Что называется температурой вспышки паров трансформаторного масла кратко

Обновлено: 02.07.2024

Температура вспышки — наименьшая температура горючего вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества способны вспыхивать при контакте с открытым источником огня; устойчивое горение при этом не возникает. Вспышка — быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Как правило, при отсутствии указания на метод измерения используется метод Пенски-Мартенса.

По температуре вспышки из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле (з. т.) или 66 °C в открытом тигле (о. т.).

Содержание

Механизм

Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров. С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растёт с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения.

Измерение

Из-за сложностей прямого измерения температуры вспышки газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают вспышку. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температуры вспышки является определение в закрытом тигле по Пенски-Мартенсу ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.

Также существуют методы экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в открытом тигле.

Расчёт

Температура вспышки индивидуальных веществ в закрытом тигле

веществ, молекулы которых содержат структурные группы, представленные в таблице 1, рассчитывается по формуле, °C:

$ _>=-73,14+0,659\cdot _>+\sum\limits_^>_>>,$
[1]

где _>" width="" height="" />
— температура кипения жидкости при 101 кПа, °C; _>" width="" height="" />
— число структурных групп j-го вида в молекуле; >" width="" height="" />
— эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в таблице 1.

Для органических соединений, молекулы которых состоят из атомов С, Н, О и N, а также для галоидорганических и элементоорганических соединений, содержащих атомы S, Si, P и Cl, температура вспышки может быть рассчитана по формуле:

$ _>=_>+_>\cdot _>+_>\cdot \Delta _>,$
[1]

где _>" width="" height="" />
, _>" width="" height="" />
и _>" width="" height="" />
— константы, значения которых приведены в таблице 2; _>" width="" height="" />
— стандартная теплота сгорания вещества, кДж/моль.

Если известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температура вспышки, °C, рассчитывается по формуле:

$<<t> _>=\frac_>\cdot _>\cdot \beta >-273,$
[1]

где _>" width="" height="" />
— парциальное давление паров горючей жидкости при температуре вспышки, кПа; _>" width="" height="" />
— коэффициент диффузии пара в воздух, см²/с; — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

рассчитывается по линейной зависимости температуры вспышки от температуры кипения, выполняющейся в пределах отдельных классов химических соединений:

[2]

Значения коэффициентов a и b для различных классов органических веществ приведены в таблице 3.

Температура вспышки смесей горючих жидкостей в закрытом тигле

, °C, рассчитывается по формуле:

$\sum\limits_<i=1> ^_>>\cdot \exp \left[ \frac_>><R\left( <<t>_>+273 \right)>+\frac_>><R\left( <<t>_>+273 \right)> \right]=1,$
[1]

где _>" width="" height="" />
— мольная доля i-го компонента в жидкой фазе; _>" width="" height="" />
— мольная теплота испарения i-го компонента, кДж/моль; _>" width="" height="" />
— температура вспышки i-го компонента, °C; R — универсальная газовая постоянная.

$\Delta <<H> Величина _>/R$
может быть рассчитана по интерполяционной формуле:

$\frac<\Delta <<H> _>>=2918,6+19,6\left( _>+273 \right),$

— температура кипения i-го компонента.

Температура вспышки бинарных смесей жидкостей, принадлежащих к одному гомологическому ряду, рассчитывается по формуле:

[3]

где " width="" height="" />
— температура вспышки легкокипящего компонента смеси, °C; — гомологическая разность по температуре вспышки в рассматриваемом ряду, °C; — массовая доля высококипящего компонента в жидкой фазе; — разность между числом углеродных атомов компонентов смеси; " width="" height="" />
— коэффициент, учитывающий нелинейный характер зависимости _>" width="" height="" />
от : при " width="" height="" />
; при " width="" height="" />
.

Температура вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле

Температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле, используя величины эмпирических коэффициентов из таблицы 4:

$ _>=-73+0,409\cdot _>+\sum\limits_^>_>>,$
[1]

Если для исследуемой жидкости известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле:

$<<t> _>=\frac_>\cdot _>\cdot \beta >-273,$
[4]

Трансформаторное масло, - очищенная фракция нефти, получаемая при перегонке, кипящая при температуре от 300 °С до 400 °С . В зависимости от происхождения нефти обладают различными свойствами и эти отличительные свойства исходного сырья отражаются на свойствах масла. Оно имеет сложный углеводородный состав со средним весом молекул 220-340 а.е., и содержит следующие основные компоненты.

