probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2023-25-5-3-19probener-2810Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR CONTROLLING AND DIAGNOSING MATERIALS, ARTICLES, SUBSTANCES AND NATURAL ENVIRONMENTИсследование содержания непредельных углеводородов в трансформаторных маслах с помощью ИК спектроскопииInvestigation of the content of unsaturated hydrocarbons in transformer oils using IR spectroscopyhttps://orcid.org/0000-0001-6026-9923ГарифуллинМ. Ш.GarifullinM. Sh.

Гарифуллин  Марсель  Шарифьянович  –  д-р.  техн. наук,  профессор  кафедры «Электроэнергетические системы и сети»

г. Казань

Kazan

g_marsels@mail.ruСлободинаЮ. Н.SlobodinaY. N.

Слободина Юлия Николаевна – магистр,  выпускник кафедры  «Электроэнергетические системы и сети»

г. Казань

Kazan

yulya_slobodina@mail.ruБикзинуровА. Р.BikzinurovA. R.

Бикзинуров Азат Рашитович – магистр,  выпускник кафедры  «Электроэнергетические системы и сети»

г. Казань

Kazan

mr.azat780@mail.ruГиниатуллинР. А.GiniatullinR. A.

Гиниатуллин Руслан Анатольевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Электропривода и электротехники»

г. Казань

Kazan

g_ruslan7@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5955-5540ЧернышовВ. А.ChernyshovV. A.

Чернышов Вадим Алексеевич – канд. техн. наук, доцент кафедры "Электрооборудование и энергосбережение"

г. Орел

Oryol

blackseam78@mail.ruКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian FederationОрловский государственный университет имени И.С. ТургеневаРоссияOryol State University named after I.S. TurgenevRussian Federation202311012024255319Copyright © Гарифуллин М.Ш., Слободина Ю.Н., Бикзинуров А.Р., Гиниатуллин Р.А., Чернышов В.А., 20242024Гарифуллин М.Ш., Слободина Ю.Н., Бикзинуров А.Р., Гиниатуллин Р.А., Чернышов В.А.Garifullin M.S., Slobodina Y.N., Bikzinurov A.R., Giniatullin R.A., Chernyshov V.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.energyret.ru/jour/article/view/2810

ЦЕЛЬ.  Проанализировать  современные  представления  о  непредельных углеводородах  с двойными C=C  связями в минеральных трансформаторных маслах и оценить эффективность современных методов контроля содержания этих соединений в маслах. Разработать инструментальный способ контроля непредельных  соединений в минеральных маслах с помощью ИК спектроскопии. Исследовать изменение содержания непредельных  углеводородов  в  маслах  в  процессе  термодеструкции.  Исследовать эффективность  процесса  адсорбционной  очистки  масел  для  удаления  из  масел непредельных соединений. МЕТОДЫ. Для определения содержания в минеральных маслах непредельных углеводородов использовалась ИК спектроскопия в ближней ИК области спектра. Искусственная термодеструкция масел осуществлялась при температурах 100 и 150 ºC. Для адсорбционной очистки масел использовались  силикагели  марки КСКГ, АС230Ш, а также адсорбент Фуллерова Земля.  РЕЗУЛЬТАТЫ.  Выбран спектральный диапазон  4750÷4500 см-1  и  способ  преобразования  ИК  спектров,  позволяющего осуществлять контроль содержания непредельных соединений с двойными C=C связями в масле. В результате модельных экспериментов наглядно продемонстрировано, что с увеличением степени термодеструкции масел содержание непредельных углеводородов увеличивается.  Показано,  что  адсорбционная  очистка  обладает  низкой эффективностью  в  отношении  непредельных  соединений.  Предложен  алгоритм дифференциации  свежих  минеральных  трансформаторных  масел,  произведенных  по технологии  гидрокрекинга,  от  регенерированных  масел. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.  Наибольшее содержание непредельных соединений содержится в минеральных маслах, производимых технологиям, отличным от гидрокрекинга. Термоокислительное воздействие на масло в процессе  его  эксплуатации  ведет  к  увеличению  содержания  в  масле  непредельных углеводородов.  Содержание  непредельных  углеводородов  в  минеральном трансформаторном  масле  характеризует  невосстанавливаемую  при  регенерации степень деструкции его углеводородной основы.

