Thermal properties of a mixture of synthetic and natural esters in terms of their application in high voltage power transformers

• Autorzy: Dombek G. , Nadolny Z.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2017.1.9

Warianty tytułu

PL

Właściwości cieplne mieszaniny estrów syntetycznych i estrów naturalnych w aspekcie zastosowania w transformatorach dużej mocy

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents research results of thermal properties of mixtures of synthetic and natural esters in terms of their application in the cooling system of a high-voltage power transformer during its operation. The investigated properties of an analysed mixture were: thermal conductivity coefficient λ, kinematic viscosity υ, density ρ, specific heat cp, and thermal expansion β. On the basis of presented research results, the authors determined the heat transfer factor α of a mixture of synthetic and natural esters. This factor defines the ability of an insulating liquid to transport heat in the transformer, thus determining its reliability. For the research the authors used the following percentage proportions of the mixture of both the esters: 100/0, 95/5, 80/20, 50/50, 20/80, 5/95, 0/100. The measurements were taken for the temperatures: 25ºC, 40ºC, 60ºC, and 80ºC.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości cieplnych mieszaniny estrów syntetycznych i estrów naturalnych, w aspekcie ich zastosowania w układzie chłodzenia transformatora wysokiego napięcia w trakcie jego eksploatacji. Badanymi właściwościami analizowanej mieszaniny były przewodność cieplna właściwa λ, lepkość kinematyczna υ, gęstość ρ, ciepło właściwe cp oraz rozszerzalność cieplna β. W oparciu o przedstawione wyniki badań określono współczynnik przejmowania ciepła α mieszaniny estrów syntetycznych i estrów naturalnych. Współczynnik ten określa zdolność cieczy elektroizolacyjnej do transportu ciepła w transformatorze, warunkując tym samym jego niezawodność. Do badań wykorzystano następujące procentowe proporcje mieszaniny obu estrów: 100/0, 95/5, 80/20, 50/50. 20/80, 5/95, 0/100. Pomiary przeprowadzono dla temperatury: 25ºC, 40ºC, 60ºC i 80ºC.

Słowa kluczowe

EN

power transformers; natural esters; synthetic esters; heat transfer factor

PL

transformatory energetyczne; estry naturalne; estry syntetyczne; współczynnik przejmowania ciepła

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 19, no. 1
• Strony: 62--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dombek G.

• Institute of Electric Power Engineering Poznan University of Technology Piotrowo 3A, 60-965 Poznan, Poland

autor

Nadolny Z.

• Institute of Electric Power Engineering Poznan University of Technology Piotrowo 3A, 60-965 Poznan, Poland

