Измерение скорости просачивания трансформаторного масла через электротехнический картон

В работе представлена новая установка для исследования скорости просачивания трансформаторного масла через электротехнический картон. Установка состоит из прозрачной трубы, к нижнему концу которой приклеена пластинка электротехнического картона. Затем в трубу вливается трансформаторное масло. Под пластинкой находится зеркало, направляющее её изображение в объектив фотоаппарата, который регистрирует серию изображений пластинки с заданным временным интервалом. Электротехнический картон, смоченный трансформаторным маслом, изменяет свой цвет со светло-жёлтого на тёмно-жёлтый. Время просачивания трансформаторного масла через электротехнический картон определяется по появлению на изображении поверхности картона тёмно-жёлтого пятнышка, свидетельствующего о просачивании трансформаторного масла через пластинку.

Разработан способ расчёта среднего диаметра капилляров, через которые трансформаторное масло просачивается через электротехнический картон в случае, когда их число является неизвестным, в связи с чем объём вытекающей через один капилляр жидкости невозможно измерить. Установлено, что в разных местах пластинки картона с толщиной 1 мм времена просачивания различаются. На основании проведённых измерений определено распределение времён просачивания, которые изменяются от 224 мин до 556 мин. Рассчитаны радиусы капилляров, через которые трансформаторное масло просачивается через электротехнический картон. Их величины изменяются от 47 нм до 75 нм. Структура картона представляет собой волокна целлюлозы, упакованные достаточно плотно. В связи с этим между волокнами существуют капилляры, каждый из которых состоит из участков с изменяющимися по длине радиусами. Таким образом, в картоне имеются короткие участки капилляров с радиусами как меньшими 47 нм, так и большими 75 нм.

Разработанные установка и способ расчёта размеров капилляров могут быть использованы для исследования протекания различных жидкостей через пористые материалы.

1. Krause C. Power transformer insulation - history, technology and design. IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 2012, vol. 19, no. 6, pp. 1941-1947. https://doi.org/10.1109/TDEI.2012.6396951

2. Jalbert J., Rodriguez-Celis E., Duchesne S., Morin B., Ryadi M., Gilbert R. Kinetics of the production of chain-end groups and methanol from the depolymerization of cellulose during the ageing of paper/oil systems. Part 3: extension of the study under temperature conditions over 120 °C. Cellulose, 2015, vol. 22, no. 1, pp. 829-848. https://doi.org/10.1007/s10570-014-0516-8

3. Fofana I. 50 years in the development of insulating liquids. IEEE Electr. Insul. Mag., 2013, vol. 29, no. 5, pp. 13-25. https://doi.org/10.1109/MEI.2013.6585853

4. Huang M., Zhou Y., Zhou Z., Qi B. A Combined Electro-Thermal Breakdown Model for Oil-Impregnated Paper. Energies, 2017, vol. 10, no. 12, p. 2160. https://doi.org/10.3390/en10122160

5. CIGRE A2.35. Experiences in service with new insulating liquids CIGRE Working Group A2.35, 2010, no. 436, pp. 1-95. https://doi.org/ISBN:978-2-85873-124-4

6. Rogalski P., Opielak M. The effect of reduced pressure on the bubble effect in the composite celluloseinsulation oil-water nanodrops. In Proceedings Advanced Topics in Optoelectronics, Microelectronics, and Nanotechnologies IX, 2019, vol. 10977, 130 p. https://doi.org/10.1117/12.2324860

7. Rogalski P. Optical registration of transformer oil absorption processes in electrical pressboard nanocapillaries. In Proc. Spie 10010, Advanced Topics in Optoelectronics, Microelectronics, and Nanotechnologies VIII, 2016, vol. 10010, pp. 100101R-1-100101R-8. https://doi.org/10.1117/12.2243269

8. Rogalski P., Okal P. Optical registration of the vacuum impregnation process of electrotechnical pressboard by transformer oil. In Proc. Spie 10445, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments, 2017, vol. 10445, pp. 104455E-1-104455E-7. https://doi.org/10.1117/12.2281033

9. Rogalski P., Kozak C., Lebedynskyi I. Statistical analysis of transformer oil penetration speed through electrotechnical pressboard. In Proc. IEEE 7th International Conference Nanomaterials: Application & Properties (NAP), 2017, pp. 02MAN11-1-02MAN11-4. https://doi.org/10.1109/NAP.2017.8190356

10. Rogalski P., Zukowski P., Korenciak D. Determination of nanocapillaries radii statistical distribution in electrotechnical pressboard. In Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2018, vol. 10808. https://doi.org/10.1117/12.2501462

11. Moser H.P., Dahinden V., Brechna H. Transformerboard II: properties and application of Transformerboard of different fibres. Zürich: Weidmann AG, 1987.