Vestnik of Samara State Technical University. Technical Sciences SeriesVestnik of Samara State Technical University. Technical Sciences SeriesВестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки»1991-85422712-8938Samara State Technical University62574710.14498/tech.2023.3.6Energy and Electrical EngineeringЭнергетика и электротехникаScientific ReportInfluence of nano-oil preparation conditions on its electrical strengthВлияние условий подготовки наномасла на его электрическую прочностьLoskutovViktor A.ЛоскутовВиктор Александрович
Russian Federation

Postgraduate Student

аспирант

blackline05@yandex.ruProkopenkoYakov G.ПрокопенкоЯков Геннадьевич
Russian Federation

Student

студент

ridel@corp.nstu.ruRydelAlexander V.РидельАлександр Викторович
Russian Federation

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor

кандидат технических наук, доцент

ridel@corp.nstu.ruGorevaLudmila P.ГореваЛюдмила Павловна
Russian Federation

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor

кандидат технических наук, доцент

goreva@corp.nstu.ruNovosibirsk State Technical UniversityНовосибирский государственный технический университет2012202331383971701202417012024Copyright ©; 2023, Loskutov V.A., Prokopenko Y.G., Rydel A.V., Goreva L.P.Copyright ©; 2023, Лоскутов В.А., Прокопенко Я.Г., Ридель А.В., Горева Л.П.2023Loskutov V.A., Prokopenko Y.G., Rydel A.V., Goreva L.P.Лоскутов В.А., Прокопенко Я.Г., Ридель А.В., Горева Л.П.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/1991-8542/article/view/625747

This study presents the results of experiments aimed at determining the breakdown voltage of liquids containing carbon nanotubes and other microinclusions; which were dispersed in mineral insulating oil used in electrical transformers. The liquid was obtained by various methods with the mandatory use of ultrasonic dispersant. The electrical strength of the carbon nanotube-based nano-oil was found to be significantly less than the electrical strength of the zinc and titanium nano-oxide-based nano-oil. At low concentrations the values of electrical strength approximately correspond to the values of electrical strength of pure liquid; but with increasing concentration the electrical strength of all nanofluids decreases. It is shown that the nanofluid preparation technology has a strong influence on its breakdown voltage.

Представлены результаты экспериментов, направленных на определение пробивного напряжения жидкостей, содержащих углеродные нанотрубки и другие микровключения, которые были диспергированы в минеральном изоляционном масле, используемом в электрических трансформаторах. Жидкость получали различными способами с обязательным использованием ультразвукового диспергатора. Электрическая прочность наномасла на основе углеродных нанотрубок оказалась значительно меньше электрической прочности наномасла на основе нанооксидов цинка и титана. При малых концентрациях значения электрической прочности примерно соответствуют значениям электрической прочности чистой жидкости, однако с ростом концентрации электрическая прочность всех наножидкостей уменьшается. Показано, что технология приготовления наножидкости оказывает сильное влияние на ее напряжение пробоя.

