priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-10-876-886pribor-194Research ArticleПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND INSTRUMENTS FOR ANALYSIS AND MONITORING OF THE NATURAL ENVIRONMENT, SUBSTANCES, MATERIALS AND PRODUCTSПрименение ИК-спектроскопии для контроля качества жидких диэлектриковApplication of IR spectroscopy for quality control of liquid dielectricЛютиковаМ. Н.LyutikovaM. N.

Марина Николаевна Лютикова - канд. хим. наук, доцент; кафедра безопасности труда

Новосибирск

Marina N. Lyutikova - PhD, Associate Professor; Department of Labor Safety

Novosibirsk

m.lyutikova@mail.ruКоробейниковС. М.KorobeinikovS. M.

Сергей Миронович Коробейников - д-р физ.-мат. наук, профессор; кафедра безопасности труда; заведующий кафедрой

Новосибирск

Sergey M. Korobeynikov - Dr. Sci., Professor; Department of Labor Safety; Head of the Department

Novosibirsk

korobeynikov@corp.nstu.ruРидельА. В.RidelA. V.

Александр Викторович Ридель - канд. техн. наук, старший научный сотрудник; кафедра безопасности труда

Новосибирск

Alexander V. Ridel - PhD, Senior Researcher; Department of Labor Safety

Novosibirsk

ridel@corp.nstu.ruНовосибирский государственный технический университетNovosibirsk State Technical University2023301120246610876886Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/194

Разработана и апробирована основанная на ИК-спектроскопии методика контроля качества диэлектрических жидкостей (изоляционное минеральное масло, сложноэфирная диэлектрическая жидкость Midel 7131, а также смеси масла с содержанием эфира 10, 20 и 30 % об.) в процессе их старения. ИК-спектры снимались на инфракрасном фурье-спектрометре ФТ-801 производства НПФ „СИМЕКС“. Анализ проб масла и смесей на основе эфира проводился без предварительной подготовки на приставке многократного нарушенного полного внутреннего отражения с элементом из селенида цинка и встроенной системой визуализации. Результаты исследований показали, что по мере добавления синтетического эфира в масло на ИК-спектре смеси фиксируется увеличение интенсивности полос поглощения, обусловленных валентными колебаниями связей СО–С, С–О, С–О–С, С(=О)–О–С. Особенно заметно изменяется интенсивность характерного для сложных эфиров пика на частоте 1161 см–1 (С(=О)–О–С). Установлено, что в ходе окисления эфиромасляных смесей интенсивность характеристических полос карбонильной группы С=О (1747 см–1) и сложноэфирной группы С(=О)–О–С (1161 см–1) снижается, в то время как интенсивность поглощения в области частот СН-группы (2920 см–1) остается практически неизменной. Оценивать степень разложения смесей сложноэфирной диэлектрической жидкости, а также эфиромасляных смесей предложено с помощью „индекса деструкции“, который рассчитывается по формуле, учитывающей изменение оптической плотности на полосе групп С=О и С(=О)–О–С. Этот показатель позволит на количественном уровне контролировать качество альтернативных сложноэфирных жидкостей и эфиромасляных смесей в процессе их эксплуатации.

A method based on IR spectroscopy for quality control of dielectric liquids (insulating mineral oil, ester dielectric liquid Midel 7131, as well as oil mixtures with an ether content of 10, 20 and 30% vol.) during their aging, are developed and tested. IR spectra are recorded on an FT-801 IR-Fourier spectrometer manufactured by Simeks Research and Production Company. Analysis of oil samples and ester-based mixtures is carried out without prior preparation on the MFTIR (multiple frustrated total internal reflection) attachment with a zinc selenide ZnSe element and a builtin visualization system on an external monitor. Results of the research show that as synthetic ester is added to the oil, the IR spectrum of the mixture demonstrates an increase in the intensity of absorption bands caused by stretching vibrations of the bonds CO–C, C–O, C–O–C, C(=O)–O–C. The intensity of the peak characteristic of esters at a frequency of 1161 cm–1 (C(=O)–O–C) changes especially noticeably. It is revealed that during the essential oil mixtures oxidation, the intensity of characteristic bands of the carbonyl group C=O (1747 cm–1) and the ester group C(=O)–O–C (1161 cm–1) decreases, while the absorption intensity in the frequency range of the CH group (2920 cm–1) remains practically unchanged. It is proposed to evaluate the degree of decomposition of mixtures of ester dielectric liquid, as well as essential oil mixtures, using the “destruction index”, which is calculated using a formula that takes into account the change in optical density in the band of the C=O and C(=O)–O–C groups. This indicator is anticipated to allow for quantitative control of the quality of alternative ester liquids and essential oil mixtures during their service.

