omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-185-109-113omna-298Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSПрименение хромато-масс спектрометрии для определения кислотного состава трансформаторного маслаApplication of chromato-mass spectrometry to determine the acid composition of transformer oilhttps://orcid.org/0000-0002-0824-9025ЛютиковаМ. Н.LyutikovaM. N.

Лютикова Марина Николаевна - кандидат химических наук, доцент кафедры «Безопасность труда» НГТУ.

Новосибирск

AuthorID (РИНЦ) 941492

Novosibirsk

m.lyutikova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7581-5042КоробейниковС. М.KorobeynikovS. M.

Коробейников Сергей Миронович - доктор физико-математических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Безопасность труда» НГТУ.

Новосибирск

AuthorID (РИНЦ) 36968

AuthorID (SCOPUS) 6602670644

ResearcherID A-9683-2014

Novosibirsk

korsermir@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5385-2237РидельА. В.RidelA. V.

Ридель Александр Викторович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры «Безопасность труда» НГТУ.

Новосибирск

AuthorID (РИНЦ) 1084734

Novosibirsk

ridel@corp.nstu.ruНовосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation20233003202301109113Copyright © Лютикова М.Н., Коробейников С.М., Ридель А.В., 20232023Лютикова М.Н., Коробейников С.М., Ридель А.В.Lyutikova M.N., Korobeynikov S.M., Ridel A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/298

В настоящей статье приведены результаты исследования кислотного состава трансформаторного масла из высоковольтных трансформаторов, эксплуатируемых более 30 лет. Кислотный состав масел изучен с помощью новой методики, базирующейся на высокочувствительном и высокоселективном методе анализа — газовая хроматография с масс-селективным детектором (хромато-масс спектрометрии). Методика позволила определить кислотный состав изоляционного масла в разрезе низкомолекулярные кислоты (НМК), высокомолекулярные кислоты (ВМК) и фенольные соединения (ФС). Приведена структура некоторых соединений, идентифицированных в масле. Установлено, что при старении масла из числа кислотных соединений преимущественно образуются: ВМК (60–95 %) > ФС (3–16 %) > НМК (1–6 %). В рамках проведенных исследований установлено, что доля наиболее опасных низкомолекулярных кислот от общего количества кислотных соединений составляет не более 6 %. Остальная кислотность масла обусловлена наличием высокомолекулярных и фенольных соединений, которые не оказывают отрицательного влияния на изоляционные свойства масла и бумаги в обнаруженных концентрациях, а некоторые из них (соединения фенольной природы), наоборот, даже улучшают стабильность против окисления. Данные расширенные испытания проб масла из действующего высоковольтного оборудования представляют практическую ценность в превентивной диагностике состояния его изоляции.

This article presents the results of a study of the acid composition of transformer oil from high-voltage transformers that have been in operation for more than 30 years. The acid composition of oils is studied using a new technique based on a highly sensitive and highly selective analysis method — chromato-mass spectrometry. The technique makes it possible to determine the acid composition of the insulating oil in the context of low molecular weight acids (LMA), high molecular weight acids (HMA) and phenolic compounds (PC). The structure of some compounds identified in oil is given. It has been established that during oil aging, among the acid compounds, the following are predominantly formed: HMA (60–95 %) > PC (3–16 %) > LMA (1–6 %). As part of the research, it is found that the share of the most dangerous low molecular weight acids in the total amount of acidic compounds is no more than 12 %. The rest of the acidity of the oil is due to the presence of macromolecular and phenolic compounds, which do not adversely affect the insulating properties of oil and paper in the detected concentrations, and some of them (compounds of a phenolic nature), on the contrary, even improve the stability against oxidation. These extended tests of oil samples from operating high-voltage equipment are of practical value in preventive diagnostics of the condition of its insulation.

