Published November 1, 2022 | Version v1
Publication Metadata-only

Experimental characterisation and life data analysis of superior mixed liquid dielectrics for power transformer application

Creators

  • 1. Botswana International University of Science and Technology

Description

Transformer liquid dielectrics play a vital role in safety and reliability of power utility grids under normal and faulty conditions. Liquid dielectrics provide electrical insulation and act as coolant for the power transformer. However, most used dielectrics are made from Mineral Oil (MO) which has low breakdown voltage, flash, and fire point, also posing a risk of contaminating the environment in case of leakage or explosion. Therefore, research explores on potential natural renewable resources to replace the vast use of MO* based dielectric. This paper focuses on using Ximenia Oil (XO) and Kalahari Melon Seed Oil (KMS), both being natural esters, for dielectric application. Each of them is mixed at different ratios separately with reclaimed mineral oil to analyse their compatibility with power transformers. Electrical and chemical properties of these esters are tested to find optimal blending ratio for each, and lifetime analysis is applied to further establish their usability. In this study, both XO† and KMS have been identified to be applicable at 75:25 MO: XO ratio and 70:30 for MO: KMS respectively, especially after moisture content reduction. Lifetime analysis has also rendered the two dielectrics applicable as they have a long-estimated lifetime greater than that of MO alone. MO: XO dielectric has been more dominant over KMS, and MO based dielectrics in most property while KMS has shown dominance in the lifetime reliability analysis after 50 kV BDV‡ value. Therefore, application of these blends significantly improves the lifetime of the transformer dielectrics hence improving that of the transformer itself.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تلعب العوازل السائلة للمحولات دورًا حيويًا في سلامة وموثوقية شبكات مرافق الطاقة في ظل الظروف العادية والمعيبة. توفر العوازل السائلة عزلًا كهربائيًا وتعمل كمبرد لمحول الطاقة. ومع ذلك، فإن معظم العوازل الكهربائية المستخدمة مصنوعة من الزيت المعدني (MO) الذي يحتوي على جهد انهيار منخفض، وميض، ونقطة حريق، مما يشكل أيضًا خطر تلوث البيئة في حالة التسرب أو الانفجار. لذلك، تستكشف الأبحاث الموارد الطبيعية المتجددة المحتملة لتحل محل الاستخدام الواسع للعازل الكهربائي القائم على MO*. تركز هذه الورقة على استخدام زيت زيمينيا (XO) وزيت بذور البطيخ كالاهاري (KMS)، وكلاهما استرات طبيعية، لتطبيق العزل الكهربائي. يتم خلط كل منها بنسب مختلفة بشكل منفصل مع الزيوت المعدنية المستصلحة لتحليل توافقها مع محولات الطاقة. يتم اختبار الخصائص الكهربائية والكيميائية لهذه الاسترات للعثور على نسبة المزج المثلى لكل منها، ويتم تطبيق تحليل مدى الحياة لمزيد من إثبات قابليتها للاستخدام. في هذه الدراسة، تم تحديد كل من XO† و KMS لتكون قابلة للتطبيق بنسبة 75:25 MO: XO و 70:30 لـ MO: KMS على التوالي، خاصة بعد تقليل محتوى الرطوبة. كما جعل تحليل العمر العازلين قابلين للتطبيق لأن عمرهما المقدر منذ فترة طويلة أكبر من عمر مو وحده. MO: كان عازل XO أكثر هيمنة على KMS، والعوازل القائمة على MO في معظم الممتلكات في حين أظهرت KMS الهيمنة في تحليل الموثوقية مدى الحياة بعد 50 كيلو فولت قيمة BDV‡. لذلك، فإن تطبيق هذه الخلطات يحسن بشكل كبير من عمر العوازل الكهربائية للمحول وبالتالي يحسن من عمر المحول نفسه.

Translated Description (French)

Les diélectriques liquides de transformateur jouent un rôle essentiel dans la sécurité et la fiabilité des réseaux électriques dans des conditions normales et défectueuses. Les diélectriques liquides fournissent une isolation électrique et agissent comme liquide de refroidissement pour le transformateur de puissance. Cependant, la plupart des diélectriques utilisés sont fabriqués à partir d'huile minérale (MO) qui a une faible tension de claquage, un point d'éclair et un point d'incendie, ce qui pose également un risque de contamination de l'environnement en cas de fuite ou d'explosion. Par conséquent, la recherche explore les ressources naturelles renouvelables potentielles pour remplacer la vaste utilisation du diélectrique à base de MO*. Cet article se concentre sur l'utilisation de l'huile de Ximenia (XO) et de l'huile de graines de melon du Kalahari (KMS), toutes deux étant des esters naturels, pour une application diélectrique. Chacun d'entre eux est mélangé séparément à des ratios différents avec de l'huile minérale récupérée pour analyser leur compatibilité avec les transformateurs de puissance. Les propriétés électriques et chimiques de ces esters sont testées pour trouver un rapport de mélange optimal pour chacun, et une analyse de durée de vie est appliquée pour établir davantage leur facilité d'utilisation. Dans cette étude, XO† et KMS ont été identifiés comme étant applicables respectivement à 75:25 rapport MO : XO et 70:30 pour MO : KMS, en particulier après réduction de la teneur en humidité. L'analyse de la durée de vie a également rendu les deux diélectriques applicables car ils ont une durée de vie estimée à long terme supérieure à celle du MO seul. MO : Le diélectrique XO a été plus dominant que le KMS, et les diélectriques à base de MO dans la plupart des propriétés, tandis que le KMS a montré une dominance dans l'analyse de la fiabilité de la durée de vie après une valeur BDV‡ de 50 kV. Par conséquent, l'application de ces mélanges améliore considérablement la durée de vie des diélectriques du transformateur, améliorant ainsi celle du transformateur lui-même.

