Исследование состава восковых отложений и процессов их образования в трансформаторном масле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В настоящей работе представлены результаты по изучению элементного состава осадков, в том числе воскообразных, из высоковольтного маслонаполненного оборудования, в котором трансформаторное масло эксплуатировалось более 30 лет. С помощью метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой в составе осадков из трансформаторов и высоковольтных вводов обнаружены такие металлы, как Cu, Fe, Zn, Ni, Cd, Co, Pb, Cr, Mn. При этом в осадках из силовых трансформаторов в наибольшем количестве содержится железо (Fe) >> медь (Cu) > цинк (Zn), а в осадках из высоковольтных маслонаполненных вводов медь (Cu) ≈ железо (Fe) >> цинк (Zn). Проведены специальные опыты, подтверждающие механизм образования металлоорганических соединений в масле, в частности, образование солей стеариновой кислоты. Опыты заключались в приготовлении модельных растворов, приближенных к составу трансформаторного масла и состоящих из гексана, ионола, бутилстеарата и стеариновой кислоты; добавлении к ним порошкообразных металлов (Cu, Sn, Zn, Fe, Al) и их оксидов (CuO, SnO, ZnO, Fe2O3, Al2O3); выдерживании смеси в течение 1–20 ч и последующем определении концентрации компонентов. Исследования показали, что соли карбоновых кислот в органической матрице образуются при взаимодействии карбоновой кислоты с металлами (Zn, Fe, Al) или их оксидными пленками (ZnO, Fe2O3, Al2O3). С менее активными металлами (Cu и Sn), а также с их оксидами (CuO и SnO) расходование стеариновой кислоты не наблюдалось, то есть реакция между кислотой и добавками (Cu, Sn, CuO, SnO) не протекает, это указывает на то, что медь и олово в масляных осадках связаны с другими анионами, преимущественно с сульфид-ионом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Н. Лютикова

Новосибирский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: m.lyutikova@mail.ru

к. х. н.

Россия, Новосибирск

А. В. Ридель

Новосибирский государственный технический университет

Email: m.lyutikova@mail.ru

к. т. н.

Россия, Новосибирск

С. В. Нехорошев

Ханты-Мансийская государственная медицинская академия

Email: m.lyutikova@mail.ru

д. т. н.

