Исследование наличия проокислительных свойств у фенольных ингибиторов окисления в отношении современных трансформаторных масел

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в получении достоверных сведений об изменении эффективности фенольных ингибиторов окисления применительно к современным минеральным трансформаторным маслам, производимым по технологии гидрокрекинга, при снижении концентрации их в масле от 0.2 % до нуля. ЦЕЛЬ. Исследовать с помощью оптической спектроскопии характер изменений в углеводородной основе трансформаторных масел, подвергнутых искусственной термодеструкции, в зависимости от исходной концентрации в маслах одной из антиокислительных присадок: 1) 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (Ионол) и 2) 2,6-ди трет-бутилфенол (2,6-DTBP). Определить, существуют ли признаки наличия проокислительных свойств у данных фенольных антиоксидантов при их массовой доле в масле менее 0.1 %. МЕТОДЫ. Для исследования были подготовлены 2 серии образцов масел с различным содержанием в них одной из присадок – Ионол и 2,6-DTBP. Исходная концентрация присадок в маслах: 0; 0.05; 0.1 и 0.2 % (масс.). В качестве базового минерального масла использовалось масло марки ВГ, производимое по технологии гидрокрекинга. Все масла были подвергнуты ускоренной термодеструкции при повышенной температуре. Анализ глубины деструктивных изменений в углеводородной основе масел осуществлялось по ИК спектрам поглощения. Анализ изменений относительного содержания растворенных в масле продуктов деградации осуществлялся с помощью спектров поглощения в УФ-видимом диапазоне. РЕЗУЛЬТАТЫ. На основе анализа оптических спектров обеих серий масел было получено, что по мере снижения в масле исходной концентрации любого из фенольных ингибиторов окисления интенсивность термодеструктивных изменений в углеводородном составе масел последовательно возрастает. Показано, что в трансформаторных маслах, производимых по технологии гидрокрекинга, обе присадки в диапазоне концентраций 0.05÷0.1 % не проявляют проокислительных свойств. Сделан вывод, что распространенное представление о проокислительном действии Ионола при его концентрации в трансформаторном масле менее 0.1 % следует считать не соответствующими действительности.

1. Lukenda N. Not all mineral oils are equal // Transformers Magazine. 2019. Vol. 6, №4. pp. 112 117.

2. MIDEL 7131 - premium performance since the 1970s. – URL: https://www.midel.com/midelrange/midel-7131/ (дата обращения: 01.09.2024)

3. Rozga P., Beroual A, Przybylek P., Jaroszewski M., et al. A Review on Synthetic Ester Liquids for Transformer Applications // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 23. 6429. https://doi.org/10.3390/en13236429

4. Rapeseed natural ester dielectric fluid. – URL: https://www.cargill.com/bioindustrial/dielectricfluids/fr3r-fluid (дата обращения: 01.09.2024).

5. Rao U.M., Fofana I., N’cho J.S. On Some Imperative IEEE Standards for Usage of Natural Ester Liquids in Transformers. // IEEE Access. 2020. Vol. 8. pp. 145446-145456. doi: 10.1109/ACCESS.2020.3014600.

6. Shen Z., Wang F., Wang Z., Li J. A critical review of plant-based insulating fluids for transformer: 30-year development // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. Vol. 141. 110783. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110783

7. Рынок трансформаторных масел. Аналитический обзор. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/transformer-oil-market-967.html/– URL: (дата обращения: 01.09.2024)

8. Lyutikova M.N., Korobeynikov S.M., Rao U.M., Fofana I. Mixed Insulating Liquids With Mineral Oil for High-Voltage Transformer Applications: A Review // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2022. Vol. 29. N. 2. pp. 454-461. doi: 10.1109/TDEI.2022.3157908.

9. Lyutikova M., Korobeynikov S., Konovalov A. Evaluation of the Properties of Mixtures of Aromatic Mineral Oil and Synthetic Ester for High-Voltage Equipment // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2021. Vol. 28. N. 4. pp. 1282-1290. doi: 10.1109/TDEI.2021.009636

10. Rouabeh J., M’barki L., Hammami A., et. al. Studies of different types of insulating oils and their mixtures as an alternative to mineral oil for cooling power transformers. Heliyon. 2019. Vol. 5, N3. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e01159.

