Preliminary study of electrohydrodynamic motion (EHD) and electrostatic charging tendency (ECT) of transformer esterbased nanofluids

• Autorzy: Skotnicki Paweł , Jaroszewski Maciej , Beroual Abderrahmane

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.11.45

Warianty tytułu

PL

Wstępne badania ruchu elektrohydrodynamicznego (EHD) i tendencji do ładowania elektrostatycznego (ECT) nanocieczy na bazie estrów transformatorowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work experimentally studies the impact of three different nanoparticles (NPs), namely TiO2, ZnO, and CuO on the electrostatic charging tendency (ECT) and electrohydrodynamic (EHD) motion of natural ester (NE, Envirotemp FR3). The nanofluids (NFs) are prepared using a combination of mixing and ultrasonication. The preliminary results indicate that the insertion of NPs in NE leads to various changes in ECT and EHD for implemented concentrations. The most significant change is observed for ZnO NPs, with an increase in the EHD initiation voltage by 9.8% and a change of the charge current of the tested sample.

PL

W niniejszej pracy zbadano eksperymentalnie wpływ trzech różnych nanocząstek (NP), a mianowicie TiO2, ZnO i CuO na tendencję do ładowania elektrostatycznego (ECT) i ruch elektrohydrodynamiczny (EHD) estru naturalnego (NE, Envirotemp FR3). Nanofluidy (NF) są przygotowywane przy użyciu kombinacji mieszania i ultradźwięków. Wstępne wyniki wskazują, że wprowadzenie NPs do NE prowadzi do różnych zmian w ECT i EHD dla zaimplementowanych stężeń. Najbardziej znaczącą zmianę obserwuje się dla ZnO NPs, ze wzrostem napięcia inicjacji EHD o 9.8% i zmianą prądu ładowania badanej próbki.

Słowa kluczowe

EN

dielectric fluid; natural ester based nanofluid; electrohydrodynamics; EHD; electrostatic charging tendency; ECT

PL

ciecz dielektryczna; nanociecze na bazie estrów naturalnych; elektrohydrodynamika; EHD; tendencja do ładowania elektrostatycznego; ECT

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 11
• Strony: 225--228
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Skotnicki Paweł

• Wroclaw University of Science and Technology, Department of Electrical Engineering Fundamentals, Building D-1. Plac Grunwaldzki 13, 50-378 Wrocław

• https://orcid.org/0009-0002-2661-4361

autor

Jaroszewski Maciej

• Wroclaw University of Science and Technology, Department of Electrical Engineering Fundamentals, Building D-1. Plac Grunwaldzki 13, 50-378 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0002-9712-5541

autor

Beroual Abderrahmane

• Ampère Laboratory, CNRS UMR 5005, École Centrale de Lyon, 36 avenue Guy de Collongue, 69134 Écully Cedex, France