Bibliografia

• 1. ASTM D 1903-96. Standard test method for coefficient of thermal expansion of electrical insulating liquids of petroleum origin, and askarels.
• 2. Bertrand Y, Hoang L.C. Vegetable oils as substitute for mineral oils. Proceedings of the 7th International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials 2003: 491-494.
• 3. Cigre Brochure 436. Experiences in service with new insulating liquids. 2010.
• 4. Dombek G, Nadolny Z. Liquid kind, temperature, moisture, and ageing as an operating parameters conditioning reliability of transformer cooling system. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2016; 18(3): 413-417, http://dx.doi.org/10.17531/ein.2016.3.13.
• 5. Dua R, Bhandari N, Kumar V. Multi-criteria optimization for obtaining efficiently blended transformer oil. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2008; 15(3): 879-887, http://dx.doi.org/10.1109/TDEI.2008.4543126.
• 6. Fofana I, Wasserberg V, Borsi H, Gockenbach E. Challenge of mixed insulating liquids for use in high-voltage transformers, part 1: Investigation of mixed liquids. IEEE Electrical Insulation Magazine 2002; 18(3): 18-31, http://dx.doi.org/10.1109/MEI.2002.1014964.
• 7. Fofana I, Wasserberg V, Borsi H, Gockenbach E. Challenge of mixed insulating liquids for use in high-voltage transformers, part 2: Investigation of mixed liquid impregnated paper insulation. IEEE Electrical Insulation Magazine 2002; 18(4): 5-16, http://dx.doi.org/10.1109/MEI.2002.1019901.
• 8. Fofana I, Wasserberg V, Borsi H, Gockenbach E. Retrofilling conditions of high-voltage transformers. IEEE Electrical Insulation Magazine 2001; 17(2): 17-30, http://dx.doi.org/10.1109/57.917528.
• 9. ISO 649-1:1981. Laboratory glassware – Density hydrometers for general purposes – Part 1: Specification.
• 10. Liao R, Hao J, Yang L, Grzybowski S. Study on aging characteristics of mineral oil/natural ester mixtures – paper insulation. IEEE International Conference on Dielectric Liquids (ICDL) 2011: 1-4.
• 11. Liao R, Hao J, Yang L, Liang S, Yin J. Improvement on the anti-aging properties of power transformers by using mixed insulating oil. International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE) 2010: 588-591, http://dx.doi.org/10.1109/ichve.2010.5640772.
• 12. Longva K. Natural ester distribution transformers; improved reliability and environmental safety. Nordic Insulation Symposium 2005: 293-295.
• 13. Lopatkiewicz R, Nadolny Z. Temperature field on high voltage power transformer. Przeglad Elektrotechniczny 2008; 84(10): 50-52.
• 14. Lopatkiewicz R, Nadolny Z, Przybylek P. Influence of water content in paper on its thermal conductivity. Przeglad Elektrotechniczny 2010; 86(11B): 55-58.
• 15. Lopatkiewicz R, Nadolny Z, Przybylek P. The influence of water content on thermal conductivity of paper used as transformer windings insulation. 10th IEEE International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM) 2012: 1-4, http://dx.doi.org/10.1109/icpadm.2012.6318991.
• 16. Lopatkiewicz R, Nadolny Z, Przybylek P, Sikorski W. The influence of chosen parameters on thermal conductivity of windings insulation describing temperature distribution in transformer. Przeglad Elektrotechniczny 2012; 88(11B): 126-129.
• 17. McShane C.P. Relative properties of the new combustion resistant vegetable oil based dielectric coolants for distribution and power transformers. IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference 2001: 31-40.
• 18. McShane C.P, Luksich J, Rapp K.J. Retrofilling aging transformers with natural ester based dielectric coolant for safety and life extension. IEEE-IAS/PCA Cement Industry Technical Conference 2003: 141-147, http://dx.doi.org/10.1109/citcon.2003.1204715.
• 19. Nadolny Z, Dombek G, Przybylek P. Thermal properties of a mixture of mineral oil and synthetic ester in terms of its application in the transformer. IEEE Conference of Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) 2016: 857-860.
• 20. Nadolny Z, Dombek G, Przybylek P, Przadka D. Thermal properties of mineral oil admixed with C60 and TiO2 nanoparticles. IEEE Conference of Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) 2016: 538-541.
• 21. Oommen T.V. Vegetable oils for liquid – filed transformers. IEEE Electrical Insulation Magazine 2002; 18, 6-11, http://dx.doi.org/10.1109/57.981322.
• 22. Perrier C, Beroual A, Bessede J.L. Experimental investigations on different insulating liquids and mixtures for power transformers. IEEE International Symposium on Electrical Insulation 2004: 237-240, http://dx.doi.org/10.1109/elinsl.2004.1380540.
• 23. Perrier C, Beroual A, Bessede J.L. Improvement of power transformers by using mixtures of mineral oil with synthetic esters. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 2006; 13: 556-564, http://dx.doi.org/10.1109/TDEI.2006.1657968.
• 24. PN-EN ISO 3104. Przetwory naftowe – Ciecze przezroczyste i nieprzezroczyste – Oznaczanie lepkości kinematycznej i obliczanie lepkości dynamicznej.
• 25. PN-EN ISO 3675. Ropa naftowa i ciekłe przetwory naftowe – Laboratoryjne oznaczanie gęstości – Metoda z areometrem.
• 26. Rouse T.O. Mineral oil in transformer. IEEE Electrical Insulation Magazine 1998; 14: 6-16, http://dx.doi.org/10.1109/57.675572.
• 27. Suwarno, Darma I.S. Dielectric properties of mixtures between mineral oil and natural ester. International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM) 2008: 514-517, http://dx.doi.org/10.1109/iseim.2008.4664471.
• 28. Suwarno, Marbun J. Effect of thermal aging on the dielectric properties of mixture between mineral oil and natural ester. IEEE Region 10 Conference TENCON 2015: 1-5.
• 29. Toudja T, Chetibi F, Beldjilali A, Moulai H, Beroual A. Electrical and physicochemical properties of mineral and vegetable oils mixtures. IEEE International Comference on Liquid Dielectrics (ICDL) 2014: 1-4.
• 30. Trnka P, Mentlik V, Cerny J. Electroinsulating fluids – new insulating mixtures. Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP) 2011: 575-578, http://dx.doi.org/10.1109/ceidp.2011.6232722.
• 31. Trnka P, Mentlik V, Svoboda M. Ecologically acceptable insulating liquids for electrical appliances. IEEE 18th International Conference on Liquid Dielectric (ICDL) 2014: 1-4, http://dx.doi.org/10.1109/icdl.2014.6893121.
• 32. Wotzka D, Zmarzly D, Boczar T. Numerical simulation of acoustic wave propagating in a spherical object filled with insulating oil. Acta Physica Polonica A 2010; 118(6): 1272-1275, http://dx.doi.org/10.12693/APhysPolA.118.12