Россия, Ханты-Мансийск

В. М. Муратова

Югорский государственный университет

Email: m.lyutikova@mail.ru
Россия, Ханты-Мансийск

Список литературы

  1. Sarathi R., Yadav, K.S., Swarna M. Understanding the surface discharge characteristics of thermally aged copper sulphide diffused oil impregnated pressboard material. IEEE Trans. Dielec. and Elec. Insul. 2015; 22(5): 2513–2521.
  2. Sevostyanova O., Pasalskiy B., Zhmud B. Copper release kinetics and ageing of insulation paper in oil-immersed transformers. Engineering. 2015; 7: 514–529.
  3. Zukowski P. et al. An analysis of AC conductivity in moist oil-impregnated insulation pressboard. IEEE Trans. Dielec. and Elec. Insul. 2015; 22 (4): 2156–2164.
  4. Львов М. Ю. Коллоидно-дисперсные процессы в высоковольтных герметичных вводах трансформаторов. Электрические станции. 2000; 4: 49–52. L’vov M. Ju. Colloidal-dispersed processes in high-voltage sealed input transformers. Jelektricheskie stancii = Electric stations. 2000; 4: 49–52.
  5. L’vov S.Yu. et al. The development of coil short circuits when transformer windings become contaminated with metalcontaining colloidal particles. Power Technology and Engineering. 2012; 45(5): 385–391.
  6. Vasin V. P., Dolin A. P. Development of methods of evaluation of power transformer insulation aging taking into account random exploitation factors. CIGRE. 2009. 111.
  7. Lundgaard L. E., Hansen W., Linhjell D., Painter T. J. Aging of Oil – Impregnated Paper in Power Transformers. IEEE Trans. Dielec. and Elec. Insul. 2004; 19(1): 230–239.
  8. Лютикова М. Н., Коробейников С. М., Коновалов А. А. Изучение состава восковых отложений из высоковольтного оборудования. Энергетик. 2022; 10: 10–13. Ljutikova M. N., Korobejnikov S. M., Konovalov A. A. Study of the composition of wax deposits from high-voltage equipment. Jenergetik = Energetik. 2022; 10: 10–13.
  9. Осотов В. Н. О влиянии масла марки ГК на надёжность электрооборудования. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.uraldiag.ru/UPLOAD/user/doklad-o-masle-gk.pdf. Osotov V. N. On the influence of GK oil on the reliability of electrical equipment. http://www.uraldiag.ru/UPLOAD/user/doklad-o-masle-gk.pdf.
  10. Korobeynikov S., Lyutikova M., Konovalov A. Spectral measurement of the precipitations composition in OIP insulation of the high-voltage bushings // 48th session CIGRE, 2020. Paper D1–110.
  11. Nasrat L. S., Kassem N., Shukry N. Aging effect on characteristics of oil impregnated insulation paper for power transformers. Engineering. 2013; 5: 1–7.
  12. Vita A., Patrocinio P. R.T., Godinho S. A., Peres E. G., Baudalf J. The effect of passivator additive used in transformers and reactors mineral oil to neutralize the sulfur corrosion and its influence on low thermal defect. CIGRE. 2008. 2–215.
  13. Липштейн Н. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с. Lipshtejn N. A., Shahnovich M. I. Transformer oil. Moscow: Jenergoatomizdat Publ., 1983. 296 р.
  14. ASTM D3635-2013. Standard Test Method for Dissolved Copper In Electrical Insulating Oil By Atomic Absorption Spectrophotometry. ASTM International, 2013. 4 p.
  15. ASTM D7151-05. Standard Test Method for Determination of Elements in Insulating Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES). ASTM International, 2005. 5 p.
  16. ГОСТ 13538-68. Присадки и масла с присадками. Метод определения содержания бария, кальция и цинка комплексонометрическим титрованием. М.: ИПК Издательство стандартов, 1969. 10 с. GOST 13538-68. Additives and oils with additives. Method for determining the content of barium, calcium and zinc by complexometric titration. Moscow: IPK Izdatel’stvo standartov Publ., 1969. 10 p.
  17. ASTM 4628-02. Standard Test Methods for Analysis of Barium, Calcium, Magnesium, and Zinc in Unused Lubricating Oils by Atomic Absorption Spectrometry. ASTM International, 2003. 6 p.
  18. ASTM UOP842-83. Nickel, Iron, Sulfur and Vanadium in Distillate, Residual Oils and Pitches by XRF. ASTM International, 1983. 9 p.
  19. ASTM D4927-20. Standard Test Methods for Elemental Analysis of Lubricant and Additive Components – Barium, Calcium, Phosphorus, Sulfur, and Zinc by Wavelength-Dispersive X-Ray Fluorescence Spectroscopy. ASTM International, 2021. 10 p.
  20. ASTM D6443-99. Test Method for Determination of Calcium, Chlorine, Copper, Magnesium, Phosphorus, Sulfur, and Zinc in Unused Lubricating Oils and Additives by Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry (Mathematical Correction Procedure). ASTM International, 1999. 7 p.
  21. ASTM D6481-99. Standard Test Method for Determination of Phosphorus, Sulfur, Calcium, and Zinc in Lubrication Oils by Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectroscopy. ASTM International, 1999. 4 p.
  22. ASTM D6595-16. Standard Test Method for Determination of Wear Metals and Contaminants in Used Lubricating Oils or Used Hydraulic Fluids by Rotating Disc Electrode Atomic Emission Spectrometry. ASTM International, 2016. 6 p.
  23. ASTM D4951-02. Standard Test Method for Determination of Additive Elements in Lubricating Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry. ASTM International, 2003. 5 p.
  24. ASTM D5185-18. Standard Test Method for Multielement Determination of Used and Unused Lubricating Oils and Base Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES). ASTM International, 2018. 9 p.
  25. ASTM D7040-15. Standard Test Method for determination of Trace Elements in Middle Distillate Fuels by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES). ASTM International, 2015. 6 p.
  26. Лютикова М. Н., Коробейников С. М., Ридель А. В. Применение хромато-масс спектрометрии для определения кислотного состава трансформаторного масла. Омский научный вестник. 2023; 1(185): 109–113. Ljutikova M. N., Korobejnikov S. M., Ridel’ A. V. Application of gas chromatography-mass spectrometry to determine the acid composition of transformer oil. Omskij nauchnyj vestnik = Omsk Scientific Bulletin. 2023; 1(185): 109–113.
  27. Working Group A2.32 CIGRE. «Copper Sulphide in Transformer Insulation» (CIGRE Brochure № 378 April 2009, 38 p.).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внешний вид воскообразных отложений на различных частях высоковольтных вводов с бумажно-масляной изоляцией

Скачать (266KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Химические структуры солей нафтеновой (1) и карбоновой (2) кислот

Скачать (49KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Остаточная концентрация соединений в модельных растворах после их выдерживания с металлами и оксидами металлов в течение 1 ч

Скачать (183KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Остаточная концентрация соединений в модельных растворах после их выдерживания с металлами и оксидами металлов в течение 20 ч

Скачать (180KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ИК-спектр поглощения: 1 – модельный раствор; 2 – модельный раствор + порошок оксида цинка, время смешивания 1 ч; 3 – модельный раствор + порошок оксида цинка, время смешивания 20 ч

Скачать (175KB)
Метаданные
7. (1.1)

Скачать (31KB)
Метаданные
8. (1.2)

Скачать (34KB)
Метаданные

© Лютикова М.Н., Ридель А.В., Нехорошев С.В., Муратова В.М., 2023