изоляционное масло на нефтяной основекислотный составхромато-масс спектрометриявысоковольтный трансформаторpetroleum-based insulating oilacid compositiongas chromatography-mass spectrometryhigh-voltage transformerИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-10198, https://rscf.ru/project/22-79-10198/.ReferencesЛипштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.Черножуков Н. И., Крейн С. Э., Лосиков Б. В. Химия минеральных масел. 2-е изд., перераб. Москва: ГНТИНГТЛ, 1959. 417 с.Черножуков Н. И., Крейн С. Э., Лосиков Б. В. Химия минеральных масел. 2-е изд., перераб. Москва: ГНТИНГТЛ, 1959. 417 с.Иванов К. И. Промежуточные продукты и промежуточные реакции автоокисления углеводородов. Москва-Ленинград: Гостоптехиздат, 1949. 192 с.Иванов К. И. Промежуточные продукты и промежуточные реакции автоокисления углеводородов. Москва-Ленинград: Гостоптехиздат, 1949. 192 с.Джуварлы Ч. М., Иванов К. И., Курлин М. В. [и др.]. Электроизоляционные масла. Москва: ГНТИ Нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. 276 с.Джуварлы Ч. М., Иванов К. И., Курлин М. В. [и др.]. Электроизоляционные масла. Москва: ГНТИ Нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. 276 с.Lundgaard L. E., Hansen W., Ingebrigtsen S. Ageing of Mineral Oil Impregnated Cellulose by Acid Catalysis // EEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2008. Vol. 15 (2). P. 540–546. DOI: 10.1109/TDEI.2008.4483475.Lundgaard L. E., Hansen W., Ingebrigtsen S. Ageing of Mineral Oil Impregnated Cellulose by Acid Catalysis // EEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2008. Vol. 15 (2). P. 540–546. DOI: 10.1109/TDEI.2008.4483475.Lundgaard L. E., Hansen W., Ingebrigtsen S. [et al.]. Aging of Kraft paper by acid catalyzed hydrolysis // EEE International Conference on Dielectric Liquids. 2005. P. 381–384. DOI: 10.1109/ICDL.2005.1490105.Lundgaard L. E., Hansen W., Ingebrigtsen S. [et al.]. Aging of Kraft paper by acid catalyzed hydrolysis // EEE International Conference on Dielectric Liquids. 2005. P. 381–384. DOI: 10.1109/ICDL.2005.1490105.Lundgaard L. E., Hansen W., Linhjell D. [et al.]. Aging of oil-impregnated paper in power transformers // IEEE Transactions on Power Delivery. 2004. Vol. 19 (1). P. 230–239. DOI:10.1109/TPWRD.2003.820175.Lundgaard L. E., Hansen W., Linhjell D. [et al.]. Aging of oil-impregnated paper in power transformers // IEEE Transactions on Power Delivery. 2004. Vol. 19 (1). P. 230–239. DOI:10.1109/TPWRD.2003.820175.CIGRE Broshure 323. Ageing of cellulose in mineral-oil insulated transformers, Task Force D1.01.10. 2007. 87 p. ISBN 978-2-85873-018-6.CIGRE Broshure 323. Ageing of cellulose in mineral-oil insulated transformers, Task Force D1.01.10. 2007. 87 p. ISBN 978-2-85873-018-6.Martin D., Wijaya J., Lelekakis N. Thermal analysis of two transformers filled with different oils // IEEE Electrical Insulation Magazine. 2014. Vol. 30 (1). P. 39–45. DOI: 10.1109/MEI.2014.6701106.Martin D., Wijaya J., Lelekakis N. Thermal analysis of two transformers filled with different oils // IEEE Electrical Insulation Magazine. 2014. Vol. 30 (1). P. 39–45. DOI: 10.1109/MEI.2014.6701106.Fofana I., Bouaicha A., Farzaneh M. [et al.]. Ageing Behaviour of Mineral Oil and Ester Liquids: a Comparative Study // Annual report of IEEE conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. Quebec, QC. 2008. P. 87–90.Fofana I., Bouaicha A., Farzaneh M. [et al.]. Ageing Behaviour of Mineral Oil and Ester Liquids: a Comparative Study // Annual report of IEEE conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. Quebec, QC. 2008. P. 87–90.Fofana I., Bouaicha A., Farzaneh M. [et al.]. Decay products in the liquid insulation of power transformers // IET Electric Power Applications. 2010. Vol. 4 (3). P. 177–184. DOI: 10.1049/iet-epa.2009.0181.Fofana I., Bouaicha A., Farzaneh M. [et al.]