2. Нафтены или циклопарафины

3. Ароматические углеводороды

4. Асфальто-смолистые вещества

5. Сернистые соединения

6. Азотистые соединения

7. Нафтеновые кислоты

8. Антиокислительная присадка (ионол)

Общие требования и свойства

Электроизоляционные свойства масел определяются в основном тангенсом угла диэлектрических потерь. Диэлектрическая прочность трансформаторных масел в основном определяется наличием волокон и воды, поэтому механические примеси и вода в маслах должны полностью отсутствовать. Низкая температура застывания масел (-45 °С и ниже) необходима для сохранения их подвижности в условиях низких температур. Для обеспечения эффективного отвода тепла трансформаторные масла должны обладать наименьшей вязкостью при температуре вспышки не ниже 95, 125, 135 и 150 °С для разных марок.

Основные физико-химические свойства масла.

Из основных характеристик масла отметим, что оно горючее, биоразлагаемое, практически не токсичное, не нарушающее озоновый слой. Плотность масла обычно находится в диапазоне (0.84-0.89)×10 3 кг/м 3 . Вязкость является одним из важнейших свойств масла. С позиций высокой электрической прочности желательно иметь масло более высокой вязкости. Для того, чтобы хорошо выполнять свои дополнительные функции в трансформаторах (как охлаждающая среда) и выключателях (как среда, где движутся элементы привода), масло должно обладать невысокой вязкостью, в противном случае трансформаторы не будут надлежащим образом охлаждаться, а выключатели- разрывать электрическую дугу в установленное для них время.

Для любых нефтепродуктов вспышка — это температура воспламенения при контакте с открытым источником пламени. Внутри трансформатора, в силу его конструкции, не созданы условия для горения, по причине отсутствия достаточного количества кислорода. Однако открытое пламя все-таки теоретически возможно. Это происходит в случаи размыкания контактов и образования кратковременной дуги.

Поэтому в свойства трансформаторных масел закладывается увеличение температуры вспышки. Температурой вспышки трансформаторного масла называется температура нагреваемого в тигле масла, при котором его пары образуют с воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней пламени.

Температура вспышки трансформаторного масла не должна быть ниже 135°С согласно требованиям СТО 77820966-060-2017.

То есть масло должно быть достаточно жидким при этой температуре и при этом не переходить в газообразное состояние.

Согласно паспорту качества, опубликованному на нашем сайте, показатели температуры вспышки трансформаторного масла Gazpromneft ГК в закрытом тигле составляет 144 ºС открытом тигле составляет 166 ºС

Поэтому при выборе трансформаторного масла необходимо внимательно следить за данным показателем. Так же необходимо постоянно следить за состоянием электроустановок. При проведении тестовых отборов жидкости, можно понять, какие проблемы есть в самом трансформаторе или высоковольтном выключателе. После проведенных исследований, оцениваются такие показатели, как преломление вязкости, плотность, диэлектрические свойства, и пр. Это позволит избежать аварийных ситуаций.

Изоляционные масла, являясь жидкими диэлектриками, должны обеспечивать изоляцию токонесущих частей электрооборудования (трансформаторов, конденсаторов, кабелей и др.), служить теплоотводящей средой, а также способствовать быстрому гашению электрической дуги в выключателях. К этой группе масел относят трансформаторные, конденсаторные и кабельные масла и масло для выключателей.

Трансформаторные масла применяют для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей. В последних аппаратах масла выполняют функции дугогасящей среды.

Трансформаторное масло, - очищенная фракция нефти, получаемая при перегонке, кипящая при температуре от 300 °С до 400 °С. В зависимости от происхождения нефти обладают различными свойствами и эти отличительные свойства исходного сырья отражаются на свойствах масла. Оно имеет сложный углеводородный состав со средним весом молекул 220-340 а.е., и содержит следующие основные компоненты.

Температурой застывания называется температура, при которой масло загустевает настолько, что при наклонении пробирки с охлажденным маслом под углом 45° его уровень останется неизменным в течение 1 мин. В масляных выключателях температура застывания имеет решающее значение. Свежее масло не должно застывать при температуре -45°С; в южных районах страны разрешается применять масло с температурой застывания -35°С. Для эксплуатационных масел допускается ряд отступлений от нормированной температуры застывания в зависимости от того, находится ли масло в трансформаторе или выключателе, работает в закрытом помещении или же на открытом воздухе. Для специальных арктических сортов масла температура застывания уменьшается до -(60-65) °С, однако при этом понижается и температура вспышки до 90-100°С.

Температурой вспышки называется температура нагреваемого в тигле масла, при котором его пары образуют с воздухом смесь, воспламеняющуюся при поднесении к ней пламени. Вспышка происходит настолько быстро, что масло не успевает прогреться и загореться. Температура вспышки трансформаторного масла не должна быть ниже 135°С. Если нагреть масло выше температуры вспышки, то наступает такой момент, когда при поднесении пламени к маслу оно загорается.

