การปรับปรุงความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของน้ำมันหม้อแปลงที่ปนเปื้อนอนุภาคเหล็กด้วยอนุภาคนาโน TiO2: การวิเคราะห์เชิงทดลองและแบบจำลอง Weibull
คำสำคัญ:
น้ำมันหม้อแปลง, อนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์, อนุภาคเหล็ก, ค่าความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับบทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบของการปนเปื้อนอนุภาคเหล็กต่อค่าความคงทนต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Breakdown Voltage: BDV) ของน้ำมันหม้อแปลง และประเมินศักยภาพของอนุภาคนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) ในการเพิ่มสมบัติฉนวน น้ำมันหม้อแปลงสี่ชุดถูกเตรียมตามมาตรฐาน ASTM D877 ได้แก่ น้ำมันปกติ น้ำมันผสม TiO2 น้ำมันปนเปื้อนเหล็ก และน้ำมันปนเปื้อนเหล็กที่ผสม TiO2 พร้อมทั้งวิเคราะห์ข้อมูล BDV ด้วยการแจกแจงแบบ Weibull สองพารามิเตอร์ ผลการทดลองพบว่า การเติม TiO2 ที่ความเข้มข้น 0.01% ช่วยเพิ่มค่า BDV ได้ 11.99% (จาก 74.20 kV เป็น 83.10 kV) ในขณะที่การปนเปื้อนอนุภาคเหล็กทำให้ค่า BDV ลดลง 51.54% (เหลือ 35.47 kV) อย่างไรก็ตาม เมื่อเติม TiO2 ในน้ำมันที่ปนเปื้อนเหล็ก ค่า BDV เพิ่มขึ้น 36.53% (เป็น 47.09 kV) แสดงให้เห็นถึงความสามารถของ TiO2 ในการลดผลกระทบทางลบจากอนุภาคโลหะ ผลการวิเคราะห์ด้วย Weibull พบว่า ตัวอย่างที่ผสม TiO2 มีค่า shape parameter และ scale parameter สูงที่สุด และทุกตัวอย่างมีค่า p-value มากกว่าระดับนัยสำคัญ 0.05 สะท้อนถึงความสม่ำเสมอและความน่าเชื่อถือของข้อมูล BDV โดยสรุป อนุภาคนาโน TiO2 มีประสิทธิภาพในการเพิ่มความทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าและเสถียรภาพของสมบัติฉนวนของน้ำมันหม้อแปลง ทั้งในสภาวะปกติและสภาวะปนเปื้อนอนุภาคเหล็ก ซึ่งสามารถประยุกต์ใช้เพื่อเพิ่มความเชื่อถือได้และยืดอายุการใช้งานของระบบฉนวนในหม้อแปลงไฟฟ้าในทางปฏิบัติได้อย่างมีนัยสำคัญ
เอกสารอ้างอิง
Jiosseu, J. L., Mengounou, G. M., Nkouetcha, E. T., and Imano, A. M. (2023). Effect of ageing of monoesters and mineral oil on the propagation of creeping discharges, Applied Journal of Electrostatics, vol. 123, pp. 1-13.
Dan, M., Hao, J., Liao, R., Cheng, L., Zhang, J. and Li, F. (2019). Accumulation behaviors of different particles and effects on the breakdown properties of mineral oil under DC voltage, Applied Journal of Energies, vol. 12(12), pp. 1-15.
Saaidon, S., Chen, G. and Golosnoy, I. (2017). Influence of temperature variation of oil contamination on electrical performance of power transformer, Applied Conf. IEEE International Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Manchester, United Kingdom, pp. 1-5.
Xia, S., Pan, C., Yao, Y., Zheng, Z., Qin, S., Tang, J. and Zhu, S. (2023). Bridging characteristics of cellulosic particles in flowing transformer oil, Applied IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 30(3), pp. 1056–1065.
Wang, K., Wang, F., Li, J., Zhao, Q., Wen, G. and Zhang, T. (2018). Effect of metal particles on the electrical properties of mineral and natural ester oils, Applied IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 25(5), pp. 1621–1627.
CIGRE, (2000). effect of particles on transformer dielectric strength, Working Group 17 of Study Committee 12, pp. 6–42.
Mansour, D. E. A., Shaalan, E. M., Ward, S. A., Dein, A. Z. El., Karaman, H. S. and Ahmed, H. M. (2019). Multiple nanoparticles for improvement of thermal and dielectric properties of oil nanofluids, Applied IET Science, Measurement & Technology, vol. 13(7), pp. 968–974.
Suriyasakulpong, C. and Muangpratoom, P. (2024). Effect of span 80 surfactant in transformer oil based TiO2 nanofluids on the electrical properties of lightning impulse voltage, Applied Conf. International Electrical Engineering Congress (iEECON), Pattaya Chonburi, Thailand, pp. 1–4.
