Контроль качества трансформаторного масла по ASTM D971, ГОСТ Р 55413

Контроль качества трансформаторного масла и степень его загрязнения определяют согласно ASTM D971 (российский аналог ГОСТ Р 55413-2013), а также согласно СТО 56947007-29.180.010.070-2011 (Стандарт организации ОАО "ФСК ЕЭС"). Измеряют межфазное натяжение на границе масло / вода с помощью метода отрыва кольца дью Нуи. Высокое значение МН в новом масле означает отсутствие нежелательных загрязнителей. Данный метод позволяет определить даже небольшое количество растворенных полярных загрязнителей или продуктов окисления.

Межфазное натяжение определяется как сила, необходимая для отрыва кольца или пластины от поверхности раздела фаз двух жидкостей (масла и воды), приходящаяся на единицу поверхности. При работе по методу кольца необходимо вводить дополнительные поправки (Зайдмана и Уотерса) на кривизну радиусов кольца; в настоящий момент метод пластины считается более точным.

За исключением некоторых синтетических жидкостей, базовые масла (минеральные масла, поли-альфаолефины) являются гидрофобными жидкостями, не смешивающимися с водой. Чистая вода имеет высокое значение поверхностного натяжения за счет полярной части, а базовое минеральное масло имеет высокое поверхностное натяжение за счет неполярной составляющей; таким образом, по правилу подобия, данные жидкости не смешиваются.

Со временем загрязненное масло будет больше взаимодействовать с водой за счет накопления в нем гидрофильных поверхностно-активных веществ (ПАВ), адсорбирующихся на границе масло-вода. В результате, чем старше масло, тем легче оно контактирует с водой; при этом межфазное натяжение на границе масло-вода снижается.

Межфазное натяжение пропорционально концентрации и полярности ПАВ. Увеличение вязкости соответствует увеличению МН, однако увеличение температуры снижает МН между водой и маслом. Следует заметить, что при определенной повышенной температуре границы между веществами стираются.

Межфазное натяжение так же, как и поверхностное натяжение (ПН), измеряют с помощью тензиометров. Согласно ASTM D971 и ASTM D2285, тензиометр должен быть оснащен плоским столиком для емкости с образцом, кольцом и сосудом для образца. Данные требования полностью выполняются в тензиометрах KRUSS. В стандарте ГОСТ Р 55413 приводится изображение тензиометра K6, но на практике пользователи используют тензиометр K20 и тензиометр K100. Последние две модели тензиометров позволяют снизить влияние оператора на результат, т.к. измерения проводится в автоматическом режиме. Кроме того, тензиометры K20 и K100 внесены в ГосРеестр СИ РФ.

Межфазное натяжение так же, как и поверхностное натяжение (ПН), измеряют с помощью тен-зиометров. Согласно ASTM D971 и ASTM D2285, тензиометр должен быть оснащен плоским столиком для емкости с образцом, кольцом из платины или платино-иридиевого сплава и сосудом для образца. Данные требования полностью выполняются в тензиометрах фирмы KRUSS. Все модели тензиометров серии K (кроме тензиометра K100) поставляются с плоским столиком и одним сосудом в комплекте, пользователь на свое ус-мотрение выбирает кольцо или пластину.

Температура оказывает значительное влияние на физические свойства веществ, в частности, на поверхностное и межфазное натяжение. Для воспроизводства результатов необходимо по максимуму уравнять условия проведения анализов. Например, согласно ASTM все измерения необходимо проводить при температуре образца 25°С. С этой целью производители оборудования оснащают свои приборы столиками с двойной рубашкой, через которую циркулирует жидкость заданной температуры. Температура циркулирующей жидкости поддерживается с помощью термостатов, например, термостатов Huber.

С большой степенью уверенности качество смазок можно оценить с помощью измерения меж-фазного натяжения. Когда масло загрязняется, его МН снижается. Зачастую, чтобы понять причину ухудшения качества масла, необходимо сделать множество анализов, т.к. изменение межфазного на-тяжения будет указывать на наличие проблемы. Имея МН в качестве наглядного индикатора ухудше-ния качества масла, можно провести ряд анализов по выявлению истинных причин:

При окислении образуются растворимые и нерастворимые гидрофильные компоненты, многие из которых изменяют МН значительно раньше, чем кислотное число или вязкость масла. Например, когда поверхностное натяжение турбинного масла опускается до 15-20 мН/м, возникает опасность накопления осадка. Даже фото-каталитические реакции, проходящие под воздействием солнечного света, могут привести к снижению МН.

Существует много загрязнителей, которые приведут к изменению МН. Они могут включать моющие агенты/мыла, пыль, химические реактивы, антифриз, обезжиривающие средства, ПАВ и т.п. Многие из этих загрязнителей нельзя обнаружить с помощью инструментальных методов анализа, например, спектрометров.

Смазки могут выступить в качестве вторичных загрязнителей и вызвать изменение МН. Такое может случиться, например, когда смазки или моторные масла смешивают с гидравлическими жидкостями или моторными маслами. Смешение разных по своей природе смазок также может привести к измене-нию межфазного натяжения.

Истощение поверхностно-активных присадок (моющих, противоизносных присадок, ингибиторов кор-розии и т.п.) может привести к увеличению МН. Однако исследования показали, что для масел лучше подходят жидкости с низкой концентрацией полярной присадки и высоким МН.

Количественное определение межфазного натяжения новых и использованных масел требуется не всегда. Можно воспользоваться визуальными методами: например, растекание масла по стеклян-ной поверхности или поднятие по капилляру. В российской системе сертификации качества транс-форматорного масла такой показатель, как межфазное натяжение на границе с водой, не стандарти-зируется, но это один из наиболее простых и наглядных индикаторов качества продукта, который вот уже почти 10 лет используется в международной практике.