11. Hao J., Zhang J., Ye W., et. al. Development of Mixed Insulation Oil as Alternative Liquid Dielectric: A Review // CSEE Journal of Power and Energy Systems. 2024. Vol. 10. N.3. pp.1242-1258. doi: 10.17775/CSEEJPES.2023.05960

12. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

13. Рогинский В.А. Фенольные антиоксиданты: Реакционная способность и эффективность. М.: Наука, 1988. 247 с.

14. Липштейн Р.А. О механизме действия ингибиторов окисления // Присадки к маслам: Труды Второго Всесоюзного науч.-техн. совещания. М.: «Химия», 1968. С. 169-177.

15. Высогорец С.П. Совершенствование методологии физико-химического диагностирования маслонаполненного трансформаторного оборудования.: диссертация на соискание ученой степени докт. техн. наук. 05.14.12 / Высогорец Светлана Петровна. Санкт-Петербург, 2020. 423 с.

16. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под. ред. С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина. – М.: Энергоатомиздат, 2004. 616 с.

17. Atanasova-Höhlein I. IEC 60296 (Ed. 5) – a standard for classification of mineral insulating oil on performance and not on the origin // Transformers magazine. 2021. Vol. 8, Iss. 1. pp. 86-91.

18. Туранов А.Н. Анализ методов диагностики доли ароматических групп в составе трансформаторных масел // Электричество. 2022. № 4. С. 72-77.

19. N’cho J.S., Fofana I., Hadjadj Y., et al. Review of Physicochemical-Based Diagnostic Techniques for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers // Energies. 2016. Vol. 9, N5. 367. https://doi.org/10.3390/en9050367

20. Эмануэль Н.М., Денисов Е.Т., Майзус З.К. Цепные реакции окисления углеводородов в жидкой фазе. М.: Наука, 1965. 375 с.

21. Иванов К.И. Промежуточные продукты и промежуточные реакции автоокисления углеводородов. М.;-Л.: Гостоптехиздат, 1949. 192 с.

22. Уотерс У.А. Механизм окисления органических соединени. М.: Мир, 1966. 175 с.

23. Крищенко В.П. Ближняя инфракрасная спектроскопия. М.: КРОНА-ПРЕСС, 1997. 638 с.

24. Jerry Workman, Jr. The Handbook of Organic Compounds: NIR, IR, Raman, and UV-Vis Spectra Featuring Polymers and Surfactants. 1st ed. Elsevier; 2000.

25. Гарифуллин М.Ш. Использование методов оптической спектроскопии для диагностики минеральных изоляционных масел // Фундаментальные исследования. 2013. №10. С. 3299-3304.

26. Garifullin 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/202021601055

27. Гарифуллин М.Ш., Слободина Ю.Н., Бикзинуров А.Р. и др. Исследование содержания непредельных углеводородов в трансформаторных маслах с помощью ИК спектроскопии // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023. Т. 25(5). С. 3-19. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-5-3-19

28. Lyutikova M.N., Nekhoroshev S.V., Kuklina V.M., et al. Identification of Impurities of Unknown Composition in Insulating Oil by Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) // Power Technology and Engineering. 2020. Vol. 54, N4. pp. 594-599. – DOI: 10.1007/s10749-020-01257-0.

29. Ågren P., Lillhonga T., Melzer L. Identification and Improved Quantification of Inhibitors in Mineral Insulating Oils using FTIR Spectroscopy and Partial Least Squares Regression: 48 CIGRE Session; 23-28 Aug 2020; Paris, France; 2020. Paper D1-103.

30. Муратова В.М., Нехорошев С.В., Гаджиева А.С. и др. Определение антиоксидантных присадок фенольного типа в свежих изоляционных маслах методом ИК-спектрометрии на приставке для экспресс-анализа жидкостей // Аналитика и контроль. 2023. Т.27, № 2. С. 113-121. DOI 10.15826/analitika.2023.27.2.005.

31. Lyutikova M.N., Konovalov A.A., Korobeinikov S.M., et al. Control of the Antioxidant Additive (Ionol) Content in Liquid Insulation of High-Voltage Equipment in Electric Grid Companies Using Modern Instrumental Methods // Power Technology and Engineering. 2019. Vol. 53, N1, pp. 118-125.

32. Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К. Прибор для спектральных исследований изоляционных масел в диапазоне 600-1100 нм // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2001. № 9-10. С. 114-116.