Масло способно поглощать и растворять весьма значительные количества воздуха и других газов. При этом кислород, не только растворяется, но и химически соединяется с маслом, образуя продукты окисления. Выделение газов из масла очень часто является признаком зарождающегося дефекта в обмотке трансформатора. В настоящее время разработан и используется способ определения дефектов в трансформаторе по наличию растворенных в масле газов, хроматографический анализ.

Очисткой масла называется такая операция, с помощью которой загрязненное или окисленное масло приводится в пригодное для эксплуатации состояние. После хорошей очистки масло должно полностью восстановить свои начальные свойства, т.е. должно быть совершенно прозрачно, не должно содержать кислот, осадков, воды, угля и других загрязнений.

Из родственных трансформаторному маслу по свойствам и применению жидких диэлектриков стоит отметить конденсаторные и кабельные масла. Кабельные масла предназначены для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей. Основой их также является нефтяные масла. От трансформаторного масла отличаются повышенной вязкостью, увеличенной температурой вспышки и уменьшенными диэлектрическими потерями. Из марок масел отметим МН-4 (маловязкое, для заполнения кабелей низкого давления), С-220 (высоковязкое для заполнения кабелей высокого давления), КМ-25 (наиболее вязкое).

Хлордифенилы являются хорошими диэлектриками. У них повышена диэлектрическая проницаемость e= 5-6 по сравнению с трансформаторным маслом из-за полярности связи электроотрицательного хлора с дифенильным кольцом. Тангенс угла диэлектрических потерь tgdненамного выше, чем у масла, электрическая прочность также высока. Применение этих диэлектриков было обусловлено как этими свойствами, так и, главным образом, их негорючестью. Поэтому в пожароопасных условиях (шахты, химические производства и т.п.) использовали трансформаторы и другие электрические аппараты, заполненные хлордифенильными диэлектриками.

Хлорированные углеводороды получаются из различных углеводородов путем замены в их молекул некоторых (или даже всех) атомов водорода атомами хлора. Наиболее широкое применение имеют полярные продукты хлорирования дифенила [молекула которого С₁₂Н₁₀ (или Н₅С₆-С₆Н₅) состоит из двух фенильных остатков], имеющие общий состав С₁₂Н_10-_nCl_n. Чаще всего применяются смеси различных изомеров хлорированных дифенилов со средней степенью хлорирования n от 3 до 6 – полихлорбифенилов (ПХБ).

Из числа применяемых хлорированных дифенилов отметим совол, по составу близкий к пентахлордифенилу С₁₂Н₅Cl₅. Замена соловом нефтяного масла в производстве силовых бумажных конденсаторов позволяет снизить объем конденсатора при равной реактивной мощности примерно в два раза. Это дает большой экономический выигрыш, хотя совол и дороже масла. Совол более стабилен при работе в электрическом поле, чем масло. Недостатком конденсаторов, пропитанных соволом, является сильное уменьшение емкости при падении температуры ниже 0 °С. Совол - прозрачная бесцветная жидкость с плотностью около 1,5 Мг/м 3 . Благодаря высокой температуре застывания (+5°С) и значительной вязкости в области рабочих температур совол в чистом виде не может использоваться для заливки трансформаторов. Для этой цели совол должен разбавляться менее вязкими жидкостями, например гексахлорбутадиеном Cl₂C=CCl-CCl=CCl₂. Так, гексол - смесь 20% совола и 80% C₄Cl₆ - имеет около 3 и температуру застывания ниже минус 60°С.

Благоприятными свойствами обладает и смеси хлорированных дифенилов с другими хлорированными соединениями, применяемые для пропитки конденсаторов. Эти смеси, обозначаемые КЖ-30, КЖ-40 и КЖ-50, имеют соответственно значения , равные 6,0; 5,9 и 5,8 и температуры застывания минус 30, минус 45 и минус 50 °С. Хлорированные дифенилы не горючи.

Хлорированные углеводороды относят к стойким органическим загрязнителям (СОЗ). Их недостатком является высокая токсичность как самих жидкостей и их паров, так и – в еще большей степени - газов, которые образуются при воздействии электрической дуги на хлорированные дифенилы. Поэтому, во многих странах применение хлорированных дифенилов запрещено законом.

В последние годы в России стоит проблема утилизации и уничтожения супертоксикантов - совтола и совола, широко применявшихся в электротехническом оборудовании 60-х годов. Разработанная специалистами ОАО "Новолипецкий металлургический комбинат" и НПП "Экоспектр" технология по безопасному обезвреживанию совола и совтола позволяет без ущерба для окружающей среды уничтожать 99,99995% вредного вещества. Процесс происходит в фурменной зоне доменной печи, что позволяет внедрить его и на других металлургических комбинатах.