Transformer oiltransformerelectrical strengthdispersioncarbon nanotubestitanium nanooxidezinc nanooxidemicroinclusionsтрансформаторное маслотрансформаторэлектрическая прочностьдиспергированиеуглеродные нанотрубкинанооксид титанананооксид цинкамикровключенияPotao S., Wenxia S., Dingfei Z., Qiulin C., Lian Y., Jiaqi C. Effects of impulse waveform parameters on the breakdown characteristics of nano-TiO2 modified transformer oil // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2018. Vol. 25. No. 5. Pр. 1651–1659.Gaurav S., Hemantkumar A. Thermal conductivity enhancement of transformer oil using functionalized nanodiamonds // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2015. Vol. 22. No. 4. Pр. 2185–2190.Abid M.A., Khan I., Ullah Z., Ullah K., Haider A., Ali S.M. Dielectric and Thermal Performance Up-Gradation of Transformer Oil Using Valuable NanoParticles // IEEE Access. 2019. Vol. 7. Pр. 153509–153518.Swati K., Sarathi R., Yadav K.S., Taylor N., Edin H. Corona discharge activity in nanoparticle dispersed transformer oil S. K. under composite voltages // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2018. Vol. 25. No. 5. Pр. 1731–1738.Potao S., Wenxia S., Xiongwei J., Dingfei Z., Jiahui H., Qiulin C. Failure of nano-modified oil impregnated paper under repeated impulse voltage: Effects of TiO2 nanoparticles on space charge characteristics // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2018. Vol. 25. No. 8. Pр. 2103–2111.Dhar P., Katiyar A., Maganti L.S., Pattamatta A., Das S. Superior dielectric breakdown strength of graphene and carbon nanotube infused nano-oils // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2016. Vol. 23. No. 2. Pр. 943–956.Yuzhen L., Chengrong L. A Review on Properties, Opportunities, and Challenges of Transformer Oil-Based Nanofluids Muhammad Rafiq // Journal of Nanomaterial. 2016. Vol. 2016. Pp. 23–47.GOST 6581-75 Materialy elektroizolyacionnye zhidkie. Metody elektricheskih ispytanij [Electrically insulating liquid materials. Methods of electrical tests]. (In Russian).ГОСТ 6581-75 Материалы электроизоляционные жидкие. Методы электрических испытаний.Bartley W.H. Investigating transformer failure // In Proceedings of the 5th Weidmann-ACTI Annual Technical Conference on New Diagnostic Concepts for Better Asset Management, 2006. Pр. 1–14. http://www.sciepub.com/reference/179122 (accessed October 10, 2023).Rafiq M. Sustainable, Renewable and Environmental-Friendly Insulation Systems for High Voltages Applications // Transformer Life Extension. 2020. Vol. 25. Pр. 36–41. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7503315/ (accessed October 10, 2023).Chiesa M., Das K. Experimental investigation of the dielectric and cooling performance of colloidal suspensions in insulating media // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, 2009. Vol. 335. Pр. 88–97. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927775708007322 (accessed October 10, 2023).Rouse T.O. Mineral insulating oil in transformers // IEEE Electrical Insulation Magazine, 1998. Vol. 14. Pр. 6–16. https://ieeexplore.ieee.org/document/675572 (accessed October 10, 2023).Rudyak V.Ya., Minakova A.V., Pryazhnikov M.I., Guzey D.V. Izmerenie teploprovodnosti i koefficienta teplootdachi nanozhdikostej s odnostennymi nanotrubkami [Measurement of thermal conductivity and heat transfer coefficient of nanozhdiches with single-walled nanotubes] // Thermophysics of high temperatures. 2022. No. 5. Pр. 692–700. (in Russian).Рудяк В.Я., Минакова А.В., Пряжников М.И., Гузей Д.В. Измерение теплопроводности и коэффициента теплоотдачи наножидкостей с одностенными нанотрубками // Теплофизика высоких температур. 2022. № 5. С. 692–700.Choi S., Eastman J.A. Enhancing Thermal Conductivity of Fluids With Nanoparticles // ASME, International Mechanical Engineering Congress & Exposition, San Francisco, CA, 1995.Du Y., Lv Y., Li C., Chen M., Zhong Y., Zhou J. Effect of semiconductive nanoparticles on insulating performances of transformer oil // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2012. Pр. 770–776.Lee J., Kim W. Experimental study of dielectric breakdown voltage of insulating oil mixed with magnetic nanoparticles // Phys. Procedia. 