I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   23 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 ,   p p .   1 7 6 1 ~ 1 7 7 7   I SS N:  2502 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 23 .i 3 . pp 1 7 6 1 - 1 7 7 7          1761       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Alternative  liquid  dielec trics i n  po wer tra nsfo rmer i nsula tion:   revi ew       B o k a ng   Ag ripa   T lha bo lo g o ,   Ra v i Sa m i k a nn u,  M o dis a   M o s a la o s i   De p a rtme n o El e c tri c a l,   C o m p u t e a n d   Tele c o m m u n ica ti o n s E n g i n e e rin g ,   Bo tswa n a   I n tern a ti o n a Un iv e rsity   o S c ien c e   a n d   Tec h n o l o g y ,   B o tswa n a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   1 9 2 0 2 1   R ev is ed   J u n   1 7 2 0 2 1   Acc ep ted   J u l   7 2 0 2 1       Tran sfo rm e li q u id   d iele c tri c e v o lv e d   wh e re   m in e ra o il   h a b e e n   t h e   d o m in a n c h o ice   u n ti l   e m e rg e n c e   o s y n t h e ti c   e ste rs  a n d   n a t u ra e ste rs.  Na tu ra e ste r - b a se d   o il s   h a v e   b e e n   u n d e r   e x ten si v e   in v e stig a ti o n t o   e n h a n c e   th e ir  p r o p e rti e f o re p lac i n g   p e tro leu m - b a se d   m i n e ra o il ,   wh ic h   is  n o n - b io d e g ra d a b le   a n d   h a p o o r   d i e lec t ric  p ro p e rti e s.   T h is  p a p e fo c u se o n   e x p o siti o n   o n a t u ra e ste o il   a p p li c a ti o n   in   m ix e d   tran sfo r m e li q u id   d iele c tri c s.  P h y sic a l,   c h e m ica l,   e lec tri c a l,   a n d   a g e in g   c h a ra c teristics   o f   th e se   d iele c tri c a n d   th e   d isso l v e d   g a a n a ly sis  (DG A)  we re   re v iew e d .   P h y sic a l   p ro p e rti e in c lu d e   v isc o si ty ,   p o u p o i n t,   flas h   a n d   fire  p o i n wh ic h   a re   v it a l   in d ica to rs   o f   h e a i n su lati o n   a n d   f ire  risk .   Ch e m ica p r o p e rti e c o n s id e re d   a re   wa ter  c o n ten t,   a c id   n u m b e r,   DG A,  c o rro si v e   su l p h u r,   a n d   slu d g e   c o n te n t o   li m it   a n d   d e tec d e g ra d a ti o n   a n d   c o rr o sio n   d u e   t o   o il   a g e in g .   El e c tri c a p ro p e rti e in c lu d in g   b re a k d o wn   v o lt a g e   we re   c o n sid e re d   f o c o n siste n t   in su lati o n   d u ri n g   o v e rlo a d   a n d   fa u lt   c o n d it io n s.  T h e se   p ro p e rti e o e v o l v in g   a lt e rn a ti v e   d iele c tri c we re   re v iew e d   b a se d   o n   AST M   In tern a ti o n a sta n d a rd s   a n d   In ter n a ti o n a El e c tro   tec h n i c a Co m m issio n   sta n d a rd f o a c c e p tab le   tran sfo rm e li q u id   d iele c tri c s.  T h is  re v iew   p a p e wa c o m p il e d   to   a v a il   m o d e rn   m e th o d o lo g ies   f o b o t h   t h e   in d u str y   a n d   sc h o lars ,   a lso   p r o v id i n g   th e   sig n ifi c a n c e   o u si n g   m ix e d   d iel e c tri c fo p o we tran sfo rm e rs  a th e y   a re   c o n c lu d e d   t o   sh o w su p e rio rit y   o v e n o n - m i x e d   d iele c tri c s.   K ey w o r d s :   Dielec tr ic  s tr en g th   L iq u id   d ielec tr ics   Min er al  o il    Natu r al  ester   Po wer   tr an s f o r m er   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   B o k an g   Ag r ip a   T lh ab o lo g o   Dep ar tm en t o f   E lectr ical,   C o m p u ter   an d   T elec o m m u n icatio n   E n g in ee r in g   B o ts wan I n ter n atio n al  Un iv e r s ity   o f   Scien ce   an d   T ec h n o lo g y   Priv ate  B ag   1 6 ,   Palap y e,   B o ts wan a   E m ail:  b o k an g . tlh ab o l o g o @ s tu d en tm ail. b iu s t.a c. b w       NO M E N CL A T UR E   No m en clatu r e   R ef er r ed   to   B DV   B r ea k d o wn   Vo ltag e   DB P C   Di - ter tiar y - b u ty l - p ar ac r eso l   DGA   Dis s o lv ed   g as a n aly s is   DI N   Deu ts ch es  I n s titu t f ü r   No r m u n g   IEC   I n ter n atio n al  E lectr o tech n ical  C o m m is s io n   OE C D   E co n o m ic  C o - o p er atio n   an d   Dev elo p m en t   PD   Par tial D is ch ar g e   T C G   T o tal  C o m b u s tib le  Gas   TMP   T r im eth y lo lp r o p an e   UV   Ultr av io let     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 1 7 6 1   -   1 7 7 7   1762   1.   I NT RO D UCT I O N   Po wer   tr an s f o r m er s   p la y   a   v ital  r o le  in   elec tr ical  p o wer   d is tr ib u tio n   to   en d   u s er s   f r o m   p o wer   u tili ties .   T h tr an s f o r m er   en s u r es  th at  p o wer   is   tr an s m itted   ef f icien tly .   Ad eq u ate  co o lin g   is   n ec ess ar y   s in ce   th er is   s ig n if ican h ea tin g   u p   o f   th e   tr an s f o r m er   c o r d u t o   in cr ea s ed   lo a d   a n d   tr a n s ie n f au lts   [ 1 ] ,   h en ce   th n ee d   to   d e v elo p   ef f ec tiv tr a n s f o r m er   d ielec tr ic  in s u lato r s .   Min er al  o il  h as  b ee n   th m o s co m m o n ly   u s ed   d ielec tr ic  d u to   its   g o o d   elec tr ical  in s u latio n   an d   co o lin g   ch ar ac ter is tics   [ 2 ] .   Ho wev er ,   co n ce r n s   o n   th n o n - b io d eg r a d ab ilit y   o f   m in er al  o i [ 3 ]   h av i n f lu en ce d   ex p lo r at io n   o f   n at u r al  ester s   o v er   th y ea r s   [ 4 ] .   Min er al   o ils   ar f u r th e r   co n s id er ed   n o en v ir o n m en tally   f r ien d ly   b ec au s th ey   h a v lo f lash   p o in an d   f ir p o in t   wh ich   p o s es a   r is k   o f   f ir u n d e r   s u r g an d   tr an s ien t f a u lt c o n d itio n s .   T r an s f o r m e r   d ielec tr ics  also   p r o v id e   elec tr ical  in s u latio n   b etwe en   th c o r a n d   t h tr an s f o r m er   ca s in g   ev en   u n d er   f au lt  co n d it io n s   s u ch   as  win d i n g   i n s u latio n   f ailu r e.   Mo s tr an s f o r m er   f a ils   ar tr ac ea b le  to   in s u latio n   f ailu r [ 5 ] .   T h d iel ec tr ic  in s u lato r   m ay   also   f ail  as  its   in s u latio n   d eg r ad es  with   tim ( ag ein g )   [ 6 ] h en ce   th n ee d   to   ch ar ac ter ize   th tr an s f o r m er   o il  d eg r a d atio n   p r o p er ties .   T o   m itig ate  r is k s   p o s ed   b y   m i n er al   o ils ,   n atu r al  ester s   ar in v esti g ated   to   d ev elo p   ef f e ctiv e   in s u lato r s   th at  co m p ly   with   r eg u lato r y   s tan d ar d s   o f   A m er ican   s tan d ar d   test in g   an d   m ater ial  ( ASTM )   an d   in ter n atio n al  elec tr o tech n ical  co m m is s io n   ( I E C ) .   W h en   co n s id er in g   p u r ester s ,   s tu d ie s   h av s h o wn   th at  th e y   h a v e   h i g h   v is co s ity   [ 7 ]   an d   t h eir   h ig h   co s t o f   p r o d u ctio n   h av m o tiv ated   c h an g e   o f   d ir ec tio n   to wa r d s   b le n d in g   m in er al  o il  a n d   ester   o il   to g eth e r ,   an d   f u r th e r   lo o k in g   in to   m ix in g   with   n an o   p ar ticle s   to   m ak e   s u p er io r   n a n o f lu id s   [ 8 ] .   Me th o d s   u s ed   to   test   p u r e   f lu id s   ca n   d ed u ce   th eir   b eh av io u r al  ch ar ac ter is tics   f r o m   th eir   s tr u ctu r es  an d   co m p o s itio n .   Ho wev er ,   th ese  ca n n o u n iv e r s ally   b u s ed   in   test in g   m ix ed   d ielec tr ics  b ec au s u n lik th eir   p u r co u n ter p ar ts ,   m ix ed   d ielec tr ics  co u ld   h av e   d if f er en o x id atio n   p atter n s .   I is   th er ef o r im p er ativ t o   f in d   p o s s ib le  p r o p e r ties   o f   ester s   b len d ed   with   m in er al  o ils .   