THE  PURPOSE. To  analyze  the  current  understanding  of  unsaturated  hydrocarbons with  double  C=C  bonds  in  mineral  transformer  oils  and  evaluate  the  effectiveness  of  modern methods of controlling the content of these compounds in oils. Develop an instrumental way to control  unsaturated  compounds  in  mineral oils  by  means of  IR  spectroscopy. Study  the  change in  the  content  of  unsaturated  hydrocarbons  in  oils  during  thermal  degradation.  Study  the effectiveness of the adsorption purification of oils to remove unsaturated compounds from oils. METHODS. To  determine  the  content  in  mineral  oils  of  unsaturated  hydrocarbons  used  IR spectroscopy  in  the  near  infrared  spectral  region.  Artificial  thermal  degradation  of  oils  was carried  out  at  temperatures  of  100 and  150 ºC. For adsorption purification of oils silica gels brands  KSKG,  AS230SH,  as  well  as  Fuller's  Earth  adsorbent  were  used. RESULTS. Spectral range 4750÷4500 cm-1 and  method  of  IR  spectra  transformation  were  chosen  to  control  the content  of  unsaturated  compounds  with  double  C=C  bonds  in  the  oil.  As  a  result  of  model experiments,  it  is  clearly  demonstrated  that  the  content  of  unsaturated  hydrocarbons  increases with  increasing  degree  of  thermal  degradation  of  oils.  It  is  shown  that  adsorption  purification has a low efficiency with respect to unsaturated compounds. An algorithm for differentiation of fresh mineral transformer oils produced by hydrocracking technology from the regenerated oils is  proposed. CONCLUSION. The  highest  content  of  unsaturated  compounds  is  contained  in mineral  oils  produced  by  technologies  other  than  hydrocracking.  Thermo-oxidative  impact  on oil  during  its  operation  leads  to  an  increase  in  the  content  of  unsaturated  hydrocarbons  in  the oil.  The  content  of  unsaturated  hydrocarbons  in  the  mineral  transformer  oil  characterizes  the degree of degradation of its hydrocarbon base that cannot be recovered during regeneration.

