RU2710101C2 - Способ контроля качества трансформаторного масла - Google Patents
Способ контроля качества трансформаторного масла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710101C2 RU2710101C2 RU2018122245A RU2018122245A RU2710101C2 RU 2710101 C2 RU2710101 C2 RU 2710101C2 RU 2018122245 A RU2018122245 A RU 2018122245A RU 2018122245 A RU2018122245 A RU 2018122245A RU 2710101 C2 RU2710101 C2 RU 2710101C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oil
- water
- breakdown voltage
- transformer
- emulsion
- Prior art date
Links
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 title 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 59
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 55
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 3-(trimethylsilyl)propane-1-sulfonic acid Chemical compound C[Si](C)(C)CCCS(O)(=O)=O TVZRAEYQIKYCPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000012482 calibration solution Substances 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000005443 coulometric titration Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000007764 o/w emulsion Substances 0.000 description 1
- 235000019476 oil-water mixture Nutrition 0.000 description 1
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для определения на работающем трансформаторе пробойного напряжения трансформаторного масла с добавками воды в реальном масштабе времени. Способ включает в себя измерение размера r и концентрации эмульсионных частиц N методом динамического рассеяния лазерного излучения, вычисление содержания эмульсионной воды V по формулеи определение по калибровочной кривой величины пробойного электрического напряжения масла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к методам контроля качества трансформаторного масла.
Уровень техники.
Известно, что работоспособность трансформаторного масла существенно определяется содержанием воды в масле [ГОСТ 7822-75 и РД 34.43.107-95]. Увеличение содержания воды в масле приводит к ускорению процессов разрушения изоляции обмоток и к снижению диэлектрической прочности, т.е. пробойного напряжения масла. Предусмотренные ГОСТ 7822-75 и РД 34.43.107-95 методы контроля содержания воды основаны на ряде физико-химических методик:
1. Газохроматографическая методика анализа общего газосодержания и общего влагосодержания (растворенная и связанная вода) в трансформаторных маслах с прямым вводом масла в испаритель хроматографа (методика ВНИИЭ). Аналог.
2. Газохроматографическая методика анализа общего газосодержания и влажности (растворенной воды) в трансформаторных маслах с использованием калибровочных растворов газов в масле (методика ВТИ без вакуумирования приставки). Аналог.
3. Методика анализа общего газосодержания и влажности (растворенной воды) в трансформаторных маслах с использованием их равновесного извлечения в устройстве УИВВМ (методика ВНИИЭ). Аналог.
4. Методика анализа влажности (растворенной воды) в трансформаторных маслах кулонометрическим титрованием по методике МЭК, Публикация 814. Аналог.
5. Методика измерения пробивного напряжения трансформаторного масла по ГОСТ 6581-75. Прототип.
Недостатком этих методик является необходимость отбора проб, транспортировка проб в лабораторию, проведение анализа и получение результатов за большой промежуток времени, т.е. невозможность или затруднительность определения содержания воды в реальном масштабе времени. Кроме того, определение воды указанными выше методами не всегда позволяет определить связанное с наличием воды изменение пробойного напряжения масла. Причина этого связана с тем, что вода в трансформаторе присутствует в следующих формах:
- Свободная вода на дне масляного резервуара.
- Раствореная в масле вода.
- Эмульсионная вода в масле.
- Связанная вода.
(FIST 3-30 Facilities instructions, standards, and techniques. Transformer mainenance. October 2001, Hydroelectric research and technical service group, D-8450, United states department of th interior Bureau of Reclamation, De3nver, Colorado). Каждая из этих форм воды по разному влияет на пробойное напряжение масла. Так, согласно FIST 3-30 свободная вода мало влияет на диэлектрическую прочность масла. Наиболее существенное влияние на пробойное напряжение оказывает наличие эмульсионной воды в масле (The mechanism of the resolution of water-in-oil emulsions by electrical treatment, C.A.R. Pierce, A.M.I. Mech, British Journal of Applied Physics, v. 5, April 1954, p 136-143), (Levine, S., "A study of Electrostatic Breaking of water-in-Oil Emulsions," Final Report to Dept. of Energy, Mines and Resources, Canada (DSS Contract No. 23296-6-3208/01-SG, 1987). Физическая причина снижения пробойного напряжения при наличии эмульсионных частиц воды связана с формированием в электрическом поле внутри трансформатора цепочек их эмульсионных частиц, образующих проводящие мостики, по которым происходит инициация пробойного канала (Г.В. Попов, Вопросы диагностики силовых трансформаторов// ФГБО-УВПО «Ивановский государственный энергетический университет». - Иваново, 2012. - 176 с). В растворенном состоянии вода не оказывает значительного влияния на электрическую прочность. Таким образом, описанные в нормативных документах методики определения растворенной воды не могут служить однозначным критерием уменьшения пробойного напряжения. Известно, что растворимость воды в масле существенно растет с температурой. При охлаждении трансформаторного масла, например при снижении нагрузки трансформатора, растворенная вода может приводить к формированию эмульсионных частиц, влияя, таким образом, на величину пробойного напряжения.