Dif f er en t e x p e r im en tal  an d   s im u latio n   m eth o d o lo g ies h av b ee n   u s ed   to   an al y s th eir   p r o p e r ties .   T h ese  in clu d e ,   b u n o lim i ted   to ,   r am p   a p p licatio n ,   L o ck m eth o d ,   DGA  a n d   g a s   ch r o m ato g r ap h y ,   G au s s ian s   p r o b ab ilit y   s tatis t ics  an aly s is ,   Po i s o n s   s tatis t i ca eq u atio n ,   Du v al’ s   tr ian g l m eth o d s ,   p ar tial   d is ch ar g e,   Fo u r ier   t r an s f o r m   an aly s is ,   b r o ad b a n d   d iel ec tr ic  s p ec tr o s co p y ,   an d   m o lecu lar   s im u latio n   tech n o lo g y   an al y s is .   T h ese  m eth o d s   ar e   r ev iewe d   i n   d et ail  in   th o th er   s ec tio n s   o f   th is   p ap er   i n   th eir   r esp ec tiv ap p licatio n s .   I is   th er ef o r im p o r tan to   im p r o v m eth o d s   o f   an al y s in g   an d   d iag n o s in g   in s u lato r   p r o p er ties   b ef o r e,   d u r i n g   an d   af ter   u s e   f o r   ea ch   p r o p o s ed   in s u lato r   to   av o id   ca tast r o p h ic  f ail u r o f   th e   tr an s f o r m er   [ 9 ] .   T h is   p ap er   elab o r ates  o n   th ev o lu tio n   o f   tr an s f o r m e r   liq u i d   d ielec tr ic  in s u latio n   as  m o d er n   test in g   ap p r o ac h es  ar ap p lied   to   th em   b y   d if f e r en s ch o lar s .   Fu r th er m o r e,   th r ev iew  s h o ws  th lim itatio n s   an d   im p r o v em e n ts   to   m eth o d o l o g ies  u s ed .   T h er e   is   s m all,   co n s o lid ated   liter atu r o n   m eth o d s   ap p lied   in   m ix ed   tr an s f o r m er   d ielec tr ics  h en ce   th s tu d y   in f o r m s   o n   k e y   f o ca p r o p er ties   o f   d ielec tr ics  b ein g   p h y s ical,   ch em ical,   elec tr ical,   ag in g ,   an d   d is s o lv ed   g as  an aly s is   b ased   o n   p r ev i o u s   s ch o lar l y   r esear c h .   T h ese  p r o p er ties   ar ex p o s ito r y   r ev iewe d   as  b r ea k d o wn   v o ltag ( B DV) ,   f la s h   an d   f ir p o in t,  v is co s ity ,   o x id atio n   s tab ilit y ,   DGA,   m o is tu r co n te n an aly s is   an d   b io d e g r ad a b ilit y .   I f u r th er   en lig h ten s   o n   alter n ativ b len d in g   o f   n atu r a l   an d   m in er al  o il  d ielec tr ics  a n d   o th er   m is cib le  liq u id s /f lu id s   th r o u g h   t h ap p licatio n   o f   n an o p ar ticles  in   co n ce r ted   ef f o r ts   to   f i n d   a   s u i tab le  r ep lace m en t   f o r   p u r m in er al  o il.   C o n s o lid ated   f i n d in g s   ar in ten d ed   to   r ec o m m en d   an d   g u id e   p r esen t   r esear ch   a n d   in d u s tr ial  p r o d u ctio n   an d   s af u tili za tio n   o f   m o r r eliab le   m ix ed   tr an s f o r m er   d ielec tr ics.       2.   E VO L U T I O N   T r an s f o r m e r   liq u id   d ielec tr ics   h av b ee n   ca teg o r is ed   in to   m in er al  o il,  s y n th etic  o il,  ester   o il,  m ix ed   an d   n a n o f l u id   o ils   as  in   Fig u r e   1 .   T h e v o lu tio n   o f   th ese  d iel ec tr ics  b eg an   with   th u s o f   m in er al  o il.   T h is   o il   is   h ar n ess ed   f r o m   n o n - r en ewa b le  n atu r al  r eso u r ce s h en ce   it   is   n o n b io d e g r ad a b le.   Fu r th er m o r e,   th lo f lash   an d   f ir p o in t   o f   m in er al   o il   n ec ess itated   th d e v elo p m e n o f   s y n t h etic  o ils .   T o   im p r o v b io d eg r a d ab ilit y   o f   p o wer   tr an s f o r m e r   d ielec tr ics,  ester - b ased   d ielec tr ics  w er co n s id er ed   f o r   in v esti g atio n   as  p o ten tial   ca n d id ates.  T h ei r   p o ten tial  in   b o th   p u r f o r m   an d   wh e n   m ix ed   with   m in er al  o il  ar e   v ita f o r   th e   in d u s tr y .   Nan o f lu id s   h a v also   b ee n   in tr o d u ce d   to   im p r o v th e   d ielec tr ic  s tab ilit y   o f   m i n er al  an d   este r - b ased   d ielec tr ics   wh ich   will b f u r t h er   d is cu s s ed   in   th p ap er .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A lter n a tive  liq u id   d ielec tr ics i n   p o w er tr a n s fo r mer in s u la tio n :   a   r ev iew   ( B o ka n g   A g r ip a   Tlh a b o lo g o )   1763       Fig u r 1 .   C ateg o r ies o f   tr an s f o r m er   liq u id   d ielec tr ics       Natu r al  ester   o ils   r ef er   to   th o ils   ex tr ac ted   f r o m   co ld   p r ess in g   o f   s ee d s   an d   p lan ts   [ 1 0 ] .   T h co m m o n l y   u s ed   n atu r al  ester s   ar s o y b ea n   o il,  s u n f lo we r   o il,   r ap eseed   o il,  r ice  b r an   o il,  co co n u o il,  co r n   o il,  co tto n   s ee d   o il,  o liv o il,  p al m   n u ts   o il,  ca n o la  o il ,   an d   p o n g am ia  p in n ata  o il   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h eir   u s in   p o wer   tr an s f o r m er s   is   m ain ly   d u e   t o   th eir   elec tr ical  an d   c h em ic al  s tab ilit y   b ec au s t h ey   a r e   m ad e   u p   o f   b o th   s atu r ated   an d   u n s atu r ated   f att y   ac id s .   W h en   an   ester   tr ig ly ce r id is   f o r m ed ,   alco h o g ly ce r o f o r m s   co v alen t   b o n d s   with   th r ee   f atty   ac id   m o lecu les,  r elea s in g   wate r   m o lecu les  in   co n d en s atio n   d u r in g   ester if icatio n   r ea ctio n   as  s h o wn   in   ( 1 ) .   T h is   m ak es  th em   less   p r o n to   o x id atio n .   Fig u r 2   s h o ws  th f o r m ed   f atty   ac id   ester   tr ig ly ce r id es with   s in g le  u n s atu r ated   f atty   ac id s   wh ich   g i v es th em   ad v an ta g to   b u s ed   in   p o wer   tr an s f o r m er s   as th b o n d s   o f   u n s atu r ated   f at ty   ac id s   m ak th d ielec tr ic  m o r s u s ce p tib le  to   o x id atio n   [ 1 3 ] .      +   + 2   [ 1 4 ]   ( 1 )           Fig u r 2 .   Fatty   ac id   ester   tr i g ly ce r id es with   s in g le  u n s atu r at ed   f atty   ac id s   [ 1 3 ]       2 . 1 .       Dielec t ric  c a pa bil it ies o f   a lt er na t iv dielect rics   E s ter   b ased   d ielec tr ics  h av b ee n   h ig h ly   co m p ar ab le  to   m in er al  o il   [ 1 5 ] .   I n   1 9 9 0 ,   Dian a   a n d   W atso n   [ 1 6 ]   u s ed   th r am p   ap p licatio n   tech n iq u an d   th ex p er im e n tal  an aly s is   p r o d u ce d   co m p a r ab le  ch ar ac ter is tics   o f   ester   as  to   m in er al  o il.  T h is   is   in   th s en s th at  ester   o il  u s ed   was  f o u n d   t o   h av Oh m ic  tr an s p o r b e h av io u r   in   th p r e - b r ea k d o w n   test .   T h is   is   to   s a y   th er is   lin ea r   r e latio n s h ip   o f   cu r r e n an d   v o ltag in d u ce d   d u r in g   th ex p er im en t   wh en   p lo tted   o n   a   lo g - lo g   p lo t.   T h e   d ec ad 1 9 9 0   to   2 0 0 0   b r o u g h m o r e   r e s ea r ch   to   p r o b e   th e   u s ef u ln ess   o f   ester s   in   tr an s f o r m er   in s u latio n .   C o n s eil  in ter n atio n al  d es  g r a n d s   r eseau x   e lectr iq u es  ( C I GR E )   wo r k in g   g r o u p   [ 1 7 ]   g av d etailed   p er f o r m an ce   a n aly s is   o f   ester - b ased   d ielec tr ics.  C I GR E   wo r k   g r o u p   f o u n d   th at  th wate r   s o lu b ilit y   in   n atu r al  ester s   i s   s ig n if ican tly   h ig h er   th an   in   m in er al  o il,  wh ich   is   a   co n tr ib u tin g   f ac t o r   to   g o o d   d i elec tr ic  s tr en g th   in   m in e r al  o i l.  W h en   f u r th e r   in v esti g atin g   v is co s ity   o f   ester s ,   th ey   ar f o u n d   to   b m u c h   m o r v is co u s   th an   m in e r al  o il  wh ich   p o s es  r is k   o f   d ev elo p in g   h o ts p o ts   in   th e   tr an s f o r m er   tan k .   An o th er   c r u cial  p r o p er ty   em p h asis ed   b y   [ 1 7 ]   is   th ab s en ce   o f   co r r o s iv s u lp h u r   in   ester   o il  wh ich   g r ea tly   r ed u ce s   th ten d en cy   to   ca u s co r r o s io n   b y   s u lp h u r   r ea ctin g   with   th win d in g s   o f   th e   tr an s f o r m er .   T h is   is   co m m o n   p h en o m en o n   with   m i n er al  o i ls   as th ey   co n tain   co r r o s iv s u lp h u r .       2 . 2 .       A g eing ,   s o lub ility ,   a nd   life t im o f   dielect rics   Mc Sh an et  a l .   i [ 1 8 ]   u s ed   L o ck ie  m eth o d   f o r   ag in g   test s   b ey o n d   5 0 0 ex p ec ted   life   to   p er f o r m   ac ce ler ated   life   test s   in   wh ic h   h co n clu d ed   th at  u s in g   e s ter s   f o r   tr an s f o r m er   d ielec tr ics  will  u lt im ately   i n cr ea s life tim o f   th e   s o lid   i n s u lato r ,   h e n ce   an   in cr ea s o f   tr an s f o r m er   life   s p an .   Mc Sh a n et  a l .   [ 1 9 ]   f u r t h er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 1 7 6 1   -   1 7 7 7   1764   em p h asis es  th at  th r ate  o f   a g in g   o f   cr af t   p ap er   is   ass o ciate d   to   th li q u id   d ielec tr ic  th at   it  is   im m er s ed   in .   T h is   s h o ws th at  w ith   m in er al  o il,  th ag ein g   r ate  is   q u ite  f aster   th an   th at  o f   n atu r al  ester s .   T h f in d in g   c o n cu r s   with   [ 1 7 ] .   T h is   f ast  ag ein g   ca n   th er ef o r b f ac t o r ed   b y   co r r o s iv s u lp h u r   p r esen ce   an d   l o wate r   s o lu b ilit y   ca u s in g   ac id   f o r m atio n   i n   m i n er al  o il Sm ith   [ 2 0 ]   h as   s h o wn   th at  n atu r al  ester   o il  ca n   b u s ed   to   r ep lace   m in er al  o il   in   tr a n s f o r m e r s   o f   at   least  4 5 0   k V.   Ho wev er ,   to   m ain tain   th r ated   te m p er atu r e   r is e,   th e   tr an s f o r m er   co o lin g   r e q u ir em en ts   s h o u ld   b m o d if ied   to   ac co m m o d ate   th p h y s ical  p r o p er ty   o f   n atu r al  ester s   as  th ey   a r m u ch   m o r e   v is co u s   th an   m i n er al  o il.  Hav in g   les s   v is co u s   d ielec tr ic  allo ws  ea s cir cu latio n   o f   th e   o il,  h en ce   p r o m o tin g   co o lin g .   T h is   p r in cip le  is   f u r t h er   elab o r ated   in   th is   p ap er   at  v is co s ity   s u b s ec tio n .   Dar win   et  a l [ 2 1 ]   elab o r ated   o n   t h s o lu b ilit y   p r o p er ty   o f   ester s   wh ich   h elp s   ab s o r b   a n y   m o is tu r co n ten th at  m a y   d ev el o p   o n   th in s u latio n   p ap e r   in   th e   co r e.   Ho wev er ,   t h s tu d y   o n   th o th er   h a n d   s h o ws   th at  wh en   u s in g   ester s   alo n e,   th co s is   th r ee   to   eig h ti m es  th co s o f   u s in g   m i n er a o il.  I is   th er ef o r e   im p o r tan t   to   r ed u ce   co s b y   h av in g   a   m ix e d   d ielec tr ic  o f   b o th   n atu r al  ester   a n d   m in er al  o i l.  Fo f an a   et  a l [ 2 2 ]   co m p ar ed   t h er m al  an d   elec tr ic al  s tr ess e s   o f   m in er al  an d   ester   o ils   ag ain s th eir   ag in g   p er f o r m an ce .   I n   t h is   th u s o f   ester s   is   r ec o m m en d ed   b ased   o n   th s u p er io r ity   o f   th e ir   p h y s ical  an d   ch em ical  p r o p er ties   th at  p r o m o te  s lo wer   d eg r ad atio n   wh en   ag ei n g .   E s ter s   ten d   to   ag s lo wer   an d   h av b etter   m o is tu r ab s o r p tio n   th an   m in er al   o il wh ich   p r o lo n g s   th e   life tim o f   in s u latin g   p ap er .     2 . 3 .       M ix ing   ra t io s   o f   dielect rics   IEEE  [ 2 3 ]   also   r elea s ed   m ain ten an ce   an d   ac ce p tan ce   s tan d ar d s   to   b u s ed   in   r eg u l atin g   an d   s tan d ar d is in g   th u s o f   ester s   as  tr an s f o r m er   d ielec tr ics.  I is   with   th ese  s tan d ar d s   th at  Ulr y ch   et  a l [ 2 4 ]   s u g g ests   th u s o f   m ix ed   d ielec tr ics  m ad f r o m   ester   an d   m in er al  o il  with   in h ib ito r s   f o r   s af er   tr an s f o r m er   in s u latio n   tech n o lo g y .   Fo f an a   et  a l .   [ 2 5 ]   in v esti g ated   h i g h   v o ltag tr an s f o r m er   m i x ed   d ielec tr ic  in s u lato r   p r o p er ties .   T h d ielec tr ics  ar e   m ix tu r o f   ester   an d   m in e r al  o il  in   d if f e r en p r o p o r tio n s .   L ik n o n - m ix ed   d ielec tr ics,  th p h y s ical,   ch e m ical  an d   elec tr ical  p r o p e r ties   wer test ed .   T h ey   c o n cl u d ed   th at   g ass in g   ten d en cies  ar r ed u ce d   wh en   ad d in g   ester   to   m in er al  o il  u n d er   th er m al  s tr es s   an d   t h g en er al  m ix tu r h a s   s u p er io r   p r o p e r ties   co m p ar ed   to   p u r e   m in er al  o il a lo n e.   Gu p ta  an d   Das   [ 2 6 ] ,   Gau s s ian s   p r o b ab ilit y   s tatis tics   m eth o d   with   n o r m al  a n d   W eib u ll d is tr ib u tio n   is   ap p lied   to   s tu d y   th e   b r ea k d o wn   v o ltag o f   th e   d ielec tr ics.  I s h o ws   th at  s ilico n   as  s y n th etic  ester   h as  th e   lo west  B DV  f o llo wed   b y   m i n er al  o il  t h en   n atu r al  ester   o i g et  th e   h ig h est  B DV.   I t   is   th en   co n clu d e d   th at   n atu r al  ester s   ar m o r s u itab l to   u s to   m ix   with   m in er al  o il  to   en h an ce   its   elec tr ical  p r o p er ties   b ased   o n   th e   asy m m etr ic  W eib u ll  d is tr ib u tio n   o f   b r ea k d o wn   v o ltag e .   Fu r t h er m o r e ,   m ix t u r p r o p o r tio n   o f   n at u r al  ester   o il   an d   m in er al  o il is   m ad tak in g   in to   co n s id er atio n   th co s t o f   ester s   wh ich   i s   eig h t tim es   th e   co s t o f   m in er al  o il   [ 2 1 ] .   T h er ef o r e,   it  is   p r ac tical   to   u s m o r m i n er al  o il  th a n   ester   in   th m ix in g   r atio .   On lim itatio n   to   th m eth o d s   o f   m ix in g   th o ils   is   th at  th er was  n o   s tan d ar d   m ix in g   r atio   in   p lace   to   o b tain   s tan d ar d   m i x tu r e.   Ap ar f r o m   th eir   e x ce llen ele ctr ical  an d   ch e m ical  p r o p er tie s ,   [ 2 7 ]   e m p h asis es  o n   m ix i n g   ester s   with   m in er al  o il  b ec au s th d en s ity   an d   k in em atic  v is co s ity   o f   ester s   ar well  ab o v th s tan d ar d   lim it  p r o v id ed   b y   I E C   g u id e.     W h en   f u r th er   d is cu s s in g   alter n ativ d ielec tr ics  to   m in e r al  o ils ,   B o r s an d   Go ck en b ac h   [ 2 8 ]   co n clu d es  th at  th m is cib ilit y   p r o p er t y   o f   ester s   h as  en ab l ed   m ix in g   with   m in er al  o il,  m ak in g   s u p er i o r   m ix tu r with   h ig h   B DV  wh ich   m in im izes  th ch an ce s   o f   tr an s f o r m er   m alf u n ctio n s .   W h e n   th er m al  s tr ess   is   ap p lied   to   ester s   an d   m in er al  o il  at  d if f er e n t   tem p er at u r es,  t h ex p e r im en tal  an aly s is   s u g g ested   f u tu r e   s co p e   o f   r esear ch   o n   u s in g   in h ib ito r s   [ 2 9 ]   with   ester s   to   ex ten d   o x id atio n   s tab ilit y   an d   lo wer   th d is s ip atio n   f ac to r   wh en   r ep lacin g   m i n er al  o ils   [ 3 0 ] .   Kar th ik   et  a l .   [ 3 1 ]   also   e m p h asis es  th u s o f   m ix ed   d ielec tr ics  s in ce   th e   n atu r al  ester s   h av e   s h o wn   h ig h est  B DV,   f lash   an d   f ir p o in wh en   in   an   ex p e r im en th at  co m p ar es  m in er al,   s y n th etic  an d   n at u r al  ester   o ils .     W h en   co m p a r in g   c h ar ac ter is tics   o f   alter n ativ d ielec tr ics  to   m in e r al  o il,  Fer n an d ez   et  a l [ 3 2 ]   an aly s ed   m ix tu r es  o f   m in er al  an d   ester   o il  at  v ar io u s   p r o p o r tio n s   to   f in d   th o p tim al  m ix in g   r atio .   Op tim ality   is   b ased   o n   h a v in g   h ig h   f ir r esis tan ce   p er f o r m a n ce   at   lo we r   co s t.  T h is   im p lies   th at   ester s   u s ed   i n   th e   b le nd  s h o u ld   b e   v o l u m etr ically   less   th an   m in er al   o il  f o r   c o s m in im izatio n   y et  im p r o v in g   t h B DV,   f lash   an d   f ir e   p o in o f   m in er al  o il.  Veg eta b le  o ils   th at  h av p r o v ed   to   b well  with in   th s tan d a r d   o f   I E C   g u id f o r   tr an s f o r m er s   in clu d r ap eseed ,   s u n f lo wer ,   ca n o la  o il a n d   s o y b ea n   [ 3 2 ] .         3.   P RO P E RT I E S O F   T RANSF O RM E L I Q U I DI E L E C T RIC S   Me th o d s   u n d er   r ev iew  a r th o s u s ed   in   B DV,   f lash   an d   f ir p o in t,  v is co s ity ,   o x id atio n   s tab ilit y ,   DGA,   m o is tu r co n ten an al y s is ,   an d   b io d eg r ad ab ilit y   o f   p o wer   tr an s f o r m er   d ielec tr ic s .   T ab le  1   g iv es  s u m m ar y   o f   s tan d ar d   test s   th at  ar ca r r ied   o u f o r   tr an s f o r m er   d ielec tr ics  f o r   s af ety   an d   q u ality   p u r p o s es.   T h ese  s tan d ar d s   ar f u r th er   ela b o r ated   o n   in   t h p ap e r   as th ey   ar ex p lo r ed   in   d if f er e n t stu d i es.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A lter n a tive  liq u id   d ielec tr ics i n   p o w er tr a n s fo r mer in s u la tio n :   a   r ev iew   ( B o ka n g   A g r ip a   Tlh a b o lo g o )   1765   T ab le  1 .   Stan d a r d   test s   f o r   tr a n s f o r m er   d ielec tr ics   P r o p e r t y   S t a n d a r d s   A c c e p t a b l e   Li m i t   B r e a k d o w n   V o l t a g e   I EC   6 0 1 5 6 ,   2 . 5   mm ,   2   k V / se c   G a u ss i a n p r o b a b i l i t y   s t a t i st i c s   [ 2 ] ,   [ 3 3 ] .   > 3 0   k V   V i sco si t y   A S TM   D 4 4 5   u si n g   a   C A N N O N - F e n s k e   R o u t i n e   V i sc o m e t e r   a t   4 0   ° C   [ 1 2 ] .   U p p e r   l i mi t :   1 2   m m 2 / s e c   o r   c S t   a t   4 0   ° C   F l a s h   a n d   F i r e   P o i n t   P e n s k y - M a r t e n C l o se d   C u p   Te s t e r   w i t h   r e f e r e n c e   t o   A S T M   D 9 3   [ 1 2 ] .   > 1 4 5   ° C   M o i st u r e   c o n t e n t   I EC   6 0 8 1 4   u s i n g   K a r l   F i sc h e r   C o u l o met e r   i n st r u me n t   [ 3 4 ] ,   [ 3 5 ] .   < 3 5   p p m   A c i d   N u m b e r   A S TM   D 9 7 4   [ 1 2 ] ,   [ 3 6 ] .   < 0 . 0 1   m g   K O H / g   P a r t i a l   D i sc h a r g e   I EC 6 0 2 7 0 ,   P h a se - r e s o l v e d   a n a l y si s m e t h o d   [ 3 7 ] .   -       3 . 1 .       B re a k do wn v o lt a g e   B r ea k d o wn   v o ltag is   th m o s s ig n if ican p ar am ete r   in   tr an s f o r m er   d ielec tr ic.   Dielec tr ic  b r ea k d o wn   v o ltag is   d ef in e d   as  th ab ilit y   o f   th e   d ielec tr ic  to   with s tan d   d ielec tr ic  s tr ess es.   I is   m ea s u r o f   h o m u c h   v o ltag it  tak es  t o   p r o d u ce   s p ar k   b etwe en   two   elec tr o d es  th at  ar s ep a r ated   b y   s o m d is tan ce   wh ile   im m er s ed   in   th o il.  T h e   d iele ctr ic  b r ea k d o wn   v o ltag e   test   tr ad itio n ally   u s ed   f o r   s er v ice   ag ed   f lu id s   is   ASTM   D8 7 7 .   T h is   m eth o d   is   less   s e n s itiv co m p ar ed   t o   ASTM   D1 8 1 6   f o r   s m all  am o u n ts   o f   c o n tam in atio n   h e n ce   ASTM   D1 8 1 6   an d   I E C   6 0 1 5 6 ,   ar th m o s f av o u r ab le  m et h o d   [ 3 3 ] .   T h is   is   b ec au s AS T D1 8 1 6   an d   I E C   6 0 1 5 6   d o   n o ex p er ien ce   a n d   ev en   d ep en d   o n   s u b s tan tial  q u asi - u n if o r m   v o ltag s tr ess   at  t h ed g es  o f   p ar allel  p lates  as  ASTM   D8 7 7   d o es  b ec au s th f o r m er   d o es  n o u s f lat  p l ate  elec tr o d es.   I E C   6 0 1 5 6   s tan d ar d   f r o m   T ab le  1   d ictates  th ex p er im e n tal  p r o ce d u r e.   Acc o r d in g   to   t h s tan d ar d   p r o ce d u r e,   th s u b m er g ed   elec tr o d es   ar s ep ar ated   b y   2 . 5   m m   an d   v o ltag is   ap p lied   t o   th em   at  g r ad u al  in cr e ase  o f   2   k V/s ec   u n til  s p ar k   is   v is u a lis ed   ac r o s s   th elec tr o d es.   I is   m o s im p o r tan th at  th e   o il  is   s tirr ed   with   m ag n etic  s tirr er   to   elim in ate  b u b b les  in   it.  T h is   s tan d ar d   o f   test in g   f u r th er   im p o s es  m in im u m   s af ety   lim it  f o r   B DV  to   b 3 0   k f o r   liq u i d   d ielec tr ics.  W h en   d ielec tr ic  s tr en g th   d eg r ad es,  it  ty p ically   in d icate s   th at  th er is   s ig n i f ican p r esen ce   o f   m o is tu r an d   p o lar   p ar ticle  co n tam in atio n   f r o m   e x ter n al  s o u r ce s   an d /o r   in s u latio n   ag in g .     3 . 1 . 1 .   Sta t is t ica l a na ly s is   I n   2 0 1 3   J in g   et  a l [ 3 8 ]   p er f o r m ed   s tatis tical   an aly s is   o n   b r e ak d o wn   v o ltag o f   n atu r al  ester s ,   s y n th etic  ester s   an d   m in er al  o il ,   an d   co n clu d e d   th at  th d ielec tr ic  b eh av io u r   o f   ester s   is   s u p er io r   to   t h at  o f   m in er al  o ils .   Ho wev er ,   it  is   with o u r ea s o n ab le   d o u b th at   s y n th etic  ester s   h av c o m p ar ab le  ch ar ac ter is tics   s u c h   as  B DV  th at  co m p ete   well  with   n atu r al  ester s .   I t   is   th h i g h   p r o d u ctio n   co s o f   s y n th etic  ester s   th at  d eter s   f r o m   u s in g   th e m .   J in g   et  a l   [ 3 8 ]   d e v elo p e d   s o m m o b ilit y   eq u atio n s   an d   u s es  L ap lace   to   s o lv f o r   elec tr ic  f ield   d is tr ib u tio n .   D u e   to   lim itatio n s   o f   th is   L a p lace   eq u atio n - b ased   m eth o d ,   it  is   r ec o m m en d ed   t h at  p o is o n   e q u atio n   b e   in tr o d u ce d   to   f in d   th d ielec tr ic  in s u l ato r s   ac cu r ate   elec tr i f ield   d is tr ib u tio n   v alu es.  Ab d e lma li k   et  a l .   [ 3 9 ]   f o u n d   o u th at  n atu r al  ester   im p r eg n ated   p ap er   h ad   an   av e r ag b r ea k d o wn   v o ltag 4 2 %   h ig h er   t h an   m in e r al  o il  im p r eg n ated   p a p er .   Als o ,   t h n at u r al  ester   im p r e g n ated   p ap er   s h o wed   o n ly   5 %   r ed u ctio n   in   ten s i le  s tr en g th   test   af ter   2 8   d ay s   o f   ag in g   wh e r ea s   th at  in   m in er al   o il  s h o we d   3 5 r e d u ctio n   in   ten s ile  s tr en g th .   T h is   s h o ws th at  n atu r al  ester s   in d ee d   p r eser v th ag in g   o f   k r af p ap er   in   t h tr an s f o r m er .     3 . 1 . 2 .   G a us s ia n pro ba bil it y   a na ly s is   Per r ier   et  a l .   [ 40]   a p p lied   Ga u s s ian s   p r o b ab ilit ies  in   an aly s is   o f   b r ea k d o wn   v o ltag m ea s u r ed   u s in g   I E C   6 0 1 5 6   s p ec if icatio n s   with   g ap   d is tan ce   o f   2 . 5   m m .   T h s tu d y   also   co n s id er s   k in em atic  v is co s ity   in   in v esti g atin g   h ea tr a n s f er ,   f in d in g   th at   h ig h   v is co s ity   r ed u c es  ab ilit y   o f   o il  to   cir c u late  to   tr an s f er   h ea h en ce   p o s in g   a   r is k   o f   h ea t   s p o ts .   T h er ef o r e ,   v is co s ity   o f   m in er al   o il  wh ic h   is   s ig n i f ican tly   l o is   p r ef e r ab le  t h an   th at  o f   ester s .   T h m eth o d o lo g ies  f u r th er   lead   to   c o n clu s i o n   th at  f o r   o p tim al  m ix in g ,   s y n th e tic  ester   s h o u ld   b at  2 0 to   m in e r al  o il  u s ed   with o u d eg r ad in g   v is co s ity   a n d   elec tr o s tatic  ch ar g in g   ten d en cy   o f   m in e r al  o il.   T h is   y ield s   s lo wer   d eter i o r a tiv d ielec tr ic  wh en   ag in g   f o r   th tr an s f o r m er .   Ho wev er ,   [ 4 1 ]   e x p er im e n tally   s h o ws  th at  in cr ea s in g   th p r esen ce   o f   ester   in   t h m ix tu r s ig n if ican tly   en h an ce   t h d ialec tical  s tr en g th .   T h e   p alm   o il  ester   r eq u ir ed   f o r   o p tim al  m ix in g   is   5 0 wh ich   in d icate s   th at  th er is   n o   s tan d a r d   o p tim al  m ix in g   r atio .   T h is   r atio   f o r   o p tim a lity   o n ly   co n s id er s   p er f o r m an c ch ar ac te r is tics   b ein g   e n h an ce d   d ielec tr ic   b r ea k d o wn   an d   f lash   an d   f ir e   p o in t.  T h er e f o r e,   t o   o b tain   d ielec tr ic  with   g o o d   p e r f o r m a n ce   ch ar ac ter is tics ,   th r atio   s h o u l d   b d ep en d en o n   th p r o p e r ties   o f   th in d iv i d u al  d ielec tr ics ad d ed   to   th m ix tu r e.     3. 2.       F la s h a nd   f ire  po int   Flas h   p o in is   th m in im u m   te m p er atu r at   wh ich   wh e n   h ea t ed ,   th o il  f o r m s   c o m b u s tib le  v ap o u r .   Fire   p o in t h en   b ec o m es  th e   m in im u m   tem p er at u r at   w h ich   th e   v ap o u r   f o r m ed   wh e n   th o il  is   h ea ted   co n tin u es  to   b u r n   f o r   m in im u m   o f   5   s ec o n d s   wh en   ig n ited   b y   an   o p e n   f lam e.   T h ese  p r o p er ties   ar test ed   to   s atis f y   ASTM   D9 3   u s in g   Pen s k y - Ma r ten s   clo s ed   cu p   test er   as  in d icate d   in   T ab le   1 .   E d ib le   ester s   ar f ir e   s af e   an d   r ec o m m en d e d   as  co o lan ts   an d   in s u lato r s   h en ce   s u it ab le  to   u s o v e r   m in er al  o ils   [ 4 2 ] ,   [ 4 3 ] .   T h is   m in im izes  th r is k   o f   f ir an d   ex p lo s io n   wh en   th tr an s f o r m er   h ea ts   u p   d u to   o v er l o ad   an d   f au lts .   R ao f   et  a l Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 1 7 6 1   -   1 7 7 7   1766   in   [ 4 4 ]   em p h asizes   o n   h av in g   m i x tu r e   o f   m in er al   o il  a n d   ester   o il  with   m i n er al  o il  b ein g   less   th an   2 0 t o   p r o d u ce   a   d ielec tr ic  with   b etter   elec tr ical  an d   p h y s ical  p r o p er ties   th an   ty p ical  m in e r al  o il - b ased   in s u lato r s .   T h is   is   in   co n s id er atio n   o f   co n tr ib u tio n s   o f   ea ch   p ar ti cip a n o il  in   im p r o v in g   d ielec tr ic  p er f o r m an ce   o f   th e   b len d .   Ho wev er ,   th 8 0 /2 0   r a tio   o f   ester /m in er al  o il  was  s elec ted   with o u co n s id er in g   t h p r o d u ctio n   co s ts   in v o lv ed   with   ester   o il  wh ich   is   r em ar k ab ly   h ig h   [ 2 ]   an d   o t h er   s ch o lar s   wh o   p r ev io u s ly   c o n s id er ed   b o t h   co s t   an d   p er f o r m an ce   o p te d   to   r ath er   h a v m o r e   m in er al   th an   ester   in   th e   v ar io u s   b len d s .   W h en   b len d in g   tr im eth y lo lp r o p an e   ester   with   m in er al  o il,   clea r   tr e n d   o f   in cr ea s in   f lash   p o i n an d   f i r p o in with   in cr ea s e   in   ester   p er ce n tag in   th b le n d ed   d ielec tr ic  is   o b s er v ed   [ 4 4 ] .   T h is   ef f ec is   d u to   th h ig h   m o lecu lar   weig h t   o f   ester   o il a s   co m p a r ed   to   m in er al  o il.     3 . 3 .       Vis co s it y   Vis co s ity   as  m ea s u r o f   r esis tan ce   to   f lo in   liq u id   h as  its   im p licatio n s   in   th co o lin g   r ate  o f   a   tr an s f o r m er .   T h e   o il  s h o u ld   b ab le  to   cir cu late   f r o m   r e g io n   o f   h ig h   tem p er atu r e   to   th at  o f   lo w   tem p er atu r e.   Hig h ly   v is co u s   o il  will  n o e f f icien tly   f lo w   to   tr a n s f er   th e   h ea f r o m   its   ar ea   o f   h i g h   c o n c en tr atio n .   B er tr an d   an d   L au ze v is   [ 1 4 ]   i n   an   ex p e r im en o b s er v es  th at  v is co s ity   o f   o ils   d ec r ea s es  with   r is in   tem p er atu r a n d   in cr ea s es  with   d ec r ea s in   te m p er atu r e.   Dec r ea s in g   v is co s ity   wh en   tem p er atu r r i s es  h elp s   in   ea s in g   u p   o il   cir cu latio n   h e n ce   p r o m o tin g   co n v ec tio n al   h ea tr a n s f er   f r o m   th tr a n s f o r m e r   co il,   co o lin g ,   an d   r ed u cin g   h o ts p o f o r m atio n .   T h f ir s f ac to r   a f f ec tin g   v is co s ity   o f   d ielec tr ics  is   m o lecu lar   weig h t.  T h e   h ig h er   th m o lecu lar   weig h o f   f lu id   t h m o r its   r esis tan ce   to   f lo wh ich   is   v is co s ity .   W h en   b len d in g   ester   an d   m in er al  o il,  th m ec h an ical  s tirr in g   ca u s es  v ib r atio n   en e r g y   wh ich   th en   r a p tu r es  th ester   ch ain   b y   ca r b o n   h o m o ly tic  clea v ag h en ce   p r o d u cin g   s m aller   m o lecu les  th a n   th at  o f   th p ar en t e s ter   [ 4 5 ] .   T h is   ex p lain s   wh y   a   b len d   o f   m i n er al  an d   ester   o il  r ed u ce s   th ester s   v is co s ity   an d   ch an ce s   o f   p r o d u ci n g   h o s p o ts   in   th e   in s u latio n   wh ich   y ield s   s u p e r io r   m ix e d   tr an s f o r m er   d ielec t r ic.   Kwe o n   et  a l .   [ 4 6 ]   u s ed   th o p tical  f ib r s en s o r   to   m ea s u r e   h o s p o ts   in   th t r an s f o r m e r   f illed   with   n atu r al  ester   an d   c o m p ar e d   to   m in er al  o il  f illed   tr a n s f o r m er .   T h life   cu r v o f   th two   is   s im ilar ,   h o wev er ,   it   is   n o tab le  th at  n atu r al  o il  f illed   tr an s f o r m e r   alwa y s   h ad   h ig h er   h o s p o tem p er at u r es,  o win g   it  to   h ig h er   v is co s ity   o f   n atu r al  ester s .   C h em ical  m o d if icatio n   m eth o d s   ca n   b ap p lied   to   r ed u ce   v is co s ity   o f   n atu r al  ester s .   Gh an i   et  a l [ 1 2 ]   u s es  ester if icatio n   with   alco h o v ia  h y d r o ly s is   to   ac h iev th s am e.   R ea ctin g   2 - eth y l - 1 - h ex a n o wi th   h ig h   o leic  r a p eseed   also   r ed u ce d   k in em atic  v is co s ity   s ig n if ican tly   [ 1 4 ] .   R ao f   et  a l [ 4 7 ]   also   u s es  n eo p en t y g l y co ( NPG)   in   tr an s ester if icatio n   p r o ce s s   o f   h ig h   o leic  p alm   m eth y l   ester   an d   NPG  alco h o l   an d   r ed u ce d   k in em atic  v is co s ity   to   ap p r o x im atel y   2 0   m m 2 /s .   T h ese  s h o th at  f o r   ea ch   ester   it is   p ar am o u n t to   id en tify   s u itab le  alco h o to   u s as  v is co s ity   s u p p r ess an t .   