IEC 60296. (2020). Fluids for electrotechnical applications – Mineral insulating oils for electrical equipment. International Electrotechnical Commission (IEC), Geneva, Switzerland.
Amin, N. A. M., Ishak, M. T. and Suhaimi, N. S. (2022). Cellulose Particles’ Effect on the Electrical Field Distribution Between Palm Oil and Mineral Oil Insulation Systems, Applied IEEE International Conference on Power and Energy (PECon), Langkawi Kedah, Malaysia, pp. 464–468.
Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA. (2006). URL: https://www.thermofisher.com, access on 25/10/2025
Huang, M., Li, S., Zhang, L., Yao, Y., Lv, Y., Chen, Xi. and Pang, W. (2022). Improvement of breakdown and flashover properties against thermal aging of oil paper insulation through addition of TiO2 nanoparticles, Applied IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 17(7), pp. 821–831.
Inframat Advanced Materials LLC, Company information, 151 Progress Dr, Manchester, CT, USA. http://www.advanced materials.us, access on 25/10/2025
Al-Yami, A. S., Vikrant, W., Abrar, A. S., and Hussain, A. B. (2018). Emulsifiers used in designing emulsion based drilling fluids. Journal of Chemistry, vol. 7(4), pp. 1–20.
Pant, A., Jha, K. and Singh, M. (2019). Role of excipient’s HLB values in microemulsion system, Applied IOSR Journal of Pharmacy and Biological Sciences, vol. 14(2), pp. 1–6.
Sima, W., Shi, J., Yang, Q., Huang, S., and Cao, X. (2015). Effects of conductivity and permittivity of nanoparticle on transformer oil insulation performance: experiment and theory, Applied IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 22(1), pp. 380–390.
Atiya, E. G., Mansour, D. E. A., Khattab, R. M., and Azmy, A. M. (2015). Dispersion behavior and breakdown strength of transformer oil filled with TiO2 nanoparticles, Applied IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 22(5), pp. 2463–2472.
Saufi, M. A. and Mamat, H. (2022). Comparison of dispersion techniques of graphene nanoparticles in polyester oil, Applied Materials Today: Proceedings, vol. 66(5), pp. 2747–2751.
ASTM D877-02. (2002). Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage of Insulating Liquids Using Disk Electrodes.
Cheng, L., Jiang, Y., Dan, M., Wen, H., Li, Y., Qin, W., and Hao, J. (2020). Effects of fiber and copper particles on conductivity and breakdown characteristics of natural ester and mineral oil under DC voltage, Applied Energies, vol. 13(7), pp. 1–16.
Hao, J., Liao, R., Dan, M., Li, Y., Li, J., and Liao, Q. (2017). Comparative study on the dynamic migration of cellulose particles and its effect on the conductivity in natural ester and mineral oil under DC electrical field, Applied IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 11(9), pp. 2375–2383.
Nor, S. F. M., Azis, N., Jasni, J., Ab Kadir, M. Z. A., Yunus, R., and Yaakub, Z. (2017). Investigation on the electrical properties of palm oil and coconut oil based TiO2 nanofluids, Applied IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 24(6), pp. 3432–3442.
Fernández, I., Valiente, R., Ortiz, F., Renedo, C. J., and Ortiz, A. (2020). Effect of TiO2 and ZnO nanoparticles on the performance of dielectric nanofluids based on vegetable esters during their aging, Applied Nanomaterials, vol. 10(4), pp. 1–18.
Zhang, J., Li, J., Wang, Y., Li, Y., and Li, X. (2018). Breakdown voltage of transformer oil contaminated with iron particles at pulsating DC voltage, Applied Electric Power Components and Systems, vol. 46(11–12), pp. 1321–1329.
Yao, Y., Su, Z., Pan, C., Xia, S., Yu, M., and Tang, J. (2023). Distributed characteristics of free metallic particles in flowing transformer oil under DC and AC voltages, Applied IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 30(4), pp. 1441–1450.
Jin, H. (2015). Dielectric Strength and Thermal Conductivity of Mineral Oil based Nanofluids, Ph.D. dissertation, Delft University of Technology, Amsterdam, the Netherlands
Safari, M. A. M., Masseran, N., Majid, M. H. A., and Tajuddin, R. R. M. (2025). Robust estimation of the three-parameter Weibull distribution for addressing outliers in reliability analysis, Applied Scientific Reports, vol.15(1), pp. 1–14.
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
รูปแบบการอ้างอิง
ฉบับ
ประเภทบทความ
หมวดหมู่
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2026 วารสารวิศวกรรมศาสตร์และการวิจัยเชิงนวัตกรรม
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