Однако у всего класса этих веществ имеются два очень существенных недостатка - высокая токсичность и сильное влияние на озоновый слой. Хотя токсичность является очевидным недостатком, но наибольшее негативное влияние на применение хлордифенилов оказал второй его недостаток.

Очень интересен класс фторорганических жидкостей. В зарубежной литературе они называются перфторуглероды. По сути, это эквивалент обычным органическим жидкостям, только вместо атома водорода везде находится атом фтора. Например есть аналоги органическим соединениям, таким как пентан С5H12 – перфторпентан С5F12, гексан С6H14- перфторгексанС6F14, триэтил (пропил, бутил)амин – перфтортриэтил (пропил, бутил)амин и т.п. Существует даже перфтортрансформаторное масло. (В отличие от настоящего трансформаторного масла перфтортрансформаторное масло при нормальных условиях является твердым веществом и используется в качестве морозостойкой смазки). Наличие фтора на месте водорода означает, что вещество полностью окислилось. Поэтому фторуглеродные жидкости инертны по отношению к любым воздействиям, в.т.ч. стабильны под действием электрического поля и температуры. Замена атома H на атом F приводит к новым свойствам и новым возможностям: негорючесть, высокая термическая и химическая стабильность, инертность по отношению к металлам, твердым диэлектрикам и резинам, нетоксичность, отсутствие цвета и запаха, возможность подбора жидкостей с различными точками кипения и замерзания,низкая растворимость воды и высокая растворимость газов, отсутствие растворимости любых нефторированных материалов и т.д.

Прочие синтетические жидкости. Прочие синтетические жидкости представляют интерес и некоторые другие полярные синтетические электроизоляционные жидкости. Нитробензол Н₅С₆-NO₂, этиленгликоль НО-СН₂-СН₂-ОН и цианоэтилсахароза С₃₈Н₄₆N₈O₁₁ имеют весьма высокую диэлектрическую проницаемость.

Для использования в электрической изоляции сильнополярные жидкости должны быть чрезвычайно тщательно очищены, так как даже малейшие примеси существенно снижают их  и повышают tg . Интересной проблемой является важность использования в качестве диэлектрика конденсаторов сверхчистой воды (пока еще практически не полученoй), имеющий  =80.

Нитробензол характеризуется сильно выраженным эффектом Керра, почему может быть применен в устройствах, использующих этот эффект. Сравнительно слабо полярная жидкость – лектронил (эфир себациновой кислоты и бутилового спирта; строение молекулы Н₉С₄-СОО-(СН₂)₈–СОО–С₄Н₉); имеет весьма низкий tg  (менее 0,0001 в диапазоне частот до 10 5 -10 6 Гц); её  - около 4,3.

Помимо синтетических электроизоляционных жидкостей, отличающихся по химическому составу и свойствам от нефтяных масел, существуют и синтетические жидкости углеводородного состава. Эти неполярные жидкости в ряде случаев обладают более ценными свойствами (лучшие электроизоляционные свойства, стойкость к тепловому старению, газостойкостью) по сравнению с маслами, получаемыми из нефти.

Так пропитка бумажных конденсаторов полиизобутиленом с низкой (10-20) степенью полимеризацией приводит к повышению постоянной времени саморазряда конденсатора примерно на порядок по сравнению с пропиткой нефтяным конденсаторным маслом или вазелином.

Сравнительно дешевый отечественный материал под названием октол представляет собой смесь полимеров изобутилена и его изомеров, имеющих общий состав С₄Н₈ и получаемых из газообразных продуктов крекинга нефти. Октол имеет молекулярную массу от 400 до 1500 и плотность 0,850-0,875 Мг/м 3 ; его вязкость при 70°C составляет 1,3-3,0 мПа·с. Значение  октола около 2,3; tg  около 0,001. Октол с успехом применяется для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей на напряжения до10 кВ.

Жидкие синтетические углеводороды (додецилбензол, тридецилбензол) используются в кабелях на сверхвысоких рабочих напряжениях (275кВ и выше).

Диэлектрические материалы. Строение и свойства.

ЛЕКЦИЯ №6

Жидкие диэлектрики. Нефтяные электроизоляционные масла. Нефтяное

трансформаторное масло. Нефтяное конденсаторное масло. Нефтяное кабельное масло.

Синтетические жидкие диэлектрики. Растительные масла. Получение, свойства и

использование в энергетике

Трансформаторное масло, - очищенная фракция нефти, получаемая при перегонке, кипящая при температуре от 300 °С до 400 °С. В зависимости от происхождения нефти обладают различными свойствами и эти отличительные свойства исходного сырья отражаются на свойствах масла. Оно имеет сложный углеводородный состав со средним весом молекул 220-340 а.е., и содержит следующие основные компоненты.

Читайте также: