energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2021-14-2-132-141energsecurity-760Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSЭлектрофизические свойства смесей минерального масла и синтетической сложноэфирной диэлектрической жидкостиElectrophysical properties of mixtures of mineral oil and synthetic ester dielectric liquidЛютиковаМ. Н.LyutikovaM. N.

пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск

K. Marxa str., 20, 630073, Novosibirsk

m.lyutikova@mail.ruКоробейниковC. Н.KorobeynikovS. M.

пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск

K. Marxa str., 20, 630073, Novosibirsk

КоноваловА. А.KonovalovA. A.

ул. Беловежская, 4, 121353, г. Москва

Belovezhskaya str., 4, 121353, Moscow

ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет»РоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian FederationПАО «Россети»РоссияPJSC «Rosseti»Russian Federation202128072021142132141Copyright © Лютикова М.Н., Коробейников C.Н., Коновалов А.А., 20212021Лютикова М.Н., Коробейников C.Н., Коновалов А.А.Lyutikova M.N., Korobeynikov S.M., Konovalov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/760

Силовые трансформаторы являются ключевым оборудованием в системах генерации, передачи и распределения электроэнергии. Надежность работы силовых трансформаторов базируется на работоспособности изоляционной системы, которая включает в себя твердую целлюлозную изоляцию и жидкий диэлектрик. Современная энергетика требует от жидкой изоляции превосходные изоляционные свойства, высокие огнестойкие свойства и способность к биологическому разложению. Минеральное масло, которое используется более 100 лет, не отвечает некоторым требованиям. Поэтому в настоящее время рассматриваются различные способы усиления изоляционных свойств масла, в том числе путем смешения его с другими жидкими диэлектриками, обладающими улучшенными свойствами. В качестве таких альтернативных жидкостей рассматриваются синтетические и натуральные эфиры.Рассмотрена возможность усиления изоляционных характеристик минерального масла с высоким содержанием ароматических углеводородов (на примере масла марки Т-750) путем смешения его с синтетическим сложным эфиром Midel 7131. Приведена оценка изоляционных параметров полученных смесей с долей эфира в минеральном масле от 0% до 50%. Описываются основные характеристики смесей, такие, как плотность, кинематическая вязкость, температура вспышки, тангенс угла диэлектрических потерь, относительная диэлектрическая проницаемость, пробивное напряжение и влагосодержание. Показано, что с повышением доли эфира одни параметры полученной изоляционной жидкости улучшаются (температура вспышки, диэлектрическая проницаемость, пробивное напряжение), а другие показатели (плотность, кинематическая вязкость, тангенс угла диэлектрических потерь) при содержании эфира более 10% в смеси не соответствуют требованиям, предъявляемым к минеральным маслам. 

Power transformers are key equipment in power generation, transmission, and distribution systems. The reliability of power transformers is based on the performance of the insulation system, which includes solid cellulose insulation and a liquid dielectric. Modern power engineering requires liquid insulation to have excellent insulating properties, high fire resistance, and biodegradability. Mineral oil that has been in use for over 100 years does not meet certain requirements. Therefore, various methods of enhancing the insulating properties of the oil are currently being considered, including mixing it with other liquid dielectrics, which have excellent properties. Synthetic and natural esters are considered as alternative fluids.This article discusses the possibility of enhancing the insulating characteristics of mineral oil with a high content of aromatic hydrocarbons (for example, T-750 oil) by mixing it with synthetic ester Midel 7131. Assessment is given of insulating parameters of the resulting mixtures with an ester fraction in mineral oil from 0% to fifty%. The main characteristics of the mixtures are described, such as density, kinematic viscosity, flash point, dielectric loss tangent, relative dielectric permittivity, breakdown voltage, and moisture content. It is shown that with an increase in the proportion of ester, some parameters of the obtained insulating liquid improve (flash point, dielectric constant, breakdown voltage), while values of other parameters (density, kinematic viscosity, dielectric loss tangent) with an ester content of more than 10% in the mixture do not meet the requirements for mineral oils.