При наличии градиентов и динамики изменения температуры масла в трансформаторе на границе вода-масло происходит как процесс растворения свободной воды в масле, так и захват частиц свободной воды конвекционными потоками масла, что несомненно повышает и эмульсионную составляющую воды в масле. Таким образом, имеет место динамическое изменение содержания различных форм воды в масле, зависящее не только от температуры, но и от истории процессов нагревания и охлаждения масла. Предусмотренные указанными выше нормативными документами статические (при одной температуре и при отсутсвии учета истории изменения температуры) не в полной мере дают информацию о параметрах, определяющих качество трансформаторного масла и не могут быть применены для контроля динамики изменения пробойного напряжения масла в реальном масштабе времени.
Раскрытие изобретения.
Нами впервые установлено, что величина пробойного напряжения в первую очередь определяется размером и концентрацией эмульсионных частиц воды в масле. Таким образом, измеряя указанные параметры в реальном масштабе времени, без отбора проб масла, можно определять величину пробойного напряжения в процессе работы трансформатора, т.е. вероятность возникновения аварийной ситуации для данной температуры.
Мы использовали для определения радиуса г и концентрации эмульсионных частиц N метод и прибор динамического рассеяния света, описанный в работе (L.L. Chaikov, M.N. Kirichenko, S.V. Krivokhizha, A.R. Zaritsky, Dynamics of statistically confident particles sizes and concentrations in blood plasma obtaineed by the dynamic light scattering method, Journal of Biomedical Optics, 20 (5), 057003 (May 2015)). Метод основан на измерении корреляционной функции рассеяния лазерного света видимого диапазона с помощью программного обеспечения DYNALS (https://www.photocor.ru/theory/particle-size-analysis). Кроме размера частиц, определялась их концентрация по интенсивности рассеянного света с учетом калибровки по эталону - рассеянию в толуоле.
По измеренным размерам концентрации эмульсионных частиц вычислялась количество эмульсионной воды в единице объема масла по формуле
Эмульсия воды в масле приготавливалась добавлением с помощью дозирующего устройства «Ленпипет» капель дистиллированной воды в масло, обработкой смеси ультразвуком (Q sonica sonicator, Model Q55) мощностью до 55 Вт в течение 5 минут, отстаиванием эмульсии в течение 10 минут.Полученные концентрации воды в масле изменялись с диапазоне от 5*10-6 до 10-4 процента. Величина пробойного напряжения определялась по ГОСТ 6581-75 прибором АИМ-90А (производитель ООО «СКВ «Медрентех»). Из экспериментальных зависимостей на фиг. 1 и 2 видно, что зависимость интенсивности рассеянного лазерного излучения от температуры имеет гитерезис. Это говорит о том, что концентрация и размеры эмульсионных частиц не определяются только составом смеси масло-вода, температурой, а в значительной мере зависят от истории нагрева и охлаждения, т.е. от процессов взаимного превращения форм воды, имеющихся в смеси.
Описание чертежей.
На фиг. 1 представлена измеренная зависимость интенсивности рассеяния лазерного излучения на эмульсионных частицах воды в трансформаторном масле от времени при нагреве и охлаждении.
На фиг. 2 представлена измеренная зависимость интенсивности рассеяния лазерного излучения на эмульсионных частицах воды в трансформаторном масле от температуры.
На фиг. 3 представлена измеренная зависимость величины пробойного напряжения масла марки в Кв/см (эффективное значение) в зависимости от содержания эмульсионной воды.
