CC BY
13Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
Таблица 1.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ АЦЕТОКСИМЕТИЛ-ВТОРГЕКСИЛ-О-КСИЛОЛ
Наименование характеристики Ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилол Касторовое масло индийское медицинское
Плотность при 20 X, кг/м3 965 958
Вязкость кинематическая, м2/С10-6
при 20 °С 44,68 Порядка 1000
при 70 °С 5,92 56
Коэффициент преломления 1,4975 1,4780
Температура вспышки, °С 162 275
Тангенс угла диэлектрических потерь
при 20 X 0,002 0,0014
при 90 X 0,02 0,66
Диэлектрическая проницаемость:
при 20 °C 5,1 4,52
при 90 °C 4,3 3,90
Таблица 2.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
АЦЕТОКСИМЕТИЛ-ВТОРГЕКСИЛ-О-КСИЛОЛА
Показатель Условное обозначение Размерность Метод определения по ГОСТУ Примечание
Т застывания Тзаст K 20287-78
Т кипения Ткип K 18995-6-73
Т Вспышки Твсп K 4333-48
Показатель ПД0 Рефрактометр ИРФ-20
преломления
Плотность рД° кг/м3 1300-74
Вязкость кинематическая м2 /с-1- 106 33-82
Теплоемкость Ср Дж/кг *K Метод адиабатического проточного калориметра в замкнутной схеме циркуляции с весовым измерением расхода
Относительная £ 6581-75 Мост постоянного тока Р-525
диэлектрическая
проницаемость
Тангенс угла tgS 6581-75
диэлектрических
потерь
Удельное объемное Р2д0 Ом^ м 6581-75
электрическое
сопротивление
Термостабильность 6581-75 Определяется по изменению при 363 K в течение 48 ч
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
Электрофизические и физико-химические свойства синтезированного ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилола определяли по стандартным методикам после вакуумной дистилляции и тонкой очистки от токопроводящих примесей адсорбционным методом на оксиде алюминия [6-7]. В Таблице 2 приведена методика определения физико-химических и электрофизических свойств ацетоксиметил-вторгексил о-ксилола.
Экспериментальная часть
Очистка синтезированного эфира от токопроводящих примесей осуществлялась адсорбционным методом в закрытой системе.
Установка для осушки диэлектрика представляла собой однолитровую колбу с отводом для отбора пробы и стеклянной пробкой, соединенной с трехходовый краном. В колбу помещали жидкость и добавляли к нее заранее приготовленный оксид алюминия в количестве 10% от веса очищаемой жидкости. Во избежание нежелательных контактов диэлектрика с кислородом воздуха колбу заполняли азотом, вакуумировали, затем снова подавали азот через трехходовой кран. При этом равномерно перемешивали жидкость с оксидом алюминия. Затем закрытую колбу отсоединяли от вакуум- насоса и выдерживали в течение нескольких часов температуре при температуре 90 °С.
Для гидрирования применяли реактор, снабженный пористым стеклянным фильтром, обмоткой из нихромовой проволоки и обратным холодильником. Реактор представлял собой трубку из стекла пирекс диаметром 30 см и длиной 50 см, карманом для термопары и двумя отводами для подачи водорода снизу и для загрузки и выгрузки диэлектрической жидкости и катализатора сверху. На верхний отвод при проведении гидрирования присоединялся обратный холодильник.
В качестве катализатора использовали 0,2% палладия на оксиде алюминия в количестве 5% от объема диэлектрика. Водород из генератора подавали со скоростью 40 мл/мин через осушитель, заполненный оксидом алюминия, температура реакции 120 °С. Реакционную смесь после гидрирования промывали до нейтральной среды, сушили над сульфатом натрия, перегоняли и подвергали очистке над у — А12 03.
С целью получения высоких и стабильных электрофизических показателей диэлектрической жидкости ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилола, основными из которых являются высокая диэлектрическая проницаемость и устойчивость к электрическому пробою, исследовались различные варианты осушки и химической очистки [4, 6, 8]. В качестве адсорбента использовали у-оксид алюминия (фракция 1,0-1,5 мм). Результаты осушки приведены ниже (Таблица 3).
Как видно из результатов испытаний, кратковременная осушка до 4 час улучшает электрофизические показатели диэлектрической жидкости. Длительный контакт ее с адсорбентом, очевидно, вызывает разрушение его структуры. Происходит размывание адсорбента, его превращение в пылевидное состояние; что приводит, в конечном счете, к попаданию мелких трудно удаляемых при фильтрации частиц в диэлектрическую жидкость, резко снижающих ее электрофизические показатели.
Таким образом, сделано предположение о том, что недостаточная термостабильность диэлектрической жидкости в результате частичного гидролиза следов хлорметил-вторгексил-о-ксилола в составе диэлектрической жидкости, приводит к появлению соответствующего гидроксиметилпроизводного [4].
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
Таблица 3.
ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ОСУШКИ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АЦЕТОКСИМЕТИЛ-ВТОРГЕКСИЛ-О-КСИЛОЛА
Электрофизические До Время осушки, час
показатели осушки 2 4 6 8 10
Тангенс угла диэлектрических потерь
при 20 °C 0,047 0,003 0,003 0,005 0,042 0,071
при 90 °C 0,042 0,003 0,03 0,06 0,054 0,073
при 90 °C через 48 час 0,049 0,003 0,03 0,07 0,08 0,079
Диэлектрическая проницаемость
при 20 °C 5,3 5,2 5,1 5,3 5,5 5,7
при 90 °C 4,7 4,5 4,3 4,5 4,7 4,8
при 90 °C через 48 час 4,7 4,5 4,2 4,4 4,6 4,7
Очистку диэлектрической жидкости проводили гидрированием [9]. Как показывают результаты опытов, такая обработка улучшает термостабильность диэлектрической жидкости. В качестве катализатора использовали 0,2% палладия на оксиде алюминия в количестве 5% от объема диэлектрика. Водород подавали со скоростью 40 мл/мин, температура реакции 100 °С Реакционную смесь после гидрирования промывали до нейтральной среды, сушили над сульфатом натрия, перегоняли и подвергали очистке у-АhOз. Электрофизические показатели жидкости после гидрирования представлены в Таблице 4.
Таблица 4.
ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ГИДРИРОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЖИДКОСТИ АЦЕТОКСИМЕТИЛ-ВТОРГЕКСИЛ-О-КСИЛОЛА НА ЕЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Электрофизические показатели Исходные После гидрирования, час
данные 2 4 6
Удельное объемное сопротивление, Ом м
при 20 °C 1,57х1012 1,55х1012 1,72х 1012 1,32х 1012
при 90 °C 1,27х1010 1,22х1010 8,5х1010 1,44 х 1010
при 90 °C через 48 час 1,35х1010 1,27х1010 8,9х1010 1,51 х 1010
Диэлектрическая проницаемость
при 20 °C 5,4 5,3 5,2 5,1
при 90 °C 4,8 4,5 4,3 4,2
при 90 °C через 48 час 4,8 4,4 4,2 4,2
Тангенс угла диэлектрических потерь
при 20 °C 0,13 0,008 0,004 0,002
при 90 °C 0,20 0,06 0,02 0,02
при 90 °C через 48 час 0,27 0,08 0,04 0,03
Как видно из Таблицы 4 практически через 4 ч после начала гидрирования значительно увеличивается термостабильность, снижается значение тангенса угла диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость и удельное объемное сопротивление изменяются слабо.
Термоокислительная стабильность электроизоляционной жидкости характеризует устойчивость ее к температуре и окислению при контакте с кислородом воздуха. Показателем
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
термоокислительной стабильности является величина изменения тангенса угла диэлектрических потерь при температуре 80-100 °С.
Для улучшения эксплуатационных характеристик диэлектрических жидкостей, как правило, необходима их стабилизация с помощью присадок.
С этой целью изучалось влияние промышленной антиокислительной присадки на свойства ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилола. В качестве критерия стабильности принимали изменение тангенса угла диэлектрических потерь при нагреве до 90 °С в течение 48 ч.
В качестве присадки использовали промышленный антиоксидант фенольного типа 2,2-метилен-бис-6-трет-бутил-4-метил-фенол (НГ-2246) [10].
В Таблице 5 представлены результаты стабилизации ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилол присадкой НГ-2246. Как видно из результатов, что присадка НГ-2246 в количестве (0,01% масс.) повышает термоокислительную стабильность диэлектрической жидкости. В результате медико-биологических и токсикологических исследований ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилола, установлено, эта жидкость относится к IV классу (т. е. малотоксична).
Таблица 5.
ВЛИЯНИЕ ПРИСАДКИ НГ-2246 НА ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ ЖИДКОСТИ
АЦЕТОКСИМЕТИЛ-ВТОРГЕКСИЛ-О-КСИЛОЛА
Электрофизические показатели Количество НГ-2246, % мас
0,005 0,01 0,05
Удельное объемное сопротивление, Ом- м
при 25 °C 1,72* 1012 1,81* 1012 1,78* 1012
при 90 °C 5,28x10й 6,11x10й 5,35x1011
при 90 °C через 48 час 5,21*1010 5,35x1010 5,20* 1010
Диэлектрическая проницаемость
при 25 °C 5,0 5,0 5,0
при 90 °C 4,3 4,2 4,2
при 90 °C через 48 час 4,2 4,1 4,1
Тангенс угла диэлектрических потерь
при 25 °C 0,003 0,002 0,006
при 90 °C 0,003 0,002 0,008
при 90 °C через 48 час 0,004 0,003 0,010
Выводы
В работе в результате проведенных исследований электрофизических показателей сложного эфира ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилола, был выбран метод его очистки с помощью оксида алюминия, а гидрирование было проведено на катализаторе, представляющим собой 0,2% палладия на оксиде алюминия и стабилизации с использованием присадки НГ-2246.
Получен сложный эфир ацетоксиметил-вторгексил-о-ксилола с улучшенными электрофизическими показателями, а именно увеличивается термостабильность, снижается значение тангенса угла диэлектрических потерь, а диэлектрическая проницаемость и удельное объемное сопротивление изменяются слабо.
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
Список литературы:
1. Moore S. P. Some considerations for new and retrofill applications of natural ester dielectric fluids in medium and large power transformers revisited // IEEE Power & Energy Society General Meeting. IEEE, 2009. P. 1-7. https://doi.org/10.1109/PES.2009.5275166
2. Azis N. Ageing assessment of insulation paper with consideration of in-service ageing and natural ester application. The University of Manchester (United Kingdom), 2012.
3. Абдуллаева М., Гасанов А. А. О технически полезных свойствах сложного эфира на основе алкил ароматических углеводородов // Ростовский научный журнал. 2018. №10. С. 8699.
4. Kanoh T., Iwabuchi H., Hoshida Y., Yamada J., Hikosaka T., Yamazaki A., ... Koide H. Analyses of electro-chemical characteristics of palm fatty acid esters as insulating oil // IEEE International Conference on Dielectric Liquids. IEEE, 2008. P. 1-4. https://doi.org/10.1109/ICDL.2008.4622456
5. Филиков В. А. Электротехнические и конструкционные материалы. М.: Высш. шк., 2000. 275 с.
6. Исмайлова С. С., Абдуллаева М. Я., Амиров С. Г. Диэлектрическая жидкость для импульсных конденсаторов // Экоэнергетика. 2017. №3. С. 48-53.
7. Уханов С. Е. Химия диэлектриков. Пермь, 2010. 191 с.
8. Quliyev Э. M., Safiyev E. S., Karimov Q. M. Elektrotexniki materiallar. Baku, 2006.
9. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники. М.: Мир. 1984. 511 c.
10. Шабалина Т. Н., Занозина И. И., Тыщенко В. А. Совершенствование методологии исследования индустриальных масел и рабочих жидкостей // Технологии нефти и газа. 2011. №1. С. 57-61.
References:
1. Moore, S. P. (2009). Some considerations for new and retrofill applications of natural ester dielectric fluids in medium and large power transformers revisited. In IEEE Power & Energy Society General Meeting. IEEE, P. 1-7. https://doi.org/10.1109/PES.2009.5275166
2. Azis, N. (2012). Ageing assessment of insulation paper with consideration of in-service ageing and natural ester application (Doctoral dissertation, The University of Manchester (United Kingdom)).
3. Abdullaeva, M., & Gasanov, A. A. (2018). O tekhnicheski poleznykh svoistvakh slozhnogo efira na osnove alkil aromaticheskikh uglevodorodov. Rostovskii nauchnyi zhurnal, (10), 86-99. (in Russian).
4. Kanoh, T., Iwabuchi, H., Hoshida, Y., Yamada, J., Hikosaka, T., Yamazaki, A., ... & Koide, H. (2008). Analyses of electro-chemical characteristics of palm fatty acid esters as insulating oil. In IEEE International Conference on Dielectric Liquids (1-4). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICDL.2008.4622456
5. Filikov, V. A. (2000). Elektrotekhnicheskie i konstruktsionnye materialy. Moscow. (in Russian).
6. Ismailova, S. S., Abdullaeva, M. Ya., & Amirov, S. G. (2017). Dielektricheskaya zhidkost' dlya impul'snykh kondensatorov. Ekoenergetika, (3), 48-53. (in Russian).
7. Ukhanov, S. E. (2010). Khimiya dielektrikov. Perm. (in Russian).
8. Guliev, A. M., Safiev, E. S., & Karimov, K. M. (2006). Electrical materials. Baku.
9. Keltsev, N. V. (1984). Osnovy adsorbtsionnoi tekhniki. Moscow. (in Russian).
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice https://www.bulletennauki.com
Т. 6. №9. 2020 https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
10. Shabalina, T. N., Zanozina, I. I., & Tyshchenko, V. A. (2011). Sovershenstvovanie metodologii issledovaniya industrial'nykh masel i rabochikh zhidkostei. Tekhnologii nefti i gaza, (1), 57-61.
Работа поступила в редакцию 12.07.2020 г.
Принята к публикации 17.07.2020 г.
Ссылка для цитирования:
Абдуллаева М. Я. Термоокислительная стабилизация и очистка диэлектрической жидкости - сложного эфира от токопроводящих примесей // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №9. С. 204-210. https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/20
Cite as (APA):
Abdullayeva, M. (2020). Thermal Oxidating Stabilization and Cleaning From Conductive Impurities of Dielectric Liquid - Esters. Bulletin of Science and Practice, 6(9), 204-210. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/20
Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice Т. 6. №9. 2020
https://www.bulletennauki.com https://doi.org/10.33619/2414-2948/58
УДК 621.382.8 https://doi.org/10.33619/2414-2948/58/21
ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕТЕРОСТРУКТУРНОГО КАТОДА
©Исманов Ю. Х., ORCID: 0000-0001-8176-2602, SPIN-код: 1183-7001, д-р. физ.-мат. наук, Киргизский государственный университет строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова, г. Бишкек, Кыргызстан, i_yusupjan@mail.ru ©Ниязов Н. Т., SPIN-код: 1534-3805, Институт физики им. акад. Ж. Жеенбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан, nurniyaz@mail.ru ©Джаманкызов Н. К., SPIN-код: 1471-6954, д-р физ.-мат. наук, Институт физики им. акад. Ж. Жеенбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан, nasip49@gmail.com ©Жумалиев К. М., SPIN-код: 6579-1960, д-р техн. наук, акад. НАН Киргизской Республики, Институт физики им. акад. Ж. Жеенбаева НАН Киргизской Республики, г. Бишкек,
Кыргызстан, jkm1956@mail.ru
THERMOELECTRONIC CONVERSION OF SOLAR ENERGY USING A HETEROSTRUCTURAL CATHODE
©Ismanov Yu., ORCID: 0000-0001-8176-2602, SPIN-code: 1183-7001, Dr. habil., Kyrgyz State University of Construction, Transportation and Architecture named after N. Isanov,
Bishkek, Kyrgyzstan, i_yusupjan@mail.ru ©Niyazov N., SPIN-code: 1534-3805, Institute of Physics of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, nurniyaz@mail.ru ©Dzhamankyzov N., SPIN-code: 1471-6954, Dr. habil., Institute of Physics of the National
Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, nasip49@gmail.com ©Zhumaliev K., SPIN-code: 6579-1960, Dr. habil., Academician of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Institute of Physics of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan, jkm1956@mail.ru
Аннотация. В статье проведен теоретический анализ особенностей работы термоэлектронного преобразователя солнечной энергии с использованием гетероструктурного катода. Рассмотрена гетероструктура, в которую введены оконный слой с достаточно широкой запрещенной зоной и поглощающий слой, ширина запрещенной зоны которой остается постоянной. Это позволяет сильно снизить рекомбинационные потери на поверхности контакта. Однако, наличие широкой запрещенной зоны в оконном слое приводит к возникновению барьера для формирующихся фотоэлектронов, а это, в свою очередь, приводит к потерям при преобразовании энергии, так как фотоны с энергией меньшей ширины запрещенной зоны перестает работать на превращение энергии. Т. е. в электрическую энергию будет превращаться только часть энергии Солнца — работает только часть спектра солнечного излучения. Показано, что преодолеть этот недостаток можно создав градиент ширины запрещенной зоны. Такой градиент позволяет создать обратное внутреннее поле, снижающее высоту барьера на поверхности контакта, что повышает выход фотоэлектронов и, в конечном счете, общий коэффициент преобразования термоэлектронного преобразователя. Получены теоретические значения для тока выхода и коэффициента преобразования термоэлектронного преобразователя солнечной энергии, имеющего гетероструктурный катод.