минеральное трансформаторное маслонепредельные углеводородыинфракрасная (ИК) спектроскопиярегенерацияадсорбционная очисткаmineral transformer oilunsaturated hydrocarbonsinfrared (IR) spectroscopyregenerationreclaimingadsorption purificationReferencesElectrical insulating materials: International issues / Marcelo M. Hirschler, editor. ASTM: STP 1376. 2000.Electrical insulating materials: International issues / Marcelo M. Hirschler, editor. ASTM: STP 1376. 2000.Татур И.Р., Митин И.В., Спиркин В.Г., и др. Энергетические Масла. Часть II. Трансформаторные, кабельные и конденсаторные масла /Под ред. И.Р. Татура. М.: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2021. 218 с.Tatur I.R., Mitin I.V., Spirkin V.G.; editors Tatur I.R. Ehnergeticheskie Masla. Chast' II. Transformatornye, kabel'nye i kondensatornye masla. M.: RGU nefti i gaza (NIU) im. IM Gubkina, 2021. (In Russ).N'Cho J.S., Fofana I., Beroual A., et al. Aged Oils Reclamation: Facts and Arguments Based on Laboratory Studies // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2012. 19(5). pp. 1583-1592. DOI: 10.1109/TDEI.2012.6311504.N'Cho J.S., Fofana I., Beroual A., et al. Aged Oils Reclamation: Facts and Arguments Based on Laboratory Studies. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2012. 19(5): pp. 1583-1592. DOI: 10.1109/TDEI.2012.6311504.Merkmale und unterschiede in der transformatorenölregeneration in MCU- und CMM-R GlobeCore-anlagen. Доступно по: https://globecore.de/publikationen/merkmale-und-unterschiede-der-transformatorenolregeneration-mcu-und-cmm-r-globecore-anlagen/. Ссылка активна на 15 июня 2023.Merkmale und unterschiede in der transformatorenölregeneration in MCU- und CMM-R GlobeCore-anlagen. Available at: https://globecore.de/publikationen/merkmale-und-unterschiede-der-transformatorenolregeneration-mcu-und-cmm-r-globecore-anlagen/. Accessed 15 June 2023.Брай И.В. Регенерация трансформаторных масел. М.: Химия, 1972, 168 с.Brai I.V. Regeneratsiya transformatornykh masel. M.: Khimiya; 1972. (In Russ)Safiddin L., Boucherit A., Zafour A.H.-Z., et al. Comparative study of the degradation rate of new and regenerated mineral oils following electrical stress // IET Generation, Transmission & Distribution, 2018, 12(21), pp. 5891-5897. DOI: 10.1049/iet-gtd.2018.6077Safiddin L., Boucherit A., Zafour A.H.-Z., et al. Comparative study of the degradation rate of new and regenerated mineral oils following electrical stress. IET Generation, Transmission & Distribution. 2018. 12(21): 5891-5897. DOI: 10.1049/iet-gtd.2018.6077Oumert L., Hadj-Ziane Zafour A., Fofana I. , et al. Transformer Oil Regeneration by Combining Several Strategies Enhanced by the Use of Four Adsorbents // IET Generation, Transmission & Distribution. 2017. Vol. 11, Iss. 11, p. 2912-2920. DOI: 10.1049/iet-gtd.2016.1995.Oumert L., Hadj-Ziane Zafour A., Fofana I., et al. Transformer Oil Regeneration by Combining Several Strategies Enhanced by the Use of Four Adsorbents. IET Generation, Transmission & Distribution. 2017. Vol. 11, Iss. 11: 2912-2920. DOI: 10.1049/iet-gtd.2016.1995.Туранов А.Н. Анализ методов диагностики доли ароматических групп в составе трансформаторных масел // Электричество. 2022. № 4. С. 72-77.Turanov A.N. Analiz metodov diagnostiki doli aromaticheskikh grupp v sostave transformatornykh masel. Ehlektrichestvo. 2022. № 4: 72-77.Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983, 296 с.Lipshtein R.A., Shakhnovich M.I. Transformatornoe maslo. Moscow: Ehnergoatomizdat, 1983. (In Russ).Лосиков Б.В. Физико-химические основы регенерации масел. Москва-Ленинград: Гостоптехиздат, 1945, 140 с.Losikov B.V. Fiziko-khimicheskie osnovy regeneratsii masel. Moskva-Leningrad: Gostoptekhizdat, 1945. (In Russ).Иванов В.С., Фридман С.М. Справочник химика-энергетика. Т. 2. Энергетические масла и смазочные материалы / под общей ред. С.М. Гурвича. М.: Энергия, 1972. 280 с.Ivanov V.S., Fridman S.M.; Gurvich S.M., editors. Spravochnik khimika-ehnergetika. T. 2. Ehnergeticheskie masla i smazochnye materialy. Moscow: Ehnergiya, 1972. (In Russ).Львова М.М., Комаров В.Б., Кулюхин С.А., и др. Исследование эффективности применения силикагелевых сорбентов в фильтрах непрерывной очистки масла силовых трансформаторов // Надежность и безопасность энергетики. 2015. № 2 (29). С. 49-54.Lvova M.M., Komarov V.B., Kulukhin S.A., et al. Issledovanie ehffektivnosti primeneniya silikagelevykh sorbentov v fil'trakh nepreryvnoi ochistki masla silovykh transformatorov. Nadezhnost' i bezopasnost' ehnergetiki. 2015, 29(2): 49-54.Высогорец С.П. Разработка методики экспресс-анализа параметра качества изоляционного масла // Надежность и безопасность энергетики, 2018, Т. 11, № 1, с. 41-47.Vysogorets S.P. Razrabotka metodiki ehkspress-analiza parametra kachestva izolyatsionnogo masla. Nadezhnost' i bezopasnost' ehnergetiki. 2018. 1: 41-47.Boreham C.J., Jinadasa N., Sohn J., et al. Characterisation of radiogenic monoalkenes in Australian oils and condensate // Organic Geochemistry. 2022. Vol. 163, 104332. doi.org/10.1016/j.orggeochem.2021.104332Boreham C.J., Jinadasa N., Sohn J., et al. Characterisation of radiogenic monoalkenes in Australian oils and condensate. Organic Geochemistry. 