priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-3-223-233pribor-94Research ArticleПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙINSTRUMENTS AND METHODS FOR MONITORING THE NATURAL ENVIRONMENT, SUBSTANCES, MATERIALS AND PRODUCTSМодификация влагомера для усовершенствования электрохимического метода определения содержания воды в трансформаторном маслеModification of the Moisture Meter to Improve the Electrochemical Method for Determining the Water Content in Transformer OilЛютиковаМ. Н.LyutikovaМ. 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.ruРидельА. В.RidelА. V.

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

Новосибирск

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

Novosibirsk

ridel@corp.nstu.ruНовосибирский государственный технический университетNovosibirsk State Technical University202326112024663223233Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/94

Цель работы — модификация известного влагомера трансформаторного масла путем монтирования термостата на десорбционную колонку с возможностью подъема температуры и изучение степени полноты извлечения воды из матрицы масла. Принцип работы влагомера основан на электрохимическом методе, который включает в себя несколько последовательных этапов: извлечение молекул воды из матрицы масла сухим газом в десорбционной колонке при повышенной температуре, перенос парогазовой фазы сухим газом на чувствительный элемент и последующий электролиз воды. Мерой содержания воды в масле является сила тока, необходимая для электрического разложения воды, поглощенной в единицу времени. Модифицированный влагомер (десорбционная колонка с термостатом), в отличие от стандартного исполнения прибора (десорбционная колонка без термостата), позволяет измерять массовую долю воды в старых окисленных маслах из действующих высоковольтных трансформаторов с более высокой точностью. Результаты исследований показали, что нагрев пробы жидкого диэлектрика до 80 °С приводит к снижению вязкости трансформаторного масла. Данный факт способствует наиболее полному извлечению воды из матрицы изоляционной жидкости. Достоверное измерение массовой доли воды в жидком диэлектрике является одной из важных задач при диагностировании состояния изоляционной системы дорогостоящих высоковольтных трансформаторов.

The purpose of the work is to modify the known transformer oil moisture meter by mounting a thermostat on the desorption column with the possibility of raising the temperature and to study the degree of completeness of water extraction from the oil matrix. The principle of operation of the moisture meter is based on the electrochemical method, which includes several successive stages: extraction of water molecules from the oil matrix by dry gas in a desorption column at elevated temperature, transfer of the vapor-gas phase by dry gas to a sensitive element, and subsequent electrolysis of water. A measure of the water content in oil is the current strength required for the electrical decomposition of water absorbed per unit time. The modified moisture meter (desorption column with thermostat), in contrast to the standard version of the device (desorption column without thermostat), allows one to measure the mass fraction of water in old oxidized oils from existing high-voltage transformers with higher accuracy. Results of performed research show that heating a liquid dielectric sample to 80 °C leads to a decrease in the viscosity of transformer oil. This fact contributes to the most complete extraction of water from the matrix of the insulating liquid. Reliable measurement of the mass fraction of water in a liquid dielectric is one of the important tasks in diagnosing the state of the insulation system of expensive high-voltage transformers.

