (методы A и B).

Анализатор автоматически производит нагрев тигля с образцом и перемещение испытательного пламени. Момент вспышки устанавливается визуально и регистрируется нажатием на кнопку «СТОП», при этом на дисплее отображается температура вспышки.

Особенности конструкции:

Микропроцессорный контроллер управляет работой блоков устройства, обеспечивая полную автоматизацию испытаний, за исключением детектирования вспышки.

Автоматический нагрев образца с требуемой скоростью. Возможность задания двух различных скоростей нагрева для разных температурных интервалов в течение одного эксперимента.

Система перемещения горелки обеспечивает внесение тестового пламени в полном соответствии со стандартом.

Память аппарата на 20 программ испытаний. Параметры программ могут корректироваться пользователем.

Три предустановленные программы для анализа различных продуктов: стандартный метод, быстрый оценочный поиск температуры вспышки, определение температуры вспышки по ГОСТ 9287 для растительных масел.

Запатентованная конструкция магнитной муфты мешалки (между мотором и мешалкой отсутствует механическое сцепление) гарантирует высокую надежность перемешивающего механизма, защищая привод от перегрузки при работе с высоковязкими образцами.

Газовая система аппарата обеспечивает регулирование газовых потоков даже при больших давлениях, что позволяет использовать портативные баллончики со сжиженным газом. Адаптер для подключения мини-баллонов входит в комплект поставки.