минеральное изоляционное маслосложноэфирная диэлектрическая жидкостьэфиромасляные смесиИК-спектроскопияиндекс деструкциииндекс окисленностиmineral insulating oilester dielectric liquidessential oil mixturesIR spectroscopydegradation indexoxidation indexИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-10198, https://rscf.ru/project/22-79-10198/.The research was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-79-10198, https://rscf.ru/project/22-79-10198/.ReferencesБордин А. В., Климов А. А., Никодимов С. И., Шакмаев А. А. Ингибиторы окисления в изоляционных маслах. Определение методом инфракрасной Фурье-спектрометрии // Лаборатория и производство. 2019. № 4(8). С. 102—110.Bordin A.V., Klimov A.A., Nikodimov S.I., Shakmaev A.A. Laboratory and production, 2019, no. 4(8), pp. 102–110. (in Russ.)Гарифуллин М. Ш. Использование методов оптической спектроскопии для диагностики минеральных изоляционных масел // Фундаментальные исследования. 2013. № 10—15. С. 3299—3304.Garifullin M.Sh. Basic Research, 2013, no. 10-15, pp. 3299–3304. (in Russ.)Гарифуллин М. Ш. Метод и аппаратура спектрального экспресс-анализа концентрации ионола и кислотного числа в изоляционных маслах: Дис. … канд. техн. наук. Казань, 2001. 148 с.Garifullin M.Sh. Metod i apparatura spektral'nogo ekspress-analiza kontsentratsii ionola i kislotnogo chisla v izolyatsionnykh maslakh (Method and Equipment for Spectral Express Analysis of Ionol Concentration and Acid Number in Insulating Oils), Candidate’s thesis, 2001, Kazan, 148 р. (in Russ.)Гарифуллин М. Ш. Контроль технического состояния маслонаполненного трансформаторного электрооборудования методами оптической спектроскопии: Дис. … докт. техн. наук. Казань, 2014. 290 с.Garifullin M.Sh. Kontrol' tekhnicheskogo sostoyaniya maslonapolnennogo transformatornogo elektrooborudovaniya metodami opticheskoy spektroskopii (Monitoring the Technical Condition of Oil-Filled Transformer Electrical Equipment Using Optical Spectroscopy), Doctor’s thesis, Kazan, 2014, 290 р. (in Russ.)Валиуллина Д. М., Гарифуллин М. Ш., Козлов В. К. Зависимость спектров пропускания изоляционных масел от их кислотного числа // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2003. № 3-4. С. 175—178.Valiullina D.M., Garifullin M.Sh., Kozlov V.K. News of higher educational institutions. Energy problems, 2003, no. 3-4, pp. 175–178. (in Russ.)Валиуллина Д. М. Спектроскопические методы измерения и контроля кислотного числа изоляционных масел в видимом и ультрафиолетовом диапазоне спектра: Дис. … канд. техн. наук. Казань, 2003. 146 с.Valiullina D.M. Spektroskopicheskiye metody izmereniya i kontrolya kislotnogo chisla izolyatsionnykh masel v vidimom i ul'trafioletovom diapazone spektra (Spectroscopic Methods for Measuring and Monitoring the Acid Number of Insulating Oils in the Visible and Ultraviolet Range of the Spectrum), Candidate’s thesis Kazan, 2003, 146 р. (in Russ.)Туранов А. Н. Новые методы диагностики и изучения механизмов деградации трансформаторных масел: Дис. … докт. техн. наук. Казань, 2021. 