2012. Vol. 32. Pр. 327–334.Nemati A. Recent Advances in Nanofluids Based on Transformer Oil: Preparation and Electrical Insulation Properties // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2021. Vol. 28. Pp. 702–711. https://ieeexplore.ieee.org/document/6882597 (accessed October 10, 2023).Bonnemann H. Monodisperse copper and silver-nanocolloids suitable for heat-conductive fluids // Appl. Organomet. Chem. 2005. Vol. 19. Pр. 768–773. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aoc.889 (accessed October 10, 2023).Yu W., Xie H.Q. A review on nanofluids: Preparation, stability mechanisms, and applications // Journal of Nanomaterial. 2011. Vol. 2012. https://www.hindawi.com/journals/jnm/2012/435873/ (accessed October 10, 2023).Rzhevskaya S.P. Elektricheskie materialy. Dielektriki [Electrical Materials. Dielectrics]. Minsk: BITU, 2009. 142 p. (in Russian).Ржевская С.П. Электрические материалы. Диэлектрики. Минск: БИТУ, 2009. 142 с.Nikolaev M.Yu., Malgin G.V., Shchekochikhin A.V., Shkaruba M.V. Elektrotekhnicheskie i konstrukcionnye materialy [Electrotechnical and structural materials]. Nizhnevartovsk: NVGU, 2022. 167 p. (in Russian).Николаев М.Ю., Мальгин Г.В., Щекочихин А.В., Шкаруба М.В. Электротехнические и конструкционные материалы. Нижневартовск: НВГУ, 2022. 167 с.Vorobyev G.A. Dielektricheskie svojstva elektroizolyacionnyh materialov [Dielectric properties of electrical insulating materials]. Tomsk: Tomsk University Publishing House, 1984. Pр. 69–73. (in Russian).Воробьев Г.А. Диэлектрические свойства электроизоляционных материалов. Томск: Томск. ун-т, 1984. С. 69–73.GOST P 56738-2015 Transformatory silovye. Trebovaniya i metody ispytaniya elektricheskoj prochnosti [Power transformers. Requirements and test methods for electrical strength]. (in Russian).ГОСТ Р 56738-2015 Трансформаторы силовые. Требования и методы испытания электрической прочности.Barbashova G.A., Shomko V.В. Vliyanie ciklichnosti vvoda elektricheskoj energii v kanal podvodnogo iskrovogo razryada [Influence of the electric energy input cycling into the underwater spark discharge channel] // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2007. Vol. 43. № 2. Pр. 43–49. (in Russian).Барбашова Г.А., Шомко В.В. Влияние цикличности ввода электрической энергии в канал подводного искрового разряда // Инженерия поверхности и прикладная электрохимия. 2007. Т. 43. № 2. C. 43–49.Hrennikov A.Yu., Batyaev R.Yu., Mazhurin Yu.V. Avarijnost' vysokovol'tnyh izmeritel'nyh transformatorov toka i napryazheniya v elektricheskih setyah 110-750 kV i meropriyatiya po eyo snizheniyu [Accident rate of the high-voltage measuring current and voltage transformers in the 110-750 kV electrical networks and measures to reduce it] // Elektro. Elektronika, Elektroenergetika, Elektrotechnical Industry. 2011. No. 6. Pр. 44–46 (in Russian).Хренников А.Ю., Батяев Р.Ю., Мажурин Ю.В. Аварийность высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения в электрических сетях 110–750 кВ и мероприятия по ее снижению // Электро. Электроника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2011. № 6. С. 44–46.Kizevetov D.V., Reznik A.S., Zhuravleva N.M., Litvinov D.V. Vliyanie koncentracii komponentov smesi dielektricheskih zhidkostej dlya silovyh transformatorov na elektricheskoe soprotivlenie i opticheskie harakteristiki [Influence of dielectric fluid mixture components concentration for power transformers on electrical resistance and optical characteristics] // Global Energy. 2020. No. 3. Pр. 5–19. (in Russian).Кизеветов Д.В., Резник А.С., Журавлева Н.М., Литвинов Д.В. Влияние концентрации компонентов смеси диэлектрических жидкостей для силовых трансформаторов на электрическое сопротивление и оптические характеристики // Глобальная энергия. 2020. № 3. С. 5–19.