W ilh elm   et  a l [ 4 8 ]   in d icate s   th at  o th er   m ajo r   f ac to r s   o f   n atu r al  ester   d ielec tr ics  ag in g   ar e   v is co s ity ,   ac id it y ,   an d   d is s ip atio n   f ac to r .   I t   is   n o ted   t h at  ac id ity   v ar ies  d u e   to   h y d r o ly s is   wh er ea s   th v is co s ity   v a r ies  with   r esp ec to   o x id atio n   in   th e   n at u r al  ester .   Per r ie r   et   al [ 4 9 ]   an d   [ 5 0 ]   u s ed   k in e m atic  v is co s ity   to   s tu d y   th h ea tr an s f er   o f   m ix ed   d iel ec tr ic s .   Als o ,   wh ile  in v esti g atin g   v is co s ity ,   DGA ,   an d   a g ein g   p er f o r m a n ce   o f   v e g etal  o il  c o m p ar e d   to   m in e r al  o il,   [ 5 1 ]   f o u n d   th at  n atu r al  ester s   h av 4 2 . 8 6 % m o r life tim th an   m in er al  o il w h en   u s ed   in   d is tr ib u tio n   t r an s f o r m er s .     W h en   ev alu atin g   k i n em atic  v is co s ity   o f   ester   o ils   at  4 0   °C ,   [ 5 2 ]   f o u n d   th at   v is co s ity   r em ain ed   co n s tan t,  wh ich   m ea n s   th at   v i s co s ity   is   n o af f ec ted   b y   m o i s tu r co n ten t.   R ath er   it  is   in cr ea s ed   s ig n if ican tly   b y   o x y g en   w h ich   co r r o b o r ate s   th f in d in g s   o f   W ilh elm   et  a l .   [ 5 3 ] .   W ith   f u r th e r   in v esti g atio n   o n   v is co s ity   o f   n atu r al  ester s ,   h ig h   v is co s ity   h as  b ec o m th m ain   r ea s o n   t h at  n atu r al  ester   o ils   ar n o u s ed   alo n in   p o wer   tr an s f o r m er s   c o n s id er in g   o v e r lo ad in g   c o n d itio n s   [ 5 4 ] .   T h is   ev o k e d   f u r th e r   s tu d y   b y   th s am au th o r s   o n   v ar y in g   s tr u ctu r al   p lace m en t   o f   co o lin g   f an s   to   tr an s f o r m er s .   W h en   p r e d ictin g   t h h o t s p o ts   an d   win d in g   tem p er atu r e   in   th tr an s f o r m e r   u s in g   T h er m al - Hy d r a u lic  n et wo r k   m o d el ,   th r ee   h o r izo n tal   f an s   o r   f iv e   v er tical   f an s   p r o v id e   1 0 0 co o li n g / h ea ev ac u atio n   f o r   n atu r al  ester   o il  f illed   tr an s f o r m er   h en ce   a   s tr u ctu r al   m o d if icatio n   to   p o wer   tr an s f o r m er s   is   r ec o m m en d e d   [ 5 5 ] .     3 . 4 .       O x ida t io n   T h p r esen ce   o f   o x y g en   an d   wate r   in   tr an s f o r m er   o ils   ca u s es  th p r o ce s s   o f   o x i d ativ d e g r ad atio n   o f   o il.  T h is   is   f u r th er   in f l u en ce d   b y   p r esen ce   o f   co p p er   win d in g   as  co p p er   ac ts   as  a   ca taly s t o   th e   p r o ce s s .   Du to   o x id atio n ,   th ac id   f o r m e d   is   co r r o s iv to   th in s u lati n g   p ap e r   f u r th er   s h o r te n in g   th life tim o f   th e   tr an s f o r m er .   Sin ce   th p r o ce s s   in v o lv es  f r ee   r ad ical  r ea ct io n ,   o x i d atio n   in h ib ito r s   s u c h   as  2 , 6 - d iter tiar y - b u ty lp h e n o an d   2 , 6 - di - ter tiar y - b u t y l - p ar ac r eso ar u s ed   to   in ter r u p th p r o ce s s .   T o   ass es s   o x id atio n   s tab ilit y ,   wh ich   is   o x id atio n   r esis tan ce   o f   th o il,   ASTM   D2 4 4 0   as  i n   T ab le   1   is   u s ed   b y   d eter m in in g   th e   am o u n o f   s lu d g e   o r   I r o n - II - S u lp h id e/f er r o u s   s u lp h u r   f o r m e d   in   th o il sam p les as th ey   ag e.   Min er al  o il  is   o n o f   t h co n t r ib u tin g   f ac to r s   t o   co r r o s iv e   s u lp h u r   th at  ca u s es  d eter io r ati o n   to   b o th   th co n d u ctiv co r an d   o th e r   m etal  p ar ts   o f   th tr an s f o r m er   [ 56] .   Fu r th er m o r e,   th d ielec tr ic  s tr en g th   o f   th e   in s u latio n   d ielec tr ic   also   d ec r ea s es  d u t o   th e   co r r o s iv e   s u lp h u r   p r esen ce   [ 5 6 ] .   Natu r al  ester   ch em ical   s tr u ctu r h as  n o   s u lp h u r   co m p o u n d s   co m p ar ed   t o   p etr o leu m   b ased   m i n er al  o il  wh ic h   m ak es  ester   f ille d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A lter n a tive  liq u id   d ielec tr ics i n   p o w er tr a n s fo r mer in s u la tio n :   a   r ev iew   ( B o ka n g   A g r ip a   Tlh a b o lo g o )   1767   tr an s f o r m er s   m o r c o r r o s iv r esis tan t.  I is   a ls o   co n clu d ed   in   [ 5 7 ]   th at  ASTM   1 2 7 5   m eth o d s   DI 5 1 3 5 3   n ee d ed   im p r o v em e n ts   as  th ey   wer less   s en s it iv to   in d icate   s u lp h u r   p r esen ce   in   th o ils   u s ed ,   th u s   p o s in g   p r o b a b ilit y   o f   f alse n e g ativ es o f   s u lp h u r   p r esen ce .     Mc Sh an [ 5 8 ]   u s ed   f o o d - g r a d ad d itiv es  to   d ev elo p   an   e d ib le - o il - b ased   d ielec tr ic  to   m itig ate  th e   lim itatio n   o f   lo wer   o x id atio n   r esis tan ce   f o u n d   in   ester s   th an   in   m in er al  o ils .   Ho wev e r ,   s u s ce p tib ilit y   to   o x id atio n   a n d   h ig h   p o u r   p o in h av b ee n   a   g r ea d is ad v a n tag o f   n at u r al  ester s   in   ap p li ca tio n   [ 4 9 ] .   I n   t h is   s tu d y ,   to   o v er co m o x i d atio n   s tab ilit y   lim itatio n s ,   p r o p er   m eth o d s   an d   o x id atio n   in h ib ito r s   ar u s ed .     3 . 5 .       Dis s o lv ed  g a s   a na ly s is     Du to   th er m al  s tr ess es,  tr an s f o r m er   i n s u latio n   m ater ia ls   b r ea k d o wn   a n d   d eter io r ate  g r ad u ally   an d   r elea s g ases .   T h ese  g ases   ca n   b an aly s ed   t o   d eter m i n th r ate  o f   d eter i o r atio n   o f   s am p led   o il  an d   p r ed ict   p en d in g   o r   o cc u r r i n g   f au lts .   Ma r tin   et  a l .   [ 5 9 ]   an d   Per r ier   et  a l .   [ 6 0 ]   ex p lain   th at  t h tem p er atu r r an g f o r   g en er atin g   s tr ay   g ass es  in   este r   o il  is   4 0 °C   to   5 0 °C .   T h m o s n o tab le  g ass es  in   e n v ir o tem p   FR 3   ester   o il  ar h y d r o g en ,   eth an an d   s o m c ar b o n   d io x id e .   T h s tu d ies  f u r th er   r ec o m m en d   m o d if icatio n s   to   m eth o d s   u s e d   f o r   D GA  an aly s is .   W h en   s am p lin g   th o il  f o r   DGA,   it  is   v ital  to   tak ex tr p r ec au tio n   th at  an y   air   b u b b le   s h o u ld   b ex tr ac te d   to   p r e v en air   f r o m   c o n tactin g   th o il  a s   it  wo u ld   n eg ativ ely   im p ac t h p r ec is io n   o f   th e   m ea s u r em en t.   W h en   elec tr ical  an d   th e r m al  f au l ts   ar in d u ce d   to   ester s ,   th g ass es  g en er ated   a r n o n ec ess ar ily   d if f er en f r o m   th o s g e n er ate d   b y   m in er al  o il  [ 6 1 ] .   Ho we v er ,   it  is   th r ate  at  wh ich   g ass es  ar g en er ated   in   ester s   th at  is   s lo wer   th an   th at   o f   m i n er al  o il.  T h is   is   b ec au s ester s   ar m o r e   s tab le  f o r   m ed iu m   tem p er atu r e   r an g e   th er m al   f au lts   [ 6 1 ] .   Kh a n   et  a l .   [ 6 2 ]   f u r th er   elab o r ates  o n   th e   u s o f   HYDRAN®  2 0 1 R   m eth o d ,   th at   it  h as  th s am r esp o n s tim f o r   b o th   ester   an d   m in er al  o il.  T h co m p ar is o n   o f   r esu lts   f o r   DGA  o f   o il  s am p les   f r o m   m em b r an p o r an d   H YDRAN ®  2 0 1 R   r ea d in g s   m atch .   An o th er   way   to   d etec f au lt  g ases   is   u s in g   B u ch h o lz  alar m   wh ich   will  s t ill  b ef f ec tiv e   wh en   u s i n g   es ter   o il.  