220 с.Turanov A.N. Novyye metody diagnostiki i izucheniya mekhanizmov degradatsii transformatornykh masel (New Methods for Diagnosing and Studying the Mechanisms of Degradation of Transformer Oils), Doctor’s thesis Kazan, 2021, 220 р. (in Russ.)Wanga K., Wanga F., Lia J., Huanga Z., Loua Z., Hana O., Zhaoa Q., Hua K. Synthesis of trimethylolpropane fatty acid triester as a high performance electrical insulating oil // Industrial Crops & Products. 2019. N 142. Art. no. 111834.Wanga K., Wanga F., Lia J., Huanga Z., Loua Z., Hana O., Zhaoa Q., Hua K. Industrial Crops & Products, 2019, no. 142, art. no. 111834.Hosier I. L., Vaughan A. S., Swingler S. G. Studies on the ageing behavior of various synthetic and natural insulation oils // ICDL 2008. IEEE Intern. Conf. on Dielectric Liquids, 2008. DOI:10.1109/ICDL.2008.4622471.Hosier I.L., Vaughan A.S., Swingler S.G. ICDL 2008. IEEE International Conference on Dielectric Liquids, 2008, DOI:10.1109/ICDL.2008.4622471.Bondioli P., Sabarino G. P. The identification and evaluation of natural and synthetic esters in mineral oil // Tribolest journal. 1999. Vol. 125, N 6. P. 125—137.Bondioli P., Sabarino G.P. Tribolest journal, 1999, no. 6(125), pp. 125–137.Mohan Rao U., Sood Y. R., Jarial R. K. Physiometric and FTIR analysis of cellulose insulation in blend of mineral and synthetic ester oils for transformers // IET Science, Measurement & Technology. 2017. Vol. 11, N 3. P. 297—304.Mohan Rao U., Sood Y.R., Jarial R.K. IET Science, Measurement & Technology, 2017, no. 3(11), pp. 297–304.Lyutikova M., Korobeinikov S., Mohan Rao U., Fofana I. Mixed Insulating Liquids with Mineral Oil for High Voltage Transformer Applications: A Review // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2022. Vol. 29, N 2. P. 454—461.Lyutikova M., Korobeinikov S., Mohan Rao U., Fofana I. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 2022, no. 2(29), pp. 454–461.Lyutikova M., Korobeinikov S., Konovalov A. Evaluation of the Properties of Mixture of Aromatic Mineral Oil and Synthetic Ester for High-Voltage Equipment // IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2021. Vol. 28, N 4. P. 1282—1290.Lyutikova M., Korobeinikov S., Konovalov A. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 2021, no. 4(28), pp. 1282–1290.Лютикова М. Н., Коробейников С. М., Коновалов А. А. Электрофизические свойства смесей минерального масла и синтетической сложноэфирной диэлектрической жидкости // Надежность и безопасность энергетики. 2021. Т. 14, № 2. С. 132—141.Lyutikova M.N., Korobeynikov S.M., Konovalov A.A. Safety and Reliability of Power Industry, 2021, no. 2(14), pp. 132–141. (in Russ.)Лютикова М. Н., Коробейников С. М., Сотников С. И., Коновалов А. А. Изучение химических свойств изоляционных смесей в целях применения их в высоковольтном оборудовании // Надежность и безопасность энергетики. 2022. Т. 15, № 2. С. 81—89.Lyutikova M.N., Korobeynikov S.M., Sotnikov S.I., Konovalov A.A. Safety and Reliability of Power Industry, 2022, no. 2(15), pp. 81–89. (in Russ.)Lyutikova M., Konovalov A., Korobeynikov S. Changing of the insulating characteristics of mixtures (mineral oil and synthetic ester) during prolonged exposure of elevated temperature // 49th session CIGRE. 2022. Art. no. D1-10607.Lyutikova M., Konovalov A., Korobeynikov S. 49th session CIGRE, 2022, art. no. D1-10607.

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