Осуществление изобретения
На фиг. 3 представлена измеренная зависимость величины пробойного напряжения масла марки ТМ-1500 в Кв/см (эффективное значение) в зависимости от содержания эмульсионной воды V. Кривая на фиг. 3 (треугольники) позволяет по измеренным оптическим методом концентрации N и радиуса эмульсионных частиц г вычислить величину пробойного напряжения в динамике при работе трансформатора без отбора проб.
Пример 1 реализации способа на работающем трансформаторе со свежим маслом.
Для измерений использовалась оптическая кювета диаметром 30 мм, подключенная посредством шлангов к верхнему и нижнему крану на масляном баке трансформатора. При работе трансформатора происходит медленный проток масла через оптическую кювету из бака трансформатора за счет конвективных процессов, связанных с верикальной неоднородностью температуры в теле трансформатора. Это позволяет, практически в реальном масштабе времени, осуществлять измерение концентрации и размеров эмульсионных частиц воды оптическим методом - динамического рассеяния света. По калибровочной кривой, приведенной на фиг. 3 (треугольники), определяется величина пробойного напряжения трансформаторного масла при изменениях нагрузки трансформатора и температуры масла.
Пример 2 реализации работы с состаренным трансформаторным маслом.
Сначала отбиралась проба естественно состаренного масла из работающего трансформатора. Старение связано с работой трансформатора в течение 10 лет без замены масла. При этом масло содержит продукты химического распада бумажной изоляции проводов и деструкции молекул масла под действием частичных электрических пробоев. Это приводит к изменению коэффициента поверхностного натяжения на границе вода-масло, и, соотвественно, к изменению размера эмульсионных частиц и величины пробойного напряжения масла. Изготавливались смеси с заданным содержанием воды по методике описанной выше. С помощью аппарата АИМ-90А измерялось пробойное напряжение в зависимости от концентрации добавленной воды. Также измерялись параметры эмульсии - радиус частиц r и их концентрация N. Результаты измерений зависимости пробойного напряжения от содержания эмульсионной воды V приведены на фиг. 3 (квадраты и кружки). Видно, что из-за наличия загрязнений масла продуктами деструкции молекул и изоляции обмоток начальное пробойное напряжениет даже в сухом масле ниже, чем приведенное для свежего масла. Таким образом осуществляется калибровка способа, учитывающая изменение химического состава масла. Далее калибровочная кривая может служить для мониторинга в реальном масштабе времени величины пробойного напряжения при работе трансформатора.
Так как деградация химического состава масла происходит достаточно медленно, отбор проб и калибровка может производиться раз в квартал или год, в зависимости от степени старения масла.
Claims (5)
1. Способ контроля качества трансформаторного масла, включающий измерение методом динамического рассеяния света размера эмульсионных частиц r, их концентрации N, вычисление содержания эмульсионной воды V по формуле:
и определение величины пробойного напряжения масла по калибровочной кривой, полученной измерением пробойного напряжения масла с дозированными добавками воды.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что калибровочную кривую получают добавлением дозированного количества воды в масло, облучают смесь в течение 5 минут УЗ генератором мощностью до 55 Вт, отстаивают смесь в течение 10 минут, измеряют величину пробойного электрического напряжения и определяют для данных образцов содержание эмульсионной воды V методом динамического рассеяния света.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптическую кювету прибора для измерения динамического рассеяния света соединяют шлангами с верхним и нижними кранами масляного бака трансформатора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122245A RU2710101C2 (ru) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Способ контроля качества трансформаторного масла |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122245A RU2710101C2 (ru) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Способ контроля качества трансформаторного масла |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018122245A RU2018122245A (ru) | 2019-12-19 |
| RU2018122245A3 RU2018122245A3 (ru) | 2019-12-19 |
| RU2710101C2 true RU2710101C2 (ru) | 2019-12-24 |
Family