T h is   h as  b ee n   p r o v en   b y   th e   im p r ess iv r esp o n s tim an d   g as  q u an t ity   p r o d u ce d   b y   HYDRAN ®  2 0 1 R   an d   e n v ir o tem p   FR 3 ,   wh ich   m ain tain s   s en s itiv ity   in   th tr an s f o r m er .     DGA  an d   m o is tu r co n ten a n aly s is   f o r   n atu r al  ester s ,   s y n th etic  ester s   an d   m i n er al  o il,   s h o ws  th at  n atu r al  ester s   h av b etter   s p ec if ic  g r av ity ,   a n d   s p ec if ic  h ea co m p ar ed   to   m in e r al  o il  h e n c wh y   n atu r al  ester   p r o v id b etter   co o lin g   ca p ac it y   [ 6 3 ] .   I is   f u r th er   o b s er v ed   t h at  d u r in g   th er m al  ag ein g ,   s y n th etic  ester s   m ain ly   y ield   eth y len e,   an d   it  h as  less   k r af p a p er   d e g r ad atio n   th an   m in er al  o il  b u m o r e   th an   este r   o il.  Ho wev er ,   it  is   also   n o ted   an d   em p h asis ed   t h at  n atu r al  ester s   h a v r elati v ely   h i g h er   v is co s ity .   M u r d i y a   et  a l .   [ 6 4 ]   u s ed   s tr ea m er   co m p ar is o n   o f   m in e r al  o il  an d   v eg eta b le  o il.  Du r in g   th e x p er im e n t,  th DGA   is   u s ed   to   ex p lain   g ass es  g en er ated   d u r in g   s tr e am er   g e n er atio n .   R ao   et   a l .   [ 5 ]   also   u s ed   s tr ea m er   b r e ak d o wn   th eo r y   a n d   co n clu d es th at  th p r esen ce   o f   ce llu lo s p r o m o tes s tr ea m er   in itiatio n   m o r in   m in er al  o il - b ased   d ielec tr ic   th an   n atu r al  ester - b ased   d ielec tr ic.   T h is   g r ea tly   r ed u ce   B DV  o f   m in er al  o il.  DGA  h as  b ee n   co n d u cte d   o n   th e   ev o lu tio n   o f   f a u lt  g ass es  wh en   th o il  is   e x p o s ed   to   th er m al   s tr ess .   I is   co n clu d ed   th at   f au lt   g ases   p r o d u ce d   i n   n atu r al  ester - b ased   in s u lato r   a r o f   s ig n if ican tl y   s m all  q u an t ity   co m p ar e d   to   m in e r al  o il  w h ich   in d icate s   th at  ester   o ils   ar m o r s tab le  h en c th eir   h ig h   f ir r esis tan ce   [ 6 5 ] .     3 . 5 . 1 .   G a s   chro ma t o g ra ph y   W h en   in v esti g atin g   ef f ec ts   o f   h ea tin g   o n   t r an s f o r m e r   o ils ,   [ 6 6 ]   u s es  g as  ch r o m ato g r a p h   HP  6 8 9 0   aid ed   with   au to m atic  liq u i d   s am p ler   HP  7 6 4 9 .   T h f in d in g s   o f   th ex p e r im en s h o th at   Hy d r o g en ,   C ar b o n   Dio x id e,   Pro p an e,   Nitr o g en ,   an d   B u ten a r th e   o n ly   co m b u s tib le  g ases   p r esen in   tr ea t ed   R ef in ed   R icin u s   Oil  ( ester )   with   to tal  o f   a m o u n o f   2 . 9   p p m .   Hav in g   f ew  co m b u s tib le  g ass es  an d   at  lo q u an titi es  f o r   th at   m atter   g iv es  th d ielec tr ic  its   h ig h   f lash   a n d   f ir p o in t.  DG is   u s ed   to   id en tif y   g as  q u a n titi es  to   ass es s   th r is k   o f   o il  b u r n in g .   T o   in ter p r et  DGA,   a   m o r e   p r ec is m e th o d   ca lled   to tal   co m b u s tib le  g as  is   u s ed .   T C r esu lts   s h o th at  m eth y ester   o ils   ar v er y   m u c h   co m p lian t o   I E E E   g u i d th at  s et  th lim it  f o r   co n d itio n   1   to   7 2 0   p p m   [ 6 7 ] .     3 . 5 . 2 .   Duv a l’ s   t ria ng le  m et ho ds   Per r ier   et  a l [ 6 0 ]   f u r th e r   em p lo y s   Du v al’ s   tr ian g le  1   m eth o d   f o r   lo w   en er g y   d is ch ar g es  i n   ester   an d   m in er al  o ils .   Hy d r o g en   a n d   A ce ty len g ass es  ar d is co v er ed   in   th s am r atio s   f o r   s tan d ar d   g r ad e   Nap h th e n ic   m in er al  o il   an d   T r iest er   o il.  F o r   lo w   th er m al   f au lts ,   n atu r al   ester   o ils   g en er ate   m ain ly   Hy d r o g e n   a n d   E th an e   wh ich   ar e   m o r d etec tib le  b y   Du v al’ s   tr ian g le  4 .   Fo r   m in er al   o ils ,   Du v al’ s   tr ian g le  6   is   th e   m o s t   r ec o m m en d ed   b ec au s it  h as  b ee n   s p ec if ically   in tr o d u ce d   t o   in ter p r et   ester   o il  DGAs.  Sin ce   ester s   h av m o r s tr ay   g ass in g   th an   m in er al  o il   [ 6 8 ]   th is   tech n i q u th at  is   m o r s en s itiv to   s tr ay   g ases   b y   Du v al  t r ian g le  6   was   d ev elo p e d .     Go m ez   et  a l .   2014  [ 5 2 ]   also   in v esti g ated   DGA  in   ester s .   O v er h ea tin g   f a u lt  was  s im u lated   at  1 5 0   ° C   wh ile  f lat - p late  elec tr o d m et h o d   was  u s ed   in   g en e r atin g   d is ch ar g es.  Af ter   d is ch ar g e,   th o il  s am p les  wer e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 1 7 6 1   -   1 7 7 7   1768   co llected   f o r   DGA,   an d   Du v a tr ian g le  m eth o d   u s ed   to   in te r p r et  th f au lt  g ass es  in   th s am p le.   T h r esu lts   co n cu r   with   th o s o f   [ 6 0 ]   as   m o r e   m eth an e   is   p r o d u ce d   in   m in er al  o il  th an   FR 3   ester   wh ich   is   m o s tly   ass o ciate d   to   f au lts   o r   d ef ec ts   o cc u r r i n g   at  l o tem p er atu r e.   As  r esu lt,  r ec o m m en d in g   th u s o f   n atu r al  ester - b ased   d ielec tr ics  an d   e m p lo y in g   Du v al  tr ian g le  m et h o d   b ec au s it   is   m o r e   s en s itiv to   t h s tr ay in g   g ass es  th at  ar g en er ated   i n   e s ter s   d u r in g   f a u lts   an d   d ef ec ts .   Du v al’ s   tr ian g le   as  g r a p h i ca m eth o d   is   ea s y ,   m o r s en s itiv m u ch   p r ec is to   d etec t f au lt g ass es   [ 6 9 ] .     3 . 5 . 3 .   P a rt i a l dis cha rg e   Mu h am ad   et  a l .   [ 7 0 ]   ca r r ied   o u c o m p ar ati v in v esti g atio n   o n   DGA  an d   p a r tial  d is ch ar g ( PD)   f o r   s h ell  d iala  MX   m in er al  o il  an d   en v i r o tem p   FR 3   ester - b ased   tr an s f o r m er   d ielec tr ics  in   tr an s f o r m er   f a u lt  d iag n o s is .   T h in v esti g atio n   c o n s id er s   th r ee   co m m o n   tr an s f o r m er   f au lts   b ein g   lo en e r g y   PD,  o v er h ea tin g   an d   h i g h   e n er g y   ar ch i n g   f o r   b o th   d ielec tr ics  with   an d   with o u s o lid   in s u lato r   an d   at   d if f er en m o is tu r lev els.   PD  is   ca r r ied   o u u s in g   I E C   6 0 2 7 0   s tan d a r d s   b y   th p h ase - r eso lv ed   an aly s is   m eth o d .   W h en   u s in g   th ch r o m ato g r ap h y   to   an aly s f a u lt  g ases   g en er ated ,   PD  p h ase  r eso lv ed   p atter n s   tu r n ed   u p   to   b s im ilar   f o r   b o th   m in er al  an d   ester   d ie lectr ics.  As  r e s u lt,  it  i s   co n clu d ed   th at  th s am s tan d ar d s   u s ed   f o r   m in er al  o il  to   in ter p r et  PDs   ca n   b u s ed   f o r   ester s   to   d is tin g u is h   f au lt  t y p es.  E v en   th o u g h   th p atter n   p r in ts   ar s im ilar ,   ester - b ased   o il  p r o d u ce d   less   g ases   in   v o lu m etr ic  q u an tity   f o r   PD  f au lt.  I is   also   wo r th   n o tin g   th at  th e   p r esen ce   o f   s o lid   in s u lato r   en h an ce s   g en er atio n   o f   d is s o lv ed   h y d r o ca r b o n   g ases   in   o il.    W h en   in v esti g atin g   DGA  in   FR 3   an d   ca m ellia  b ased   n atu r al  ester   d ielec tr ics,   [ 7 1 ]   an d   [ 7 2 ]   d em o n s tr ates  th at  DGA  m eth o d s   b ased   o n   r elativ f au lt  g as  r atio s   ar m o r ac cu r ate  o v er   th o s b ased   o n   am o u n o f   g e n er ated   g as.  