Электрофизические свойства смесей минерального масла и синтетической сложноэфирной диэлектрической жидкости

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. 

1. Wang 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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).

11. Rozga P., Beroual A., Przybylek P., Jaroszewski M., Strzelecki K. A Review on Synthetic Ester Liquids for Transformer Applications. Energies 2020; 13(6429).

12. 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.

13. 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).

14. Zdanowski M., Maleska M. Streaming electrification of insulating liquids mixtures. Archives of Electrical Engineering 2019; 68(2): 387–397.

15. Объем и нормы испытаний электрооборудования: СТО 34.01-23.1-001-2017. – М.: ПАО «Россети» 2017;: 262.

16. Лютикова М. Н., Коробейников С. М. О проблемах смешения разных марок минеральных изоляционных масел. Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики 2019;: 100–106.

17. 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).

18. 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.

19. 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.

20. 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.