Translated Description (Spanish)

Los dieléctricos líquidos del transformador desempeñan un papel vital en la seguridad y confiabilidad de las redes eléctricas en condiciones normales y defectuosas. Los dieléctricos líquidos proporcionan aislamiento eléctrico y actúan como refrigerante para el transformador de potencia. Sin embargo, la mayoría de los dieléctricos utilizados están hechos de aceite mineral (MO) que tiene un bajo voltaje de ruptura, destello y punto de incendio, lo que también representa un riesgo de contaminación del medio ambiente en caso de fuga o explosión. Por lo tanto, la investigación explora los posibles recursos renovables naturales para reemplazar el amplio uso del dieléctrico basado en MO*. Este documento se centra en el uso de Aceite de Ximenia (XO) y Aceite de Semilla de Melón de Kalahari (KMS), ambos ésteres naturales, para la aplicación dieléctrica. Cada uno de ellos se mezcla en diferentes proporciones por separado con aceite mineral recuperado para analizar su compatibilidad con los transformadores de potencia. Las propiedades eléctricas y químicas de estos ésteres se prueban para encontrar la relación de mezcla óptima para cada uno, y se aplica un análisis de vida útil para establecer aún más su usabilidad. En este estudio, se ha identificado que tanto XO† como KMS son aplicables a una relación 75:25 MO: XO y 70:30 para MO: KMS, respectivamente, especialmente después de la reducción del contenido de humedad. El análisis de la vida útil también ha hecho que los dos dieléctricos sean aplicables, ya que tienen una vida útil estimada a largo plazo mayor que la del MO solo. MO: El dieléctrico XO ha sido más dominante sobre los dieléctricos basados en KMS y MO en la mayoría de las propiedades, mientras que KMS ha mostrado dominio en el análisis de confiabilidad de por vida después del valor de BDV‡ de 50 kV. Por lo tanto, la aplicación de estas mezclas mejora significativamente la vida útil de los dieléctricos del transformador, mejorando así la del propio transformador.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التوصيف التجريبي وتحليل بيانات الحياة للعوازل السائلة المختلطة الفائقة لتطبيق محول الطاقة
Translated title (French)
Caractérisation expérimentale et analyse des données de durée de vie des diélectriques liquides mixtes supérieurs pour l'application des transformateurs de puissance
Translated title (Spanish)
Caracterización experimental y análisis de datos de vida de dieléctricos líquidos mixtos superiores para aplicación en transformadores de potencia

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4308483939
DOI
10.1016/j.sciaf.2022.e01424

Is supplement to
https://openalex.org/W3213340646 (Other)
https://openalex.org/W3195167103 (Other)
https://openalex.org/W3186970450 (Other)
https://openalex.org/W3039921253 (Other)
https://openalex.org/W3035161348 (Other)
https://openalex.org/W2551464068 (Other)
https://openalex.org/W2209884981 (Other)
https://openalex.org/W2168013531 (Other)
https://openalex.org/W2087284102 (Other)
https://openalex.org/W1942652380 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Botswana

References

  • https://openalex.org/W1123322564
  • https://openalex.org/W1972165841
  • https://openalex.org/W2054767479
  • https://openalex.org/W2103891923
  • https://openalex.org/W2147478382
  • https://openalex.org/W2505600226
  • https://openalex.org/W2511453968
  • https://openalex.org/W2767567283
  • https://openalex.org/W2897675865
  • https://openalex.org/W2920931631
  • https://openalex.org/W2989731981
  • https://openalex.org/W2992177405
  • https://openalex.org/W3033934099
  • https://openalex.org/W3046658820
  • https://openalex.org/W3086301375
  • https://openalex.org/W3088871465
  • https://openalex.org/W3092333926
  • https://openalex.org/W3094172169
  • https://openalex.org/W3136308459
  • https://openalex.org/W3174610718
  • https://openalex.org/W3189231764
  • https://openalex.org/W4212874432
  • https://openalex.org/W4230911992
  • https://openalex.org/W4238025296