ID=69005064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018122245A RU2710101C2 (ru) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | Способ контроля качества трансформаторного масла |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2710101C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776965C1 (ru) * | 2021-08-30 | 2022-07-29 | Публичное акционерное общество "Россети Центр" (ПАО "Россети Центр") | Мобильная физико-химическая лаборатория |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2006847C1 (ru) * | 1990-05-28 | 1994-01-30 | Леонов Василий Васильевич | Способ экспрессного контроля содержания воды в маслах и топливах |
| US5508624A (en) * | 1993-09-08 | 1996-04-16 | Korea Electrotechnology Institute | Method for measuring degradation level of transformer insulating oil in use, and apparatus for carrying out the method |
| RU141304U1 (ru) * | 2014-01-31 | 2014-05-27 | Дмитрий Владимирович Кизеветтер | Устройство для оперативного контроля качества технического масла |
| US20190277805A1 (en) * | 2016-09-13 | 2019-09-12 | Passerro Gmbh | Method and device for determining and/or monitoring the breakdown voltage of a transformer oil |
-
2018
- 2018-06-19 RU RU2018122245A patent/RU2710101C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2006847C1 (ru) * | 1990-05-28 | 1994-01-30 | Леонов Василий Васильевич | Способ экспрессного контроля содержания воды в маслах и топливах |
| US5508624A (en) * | 1993-09-08 | 1996-04-16 | Korea Electrotechnology Institute | Method for measuring degradation level of transformer insulating oil in use, and apparatus for carrying out the method |
| RU141304U1 (ru) * | 2014-01-31 | 2014-05-27 | Дмитрий Владимирович Кизеветтер | Устройство для оперативного контроля качества технического масла |
| US20190277805A1 (en) * | 2016-09-13 | 2019-09-12 | Passerro Gmbh | Method and device for determining and/or monitoring the breakdown voltage of a transformer oil |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776965C1 (ru) * | 2021-08-30 | 2022-07-29 | Публичное акционерное общество "Россети Центр" (ПАО "Россети Центр") | Мобильная физико-химическая лаборатория |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018122245A (ru) | 2019-12-19 |
| RU2018122245A3 (ru) | 2019-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Assessment of oil-paper insulation aging using frequency domain spectroscopy and moisture equilibrium curves | |
| Tanner et al. | Restricted self‐diffusion of protons in colloidal systems by the pulsed‐gradient, spin‐echo method | |
| JP2017501411A (ja) | 油中の低含水量の非破壊測定のための方法 | |
| JP2014526047A (ja) | 光学測定セル用気泡抑制システム | |
| Goncz et al. | Detecting the presence of red heart in beech (Fagus sylvatica) using electrical voltage and resistance measurements | |
| RU2710101C2 (ru) | Способ контроля качества трансформаторного масла | |
| Qing et al. | The mechanism of detecting water content in oil-water emulsions using impedance spectroscopy | |
| Kirker et al. | Electrical properties of wood colonized by Gloeophyllum trabeum | |
| Bukrejewski et al. | Evaluation of the chemical stability of diesel oil with using Turbiscan Stability Index (TSI) | |
| Sugito et al. | Design of integrated polarizer to evaluate quality of cooking oil based on the fluorescence polarization method | |
| AT503665B1 (de) | Verfahren zur messung der konzentration von kohlenwasserstoffen in proben | |
| CN111044506A (zh) | 一种磷酸铝污秽含水量的检测方法 | |
| RU2367933C1 (ru) | Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах | |
| Allaf et al. | Investigations on reclaimed oil performance through measurement of the relative free radical content | |
| Petrowski | Determination of emulsion stability by microwave irradiation | |
| Šarac et al. | Thermodynamics of Micellization from Heat‐Capacity Measurements | |
| Liland et al. | Measurement of solubility and water content of insulating oils for HV XLPE cable terminations | |
| RU2631340C1 (ru) | Свч-способ измерения концентрации водных растворов | |
| Toyoda et al. | Measurement and analysis of moisture changes in agricultural products using FFT noise impedance spectroscopy | |
| Daikoku et al. | Measuring odor threshold using a simplified olfactory measurement method | |
| Casari et al. | Determination of water concentration in water-in-oil emulsions by the impedance spectroscopy method | |
| RU2402754C1 (ru) | Способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел | |
| Marques et al. | Benchmarking of Pulsed Field Gradient Nuclear Magnetic Resonance as a Demulsifier Selection Tool with Arabian Light Crude Oils | |
| WO2014019665A1 (de) | Verfahren zur quantifizierung der oxidationsstabilität eines kraftstoffs | |
| Amirouche | Moisture in power transformers DFR analysis–real cases studies on site |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200620 |