минеральное изоляционное маслометод Карла Фишеравлагосодержаниеэлектрохимический метод определения водыmineral insulating oilKarl Fischer methodmoisture contentelectrochemical method for water determinationисследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, грант № 22-79-10198 (https://rscf.ru/project/22-79-10198/)the study was supported by the Russian Science Foundation, grant No. 22-79-10198 (https://rscf.ru/project/22-79-10198/)ReferencesArakelian V. G., Fofana I. Water in Oil-Filled High-Voltage Equipment. Part I: States, Solubility and Equilibrium in Insulating Materials // IEEE Electr. Insul. Magaz. 2007. Vol. 6 (4). P. 15-27.Arakelian V.G., Fofana I. IEEE Electr. Insul. Magaz., 2007, no. 4(6), pp. 15-27.Arakelian V. G., Fofana I. Water in Oil-Filled High-Voltage Equipment. Part II: Water Content as Physicochemical Tools for Insulation Condition Diagnostic // IEEE Electr. Insul. Magaz. 2007. Vol. 23 (5). P. 15-24.Arakelian V.G., Fofana I. IEEE Electr. Insul. Magaz., 2007, no. 5(23), pp. 15-24.Лютикова М. Н., Коробейников С. М., Ридель А. В. Анализ образования капель воды в трансформаторном масле и влияние на пробивную прочность жидкого диэлектрика // Промышленная энергетика. 2020. № 5. С. 18-24.Lyutikova M.N., Korobeynikov S.M., Ridel' A.V. Promyshlennaya energetika, 2020, no. 5, pp. 18-24. (in Russ.)Du Y., Mamishev A. V., Lesieutre B. C., Zahn M., Kang S. H. Moisture solubility for differently conditioned transformer oils // IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. 2001. Vol. 8 (5). P. 805-811.Du Y., Mamishev A.V., Lesieutre B.C., Zahn M., Kang S.H. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2001, no. 5(8), pp. 805-811.Lupandina I., Gawlik W., Schrammel M., Ilgevicius A., Kurten M., Viereck K. Evaluation of dynamic loading capability for optimal loading strategies of power transformers // Proc. of the 48th CIGRE Session, Paris, 2020.Lupandina I., Gawlik W., Schrammel M., Ilgevicius A., Kurten M., Viereck K. Proc. of 48th CIGRE Session, Paris, 2020, D1-108.Metwally I. A. Failures, Monitoring and New Trends of Power Transformers // IEEE Potentials Magazine. 2011. Vol. 30 (3). P. 36-43.Metwally I.A. IEEE Potentials Magazine, 2011, no. 3(30), pp. 36-43.IEEE Standard IEC 60422. Mineral Insulating Oils in Electrical Equipment-Supervision and Maintenance Quidance; International Electrotechnical Commission (IEC): Geneva, Switzerland, 2013.IEEE Standard IEC 60422. Mineral Insulating Oils in Electrical Equipment - Supervision and Maintenance Quidance, International Electrotechnical Commission (IEC), Geneva, Switzerland, 2013.IEEE Standard IEC 60296. Fluids for electrotechnical applications - Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear; International Electrotechnical Commission (IEC): Geneva, Switzerland, 2012.IEEE Standard IEC 60296. Fluids for electrotechnical applications - Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear, International Electrotechnical Commission (IEC), Geneva, Switzerland, 2012.СТО 34.01-23.1-001-2017. Объем и нормы испытания электрооборудования. М.: ПАО „Россети“, 262 с.STO 34.01-23.1-001-2017. Ob"yem i normy ispytaniya elektrooborudovaniya (STO 34.01-23.1-001-2017. Scope and standards for testing electrical equipment), Moscow, 262 р. (in Russ.)Коробейников С. М., Лютикова М. Н. Методы контроля влагосодержания жидких диэлектриков. Состояние и проблемы // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2017. № 9-10. С. 32-49.Korobeynikov S.M., Lyutikova M.N. Power Engineering: Research, Equipment, Technology, 2017, no. 9-10, pp. 32-49. (in Russ.)Туранов А. Н. Новые методы диагностики и изучения механизмов деградации трансформаторных масел: Автореф. дис. … д-ра. техн. наук. Казань, 2021.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.)Kozlov V., Turanov A. Transformer oil and modern physics // IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. 2012. Vol. 19 (5). Р. 1485-1497.Kozlov V., Turanov A. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2012, no. 5(19), pp. 1485-1497.Volkov M., Turanova O., Turanov A. Determination of moisture content of insulating oil by NMR method with selective pulses // IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. 2018. Vol. 25 (5). P. 1989-1991.Volkov M., Turanova O., Turanov A. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2018, no. 5(25), pp. 1989-1991.Kozlov V. K., Turanova O. A., Kurakina O. E., Turanov A. N. Determination of moisture content of insulating oils by CoCl2 // Problemele Energeticii Regionale. 2021. Vol. 1 (49). P. 21-28.Kozlov V.K., Turanova O.A., Kurakina O.E., Turanov A.N. Problemele Energeticii Regionale, 2021, no. 1(49), pp. 21-28.Margolis S. A. Sources of Systematic Bias Reflected in an ASTM Collaborative Study on Water in Oil Measured by the Karl Fischer Method // Electrical Insulating Materials: Intern. Issues; Ed. M. M. Hirschler. West Conshohocken, PA, USA: American Society for Testing and Materials, 2000. P. 59-69.Margolis S.A. Electrical Insulating Materials: International Issues, West Conshohocken, American Society for Testing and Materials, PA, 2000, pp. 59-69.IEEE Standard IEC 60814. Insulating liquids - Oil-impregnated paper and pressboard - Determination of water by automatic coulometric Karl Fischer titration; International Electrotechnical Commission (IEC): Geneva, Switzerland, 2014.IEEE Standard IEC 60814. Insulating liquids - Oil-impregnated paper and pressboard - Determination of water by automatic coulometric Karl Fischer titration; International Electrotechnical Commission (IEC): Geneva, Switzerland, 2014.Kalariya K., Kannad H., Vyas D., Gandhi P. A review on ageing of power transformer and insulation life assessment // Advanced Research in Electrical and Electronic Engineering. 2014. Vol. 2. P. 117-122. 18. Ricardo D., Medina A. A., Romero E. E., Giuseppe R. M. Assessing degradation of power transformer solid insulation considering thermal stress and moisture variation // Electric Power Systems Research. 2017. Vol. 151. P. 1-11.Kalariya K., Kannad H., Vyas D., Gandhi P. A review on ageing of power transformer and insulation life assessment // Advanced Research in Electrical and Electronic Engineering. 2014. Vol. 2. P. 117-122. 18. Ricardo D., Medina A. A., Romero E. E., Giuseppe R. M. Assessing degradation of power transformer solid insulation considering thermal stress and moisture variation // Electric Power Systems Research. 2017. Vol. 151. P. 1-11.

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