2022. Vol. 163, 104332. doi.org/10.1016/j.orggeochem.2021.104332Станьковски Л., Дорогочинская В.А., Тонконогов Б.П., Молоканов А.А. Промышленные технологии переработки отработанных масел // Мир нефтепродуктов. 2021. № 1, С. 44-57.Stan'kovski L., Dorogochinskaya V.A., Tonkonogov B.P, et al. Promyshlennye tekhnologii pererabotki otrabotannykh masel. Mir nefteproduktov. 2021. № 1: 44-57.Саблина З.А., Широкова Г.Б., Ермакова Т.И. Лабораторные методы оценки свойств моторных и реактивных топлив. М.: Химия, 1978. 240 с.Sablina Z.A., Shirokova G.B., Ermakova T.I. Laboratornye metody otsenki svoistv motornykh i reaktivnykh topliv. Moscow: Khimiya; 1978. (In Russ).Крищенко В.П. Ближняя инфракрасная спектроскопия. М.: КРОНА-ПРЕСС, 1997. 638 с.Krishchenko V.P. Blizhnyaya infrakrasnaya spektroskopiya. Moscow: KRONA-PRESS; 1997. (In Russ).Elele U., Nekahi A., Arshad A., et al. Towards Online Ageing Detection in Transformer Oil: A Review // Sensors. 2022. 22(20):7923. https://doi.org/10.3390/s22207923Elele U., Nekahi A., Arshad A., et al. Towards Online Ageing Detection in Transformer Oil: A Review. Sensors. 2022; 22(20):7923. https://doi.org/10.3390/s22207923Georgiev A., Karamancheva I., Topalova L. Determination of oxidation products in transformer oils using FT-IR spectroscopy // Journal of Molecular Structure. 2008. 872(1).pp. 18-23. DOI: 10.1016/j.molstruc.2007.02.014.Georgiev A., Karamancheva I., Topalova L. Determination of oxidation products in transformer oils using FT-IR spectroscopy. Journal of Molecular Structure. 2008. 872(1): 18-23. DOI: 10.1016/j.molstruc.2007.02.014.Application of IR spectroscopy to control oxidation inhibitor (ionol) concentration in mineral transformer oils / M. S. Garifullin, A. R. Bikzinurov, Y. N. Solobodina [et al.] // E3S Web of Conferences, Kazan, 21–26 сентября 2020 года. Vol. 216. – Kazan: EDP Sciences, 2020. – P. 01056. – DOI 10.1051/e3sconf/202021601056. – EDN VSNXMM.Garifullin M.Sh., Lyutikova M.N., Kuchkarova A.R., Bikzinurov A.R., Solobodina Y.N. Application of IR spectroscopy to control oxidation inhibitor (ionol) concentration in mineral transformer oils // E3S Web of Conferences 216, 01056 (2020). DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601056Garifullin M.Sh., Solobodina Y.N., Bikzinurov A.R., et al. Control of the degradation of the mineral transformer oils hydrocarbon base // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 216, 01055. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601055Garifullin M.Sh., Solobodina Y.N., Bikzinurov A.R., et al. Control of the degradation of the mineral transformer oils hydrocarbon base. E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 216, 01055. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601055Татур И.Р., Спиркин В.Г., Шуварин Д.В., и др. Регенерация отработанных трансформаторных масел с применением алюмосиликатов // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2017. №2. С. 17-21.Tatur I.R., Spirkin V.G., Shuvarin D.V., et al. Regeneratsiya otrabotannykh transformatornykh masel s primeneniem alyumosilikatov. Zashchita okruzhayushchei sredy v neftegazovom komplekse. 2017; 2:17-21.Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К. Особенности диагностики и мониторинга силового трансформаторного оборудования, наполненного жидким диэлектриком на основе натуральных сложных эфиров // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2013. №9-10. С. 59-68.Garifullin M.Sh., Kozlov V.K. Features of diagnostics and monitoring of power transformer equipment filled with liquid dielectric on the basis of natural esters. Proceedings of the higher educational institutions. ENERGY SECTOR PROBLEMS, 2013. № 9-10: 59-68.Lukenda N. Not all mineral oils are equal // Transformers Magazine. 2019. Vol. 6, №4, pp. 112-117.Lukenda N. Not all mineral oils are equal. Transformers Magazine. 2019. Vol. 6, №4:112-117.Уотерс У.А. Механизм окисления органических соединений, М.: Мир, 1966. 175 с.Waters W.A. Mechanism of oxidation of organic compounds. New York: Wiley, 1964. (Russ. ed.: Uoters U.A. Mekhanizm okisleniya organicheskikh soedinenii. Moscow: Mir Publ., 1966; 175 р.).Wachter B.D., Jezdinsky T. The circularity of medium-power electrical transformers // Transformers Magazine. 2022. Vol. 9, Issue 1. pp. 84-89.Wachter B.D., Jezdinsky T. The circularity of medium-power electrical transformers // Transformers Magazine. 2022. Vol. 9, Issue 1. pp. 84-89.Гарифуллин М.Ш., Слободина Ю.Н., Бикзинуров А.Р. Способ дифференциации свежего минерального трансформаторного масла от регенерированного. Патент РФ на изобретение № 2775165. 10.7.2022. Бюл. №19. Доступно по: https://fips.ru/EGD/bb086f39-089b-4d6e-819d-fed59106397c. Ссылка активна на 15 июня 2023.Garifullin M.Sh., Slobodina Yu.N., Bikzinurov A.R. Sposob differentsiatsii svezhego mineral'nogo transformatornogo masla ot regenerirovannogo. Patent RUS № 2775165. 10.7.2022. Byul. №19. Available at: https://fips.ru/EGD/bb086f39-089b-4d6e-819d-fed59106397c. Accessed: 15 June 2023. (In Russ).

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