• https://orcid.org/0000-0002-1489-0986

Bibliografia

• [1] W. Ziomek, “Transformer electrical insulation [editorial],” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 19, no. 6, pp. 1841–1842, 2012, doi: 10.1109/TDEI.2012.6396938.
• [2] I. Fofana, “50 years in the development of insulating liquids,” IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 29, no. 5, pp. 13–25, 2013, doi: 10.1109/MEI.2013.6585853.
• [3] X. Peng et al., “Research progress in modified mineral oil, natural ester and mixed oil in transformers,” Electrical Materials and Applications, vol. 1, no. 1, p. e12005, Apr. 2024, doi: 10.1049/EMA3.12005.
• [4] A. A. Mohammed, H. I. Dawood, and H. N. Onyeaka, “A Review Paper on Properties and Applications of Nanofluids,” IOP Conf Ser Earth Environ Sci, vol. 1232, no. 1, 2023, doi: 10.1088/1755-1315/1232/1/012009.
• [5] A. J. Amalanathan, R. Sarathi, and M. Zdanowski, “A Critical Overview of the Impact of Nanoparticles in Ester Fluid for Power Transformers,” Energies 2023, Vol. 16, Page 3662, vol. 16, no. 9, p. 3662, Apr. 2023, doi: 10.3390/EN16093662.
• [6] J. Jacob, P. Preetha, and S. T. Krishnan, “Review on natural ester and nanofluids as an environmental friendly alternative to transformer mineral oil,” IET Nanodielectrics, vol. 3, no. 2, pp. 33–43, Jun. 2020, doi: 10.1049/IET-NDE.2019.0038.
• [7] D. Amin, R. Walvekar, M. Khalid, M. Vaka, N. M. Mujawar, and T. C. S. M. Gupta, “Recent progress and challenges in transformer oil nanofluid development: A review on thermal and electrical properties,” IEEE Access, vol. 7, pp. 151422–151438, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2946633.
• [8] J. Rouabeh, W. Nsibi, L. M’barki, S. Khmeilia, and B. Jallouli, “A study of correlation between the ect and ehd properties of different aged insulating oil mixtures that can Be an alternative to mineral oil for the insulation and cooling of power transformers,” Heliyon, vol. 9, no. 1, p. e12693, Jan. 2023, doi: 10.1016/J.HELIYON.2022.E12693.
• [9] Kędzia J., “Zagrożenia izolacji transformatorów energetycznych wywołane elektryzacją statyczną,” Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, 1999.
• [10] M. Jaroszewski, A. Beroual, and M. Dziedziul, “Electroconvection in natural ester based transformer fluid,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 25, no. 6, pp. 2398–2404, Dec. 2018, doi: 10.1109/TDEI.2018.007267.
• [11] J. Rouabeh, W. Nsibi, L. M’barki, S. Khmailia, and H. Mel, “Study of electrohydrodynamic properties in insulating liquids and research of an alternative mixture to mineral oil for energy transformers,” J Electrostat, vol. 115, p. 103684, Jan. 2022, doi: 10.1016/J.ELSTAT.2022.103684.
• [12] J. G. Hwang, M. Zahn, F. M. O’Sullivan, L. A. A. Pettersson, O. Hjortstam, and R. Liu, “Effects of nanoparticle charging on streamer development in transformer oil-based nanofluids,” J Appl Phys, vol. 107, no. 1, p. 14310, Jan. 2010, doi: 10.1063/1.3267474/287254.
• [13] H. Khelifa, P. Skotnicki, A. Beroual, E. Vagnon, and M. Jaroszewski, “Effect of MgO Nanoparticles on the AC Breakdown Voltage, Partial Discharge Activity, and Electrostatic Charging Tendency of Natural Ester,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2024, doi: 10.1109/TDEI.2024.3374244.
• [14] M. Zdanowski, “Streaming Electrification of C60 Fullerene Doped Insulating Liquids for Power Transformers Applications,” Energies 2022, Vol. 15, Page 2496, vol. 15, no. 7, p. 2496, Mar. 2022, doi: 10.3390/EN15072496.
• [15] A. J. Amalanathan, R. Sarathi, N. Harid, and H. Griffiths, “Investigation on flow electrification of ester-based TiO2nanofluids,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 27, no. 5, pp. 1492–1500, Oct. 2020, doi: 10.1109/TDEI.2020.008540.
• [16] L. Kong, J. Sun, and Y. Bao, “Preparation, characterization and tribological mechanism of nanofluids,” RSC Adv, vol. 7, no. 21, pp. 12599–12609, Feb. 2017, doi: 10.1039/C6RA28243A.
• [17] W. Merzkirch, AGARD-AG-302: Techniques of flow visualization, vol. 302. North Atlantic Treaty Organization, Advisory Group for Aerospace Research and Development, 1987. doi: 10.14339/AGARD-AG-302-pdf.
• [18] Rouabeh Jilani, “Badania Elektrostatycznych i Elektrohydrodynamicznych Właściwości Olejów Izolacyjnych,” Politechnika Wrocławska, Wrocław, 1998.
• [19] A. Sierota and J. Rungis, “Electrostatic Charging in Transformer Oils Testing and Assessment,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 1, no. 5, pp. 840– 870, 1994, doi: 10.1109/94.326655.
• [20] M. Jaroszewski, A. Beroual, and P. Rozga, “Electrostatic charging tendency of natural transformer ester - impact of the surface state of solid on electrification currents,” Proceedings - IEEE International Conference on Dielectric Liquids, vol. 2022- May, 2022, doi: 10.1109/ICDL49583.2022.9830947.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).