. Decay products in the liquid insulation of power transformers // IET Electric Power Applications. 2010. Vol. 4 (3). P. 177–184. DOI: 10.1049/iet-epa.2009.0181.Heathcote M. J. Basic Materials in J & P Transformer Book: A Practical Technology of the Power Transformer. 13th ed. Oxford: Elsevier, 2007. 958 p. ISBN 9780750681643.Heathcote M. J. Basic Materials in J & P Transformer Book: A Practical Technology of the Power Transformer. 13th ed. Oxford: Elsevier, 2007. 958 p. ISBN 9780750681643.Hodges P. K. Mineral base oils and oxidation stability. Hydraulic Fluids. Oxford: Elsevier, 1996. 167 p. ISBN 0-340-67652-3, 0-470-23617-5.Hodges P. K. Mineral base oils and oxidation stability. Hydraulic Fluids. Oxford: Elsevier, 1996. 167 p. ISBN 0-340-67652-3, 0-470-23617-5.Jalbert J., Rodriguez-Celis E. M., Arroyo-Fernández O. H. [et al.]. Methanol Marker for the Detection of Insulating Paper Degradation in Transformer Insulating Oil // Energies. 2019. Vol. 12. 3969. DOI: 10.3390/en12203969.Jalbert J., Rodriguez-Celis E. M., Arroyo-Fernández O. H. [et al.]. Methanol Marker for the Detection of Insulating Paper Degradation in Transformer Insulating Oil // Energies. 2019. Vol. 12. 3969. DOI: 10.3390/en12203969.ГОСТ 5985-79. Нефтепродукты. Метод определения кислотности и кислотного числа (с Изменениями № 1, 2). Введ. 1980-01-01. Москва: Изд-во стандартов, 1994. 8 с.ГОСТ 5985-79. Нефтепродукты. Метод определения кислотности и кислотного числа (с Изменениями № 1, 2). Введ. 1980-01-01. Москва: Изд-во стандартов, 1994. 8 с.ГОСТ Р МЭК 62021-1-2013. Жидкости изоляционные. Определение кислотности. Часть 1. Метод автоматического потенциометрического титрования. Введ. 2014-01-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 12 с.ГОСТ Р МЭК 62021-1-2013. Жидкости изоляционные. Определение кислотности. Часть 1. Метод автоматического потенциометрического титрования. Введ. 2014-01-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 12 с.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, № 4. P. 594– 599. DOI: 10.1007/s10749-020-01257-0.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, № 4. P. 594– 599. DOI: 10.1007/s10749-020-01257-0.Sparkman D. O., Penton Z. E., Kitson F. G. Chromatography and Mass Spectrometry. 2nd ed. Oxford: Gas Elsevier Inc., 2011. 632 p.Sparkman D. O., Penton Z. E., Kitson F. G. Chromatography and Mass Spectrometry. 2nd ed. Oxford: Gas Elsevier Inc., 2011. 632 p.Kitson F. G., Larsen B. S., VcEwen C. N. Gas chromatography and mass spectrometry. A practical guide. Oxford: Academic press, 2002. 389 p.Kitson F. G., Larsen B. S., VcEwen C. N. Gas chromatography and mass spectrometry. A practical guide. Oxford: Academic press, 2002. 389 p.Рогинский В. А. Фенольные антиоксиданты. Реакционная способность и эффективность. Москва: Наука, 1988. 247 с.Рогинский В. А. Фенольные антиоксиданты. Реакционная способность и эффективность. Москва: Наука, 1988. 247 с.Кулиев А. М. Химия и технология присадок к маслам и топливам. 2-е изд., перераб. Ленинград: Химия, 1985. 312 с.Кулиев А. М. Химия и технология присадок к маслам и топливам. 2-е изд., перераб. Ленинград: Химия, 1985. 312 с.Jakubczyk M., Michalkiewicz S. Electrochemical behavior of butylated hydroxyanisole and butylated hydroxytoluene in acetic solutions and their voltammetric determination in pharmaceutical preparations // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. № 13. P. 4251–4266.Jakubczyk M., Michalkiewicz S. Electrochemical behavior of butylated hydroxyanisole and butylated hydroxytoluene in acetic solutions and their voltammetric determination in pharmaceutical preparations // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. № 13. P. 4251–4266.

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