минеральное изоляционное маслосинтетический эфирэлектрофизические свойствапробивное напряжениедиэлектрические потеридиэлектрическая проницаемостьтемпература вспышкивязкостьплотностьmineral insulating oilsynthetic esterelectrophysical propertiesbreakdown voltagedielectric lossdielectric permittivityflash pointviscositydensityReferencesWang X., Tang Ch., Huang B., Hao J., Chen G. Review of Research Progress on the Electrical Properties and Modification of Mineral Insulating Oils Used in Power Transformers. Energies 2018; 11(487): 1–31.Wang X., Tang Ch., Huang B., Hao J., Chen G. Review of ResearchProgress on the Electrical Properties and Modification of Mineral Insulating Oils Used in Power Transformers. Energies 2018; 11(487): 1–31.Mohan Rao U., Fofana I., Jaya T., Rodriguez-Celis E. M., Jalbert J., Picher P. Alternative Dielectric Fluids for Transformer Insulation System: Progress, Challenges, and Future Prospects. IEEE Access 2019; (7): 184552 – 184571.Mohan Rao U., Fofana I., Jaya T., Rodriguez-Celis E. M., Jalbert J., Picher P. Alternative Dielectric Fluids for Transformer Insulation System: Progress, Challenges, and Future Prospects. IEEE Access 2019; (7): 184552 – 184571.Huang Y., Wei J., Yi J. Combustion behavior of mineral insulating oil with addition of flame retardants. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 2020. DOI:10.1088/1755-1315/508/1/012155.Huang Y., Wei J., Yi J. Combustion behavior of mineral insulating oil with addition of flame retardants. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 2020. DOI:10.1088/1755-1315/508/1/012155.Chen J., Sun P., Sima W., Shao Q., Ye L., Li Ch. A Promising NanoInsulating-Oil for Industrial Application: Electrical Properties and Modification Mechanism. Nanomaterials 2019; 9(788): 1–24.Chen J., Sun P., Sima W., Shao Q., Ye L., Li Ch. A Promising NanoInsulating-Oil for Industrial Application: Electrical Properties and Modification Mechanism. Nanomaterials 2019; 9(788): 1–24.Khaled U., Beroual A. Influence of Conductive Nanoparticles on the Breakdown Voltage of Mineral Oil, Synthetic and Natural Ester Oilbased Nanofluids. IEEE 20th International Conference on Dialectric Liquids (ICDL), Italy 2019: 1–4.Khaled U., Beroual A. Influence of Conductive Nanoparticles on the Breakdown Voltage of Mineral Oil, Synthetic and Natural Ester Oilbased Nanofluids. IEEE 20th International Conference on Dialectric Liquids (ICDL), Italy 2019: 1–4.Rafiq M., Shafique M., Azam A., Ateeq M., Khan I. A., Hussain А. Sustainable, Renewable and Environmental-Friendly Insulation Systems for High Voltages Applications. Molecules 2020; 25(3901): 1–43.Rafiq M., Shafique M., Azam A., Ateeq M., Khan I. A., Hussain А. Sustainable, Renewable and Environmental-Friendly Insulation Systems for High Voltages Applications. Molecules 2020; 25(3901): 1–43.Nadolny Z., Dombek G. Thermal properties of mixture of mineral oil and natural ester in terms of their application in the transformer. E3S Web of Conferences 19 01040 2017. DOI: 10.1051/e3sconf/20171901040.Nadolny Z., Dombek G. Thermal properties of mixture of mineral oil and natural ester in terms of their application in the transformer. E3S Web of Conferences 19 01040 2017. DOI: 10.1051/e3sconf/20171901040.Beroual A., Sitorus H. B. H., Setiabudy R., Bismo S. Comparative study of AC and DC breakdown voltages in Jatropha methyl ester oil, mineral oil, and their mixtures. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2018; 25(5): 1831–1836.Beroual A., Sitorus H. B. H., Setiabudy R., Bismo S. Comparative study of AC and DC breakdown voltages in Jatropha methyl ester oil, mineral oil, and their mixtures. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul 2018; 25(5): 1831–1836.Beroual A., Khaled U., Seraphine P., Sitorus H. Comparative study of breakdown voltage of mineral, synthetic and natural oils and based mineral oil mixtures under AC and DC voltages. Energies 2017; 10(4): 5–11.Beroual A., Khaled U., Seraphine P., Sitorus H. Comparative study of breakdown voltage of mineral, synthetic and natural oils and based mineral oil mixtures under AC and DC voltages. Energies 2017; 10(4): 5–11.Rouabeh J., M’Barki L., Hammami A., Jallouli I., Driss A. Studies of different types of insulating oils and their mixtures as an alternative to mineral oil for cooling power transformers. Heliyon 2019; 5(e01159).Rouabeh J., M’Barki L., Hammami A., Jallouli I., Driss A. Studies of different types of insulating oils and their mixtures as an alternative to mineral oil for cooling power transformers. Heliyon 2019; 5(e01159).Rozga P., Beroual A., Przybylek P., Jaroszewski M., Strzelecki K. A Review on Synthetic Ester Liquids for Transformer Applications. Energies 2020; 13(6429).Rozga P., Beroual A., Przybylek P., Jaroszewski M., Strzelecki K. A Review on Synthetic Ester Liquids for Transformer Applications. Energies 2020; 13(6429).Hamdi A., Fofana I., Mahi D. Stability of mineral oil and oil-ester mixtures under thermal ageing and electrical discharges. IET Gener. Trans. Distrib 2017;11(9): 2384–2392.Hamdi A., Fofana I., Mahi D. Stability of mineral oil and oil-ester mixtures under thermal ageing and electrical discharges. IET Gener. Trans. Distrib 2017; 11(9): 2384–2392.Zukowski P., Rogalski P., Koltunowicz T. N., Kierczynski K., Subocz J., Zenker M. Cellulose Ester Insulation of Power Transformers: Researching the Influence of Moisture on the Phase Shift Angle and Admittance. Energies 2020; 13(5511).Zukowski P., Rogalski P., Koltunowicz T. N., Kierczynski K., Subocz J., Zenker M. Cellulose Ester Insulation of Power Transformers: Researching the Influence of Moisture on the Phase Shift Angle and Admittance. Energies 2020; 13(5511).Zdanowski M., Maleska M. Streaming electrification of insulating liquids mixtures. Archives of Electrical Engineering 2019; 68(2): 387–397.Zdanowski M., Maleska M. Streaming electrification of insulating liquids mixtures. Archives of Electrical Engineering 2019; 68(2): 387–397.Объем и нормы испытаний электрооборудования: СТО 34.01-23.1-001-2017. – М.: ПАО «Россети» 2017;: 262.The scope and standards of testing electrical equipment: STO 34.01-23.1-001-2017. – М.: PJSC «Posseti» 2017;: 262 (In Russ.)Лютикова М. Н., Коробейников С. М. О проблемах смешения разных марок минеральных изоляционных масел. Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики 2019;: 100–106.Lyutikova M. N., Korobeynikov S. M. About the problems of mixing different brands of mineral insulating oils. Modern problems of electrophysics and electrohydrodynamics 2019;: 100–106. (In Russ.)MIDEL 7131. Синтетическая диэлектрическая трансформаторная жидкость. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.midel.com/app/uploads/2018/05/MIDEL-7131-ProductBrochure.pdf (Дата обращения: 11.11.2020).MIDEL 7131. Synthetic dielectric transformer liquid. – Available: https://www.midel.com/app/uploads/2018/05/MIDEL-7131-ProductBrochure.pdf.Лютикова М. Н., Коробейников С. М., Коновалов А. А. Внедрение спектральных методов в диагностику маслонаполненного высоковольтного оборудования. Надежность и безопасность энергетики 2020; 13(2): 110–118.Lyutikova M. N., Korobeynikov S. M., Konovalov A. A. The introduction of spectral methods in the diagnosis of oil-filled highvoltage equipment. Safety and Reliability of Power Industry 2020; 13(2): 110–118. (In Russ.)Mohan Rao U., Fofana I., N`cho S. J. On Some Imperative IEEE Standards for Usage of Natural Ester Liquids in Transformers. IEEE Access 2018; (8): 2169–3536.Mohan Rao U., Fofana I., N`cho S.J. On Some Imperative IEEE Standards for Usage of Natural Ester Liquids in Transformers. IEEE Access 2018; (8): 2169–3536.Salama M. M., Mansour D. E., Daghrah S. M., Abbas A. Thermal performance of transformers filled with environmentally friendly oils under various loading conditions. Electrical Power and Energy Systems 2020; (118): 1–10.Salama M. M., Mansour D. E., Daghrah S. M., Abbas A. Thermal performance of transformers filled with environmentally friendly oils under various loading conditions. Electrical Power and Energy Systems 2020; (118): 1–10.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.