T h i s   is   b ec au s wh en   u s in g   r elativ f au lt  r atio ,   th test   s p ec im en   is   s am p led   f r o m   b u lk   o il  b u n o f r o m   th p o in wh er b r ea k d o wn   o cc u r s .   T h 3 0   m o f   o il  s am p le  is   h ea ted ,   an d   5   L   o f   o il  is   ad d ed   in   DGA  to g eth er   with   th 3 0   m s p ec im en .   T h is   g iv es  r o o m   f o r   a m b ig u ity   an d   less   ac cu r ac y .   Sin ce   n atu r al  ester s   an d   m in e r al  o i h av e   d if f er e n m o lecu lar   s t r u ctu r es,  th e n   wh e n   u s in g   tr ad itio n al  th r ee - r atio   m eth o d   o n   ester   o ils ,   th less   p r ec is m eth o d   m ay   n o g i v e   f u ll  r ep r esen tatio n   o f   all  th g ass es  g en er ated   d u r in g   b r ea k d o wn   o r   f au lt  o cc u r r en ce .   T h er ef o r e,   tr ad itio n al  th r ee - r atio   m eth o d   u s ed   i n   m in er al  o ils   ar s u b ject  to   am en d m e n t f o r   ap p l icatio n   o n   ester - b ased   d ielec tr i cs.    W an g   et  a l .   [ 7 3 ]   s tu d ied   th g ass es  g en er ated   in   n atu r al  o il  an d   f o u n d   t h at  th m ain   g ases   g en er ated   in   ester s   ar Hy d r o g en   an d   A ce ty len e .   T h is   co n cu r s   with   t h f in d i n g   th at   co n v en tio n al   in ter p r etatio n   o f   PD   d iag n o s is   is   ap p licab le  to   n at u r al  ester s .   Als o ,   [ 7 4 ]   u s ed   s tatis tical  an aly s i s   o n   PD  p atter n s   o f   ester - b ased   d ielec tr ics  co n s id er in g   s k ewn ess ,   m ea n   v alu o f   s h ap p ar a m eter   ( B eta)   o f   t h W eib u ll  f u n ctio n   an d   th r atio   b etwe en   n u m b er   o f   p o s itiv a n d   n e g ativ PD.  T h e   r esu lts   s h o wed   a   lo wer   PD  ac tiv ity   i n   n atu r al  ester - b ased   d ielec tr ics  in   co m p ar is o n   t o   m in er al  o il.  E s ter s   ar r ec o m m en d ed   f o r   u s in   tr an s f o r m e r   o ils   wh ile  f u r th e r   s tu d y   o n   t h eir   v is co s ity   is   also   em p h asized .     3 . 5 . 4 .   Nee dle pla ne  m et ho d   Su b ject  to   n ee d le - p lan elec tr o d v o ltag o f   2 8   k V,   DGA  o f   C an o la - b ased   d ielec tr ic  with   in f lu en ce   o f   cr ee p ag e   d is ch ar g e   s h o ws  a   h ig h   g e n er atio n   o f   h y d r o g en   an d   o th er   g ases   co m p a r ed   t o   m in e r al  o il.   T h o u g h   th I E C   6 0 5 9 9   s tan d ar d s   an d   Du v al’ s   tr ian g le  h av b ee n   ab le  to   id en tify   cr ee p ag d is ch ar g p atter n   f o r   C an o la - b ased   d ielec tr ic,   th e   s tan d ar d s   o u g h to   b e   m o d if ied   t o   clea r ly   an aly s e   th d is s o lv ed   g ases   co n s id er i n g   cr ee p ag d is ch ar g [ 7 5 ] .   I n   N o v em b er   2 0 1 4 ,   I E E E   [ 7 6 ]   p r o v id ed   s tan d a r d s   to   b u s ed   f o r   in ter p r etatio n   an d   an aly s is   o f   f au lt g ases   in   ester - b ased   d ielec tr ics f o r   tr a n s f o r m er s .   Am alan ath an   et  a l .   [ 7 7 ]   p er f o r m ed   tu r b id ity ,   alter n atin g   cu r r en ( AC )   an d   d ir ec cu r r en ( DC )   im p u ls e   an d   UV  a b s o r p tio n   s p ec tr u m   test s   o n   e d ib le  n atu r a ester   o il  a n d   th er m ally   ag e d   ester   o il.  T h e   s tu d y   co n clu d es  th at  in d ee d   co n d i tio n s   o f   th tr an s f o r m er   in s u latio n   ca n   b m o n ito r e d   in   r ea tim u s in g   f lu o r escen ce   a n aly s is .   T h is   m eth o d   in v o lv es  u s in g   a   b ea m   o f   lig h t   f o c u s ed   o n   a   f ilter   o n t o   d etec to r   s o   as  to   id en tify   an d   m ea s u r th elec tr o n s   in   th m o lecu le  s am p le   th at  will  b ex cited   b y   th b ea m   an d   ca u s ed   to   lig h t.  T h is   h elp s   id en tif y   th P b eh av io u r   o f   th d ielec tr ic  wh en   s u b jecte d   to   t h er m al  ag e in g .     3 . 6 .       M o is t ure  co nte nt   Pre s en ce   o f   m o is tu r co n ten in   th d ielec tr ic  co m p r o m is es  its   d ielec tr ic  s tr en g th .   Sin ce   tr an s f o r m er   tem p er atu r e   f lu ctu ates,  wh e n   it  co o ls   d o wn ,   m o is tu r e   d i s s o lv ed   th er ein   b ec o m es   f r e m o lecu les  wh ich   d eg r ad es  th f lu id   a n d   ce llu lo s e - b ased   p ap er   a n d   lo wer s   in s u latio n   p o ten tial.  T h u s o f   est er - b ased   d iele ctr ic  p r o lo n g s   th life s p an   o f   k r af p ap er   s ig n if ican tly   c o m p ar e d   to   u s in g   th co n v ec tio n al  m in e r al  o il   [ 7 8 ] .   T h is   is   also   d u to   th ab ilit y   o f   n atu r al  ester   to   p r o tect  t h cr af p a p er   f r o m   ac c u m u latin g   m o is tu r e.   B o th   s tu d ies  b y   R ap p   et  a l [ 7 9 ]   an d   Pre v o s [ 8 0 ]   co n c u r r ed   th at   it  is   d u to   th h ig h - wate r   af f in ity   o f   ester s   th at  m o is tu r is   ab s o r b ed   b y   th ester   h en ce   r e d u cin g   t h p ap e r   ag ein g   an d   d eg r ad atio n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       A lter n a tive  liq u id   d ielec tr ics i n   p o w er tr a n s fo r mer in s u la tio n :   a   r ev iew   ( B o ka n g   A g r ip a   Tlh a b o lo g o )   1769   3 . 6 . 1 .   E f f ec t   o f   mo is t ure  co nte nt  o n a g eing   a nd   k r a f t   pa pe r   Per k asa  et  a l [ 8 1 ]   u s ed   v is u a l   an d   Kar l - Fis ch er   titra tio n   to   in v esti g ate  th b u b b les  an d   wa ter   co n ten t   in   m in er al  o il  an d   v eg etab le   o il.  Sin ce   v eg eta b le  o il  is   f o u n d   to   b m o r d en s th an   m i n er al  o il  u s ed   in   th s tu d y ,   th d if f e r en ce   in   h eig h b etwe en   th to p   win d in g s   an d   to p   o il  lev el  wh ich   d et er m in es  h y d r o s tatic   p r ess u r th at  th o il  ex er ts   o n   th win d in g   s u r f ac es  d eter m i n es  b u b b le  f o r m atio n .   T h is   is   ca u s f o r   h ig h er   h o ts p o ts   f o r m atio n   clo s er   to   t h win d in g   h en ce   m o r e   lik elih o o d   o f   b u b b le   f o r m atio n   in   v eg etab le  o il - b ased   d ielec tr ic  th an   in   m in er al  o il.  Fo r   wet  in s u latio n   p ap er   s y s tem ,   d u to   p r esen ce   o f   m o is tu r e,   th er is   less er   lik elih o o d   o f   b u b b le   f o r m atio n   in   v eg eta b le  o il - b ased   d ielec tr ic  th an   in   m in er al   o il  d u e   to   th e   h ig h er   b u b b le   in ce p tio n   tem p er at u r es.  T h s tu d y   f u r th e r   em p h asis es  th at  o n   d if f er e n n o te,   v is co s ity   o f   ester - b ased   d ielec tr ic  is   h ig h er   th an   th at  o f   m in er al  o il  ev en   th o u g h   it  d ec r ea s es  with   tim an d   te m p er atu r r is e.   T h e   p r es en ce   o f   m o is tu r co n ten t a ls o   co n tr ib u tes to   th in cr ea s in   ac id   n u m b er   in   t h d ielec tr ic  wh en   ag in g   [ 8 2 ] Ho wev er ,   th n atu r al  ester   o ils   h av h ig h er   d e g r ee   o f   p o l y m er izatio n   th an   m in er al  o il  th er ef o r e,   t h ac id   f o r m ed   in   ester - b ased   d ielec tr ics is   les s   co r r o s iv to   th ce llu lo s in s u latio n   [ 8 3 ] .   I n   2 0 1 5 ,   Su war n o   an d   Ma r b u n   [ 8 4 ]   ev al u ated   th e f f ec o f   th er m al  ag in g   o n   m ix ed   d iele ctr ics.  T h s tu d y   ap p lied   t h I E C   6 0 1 5 6   s tan d ar d   s tated   in   T a b le  1   at   2   k V/s ec   r is r ate  f o r   B DV  u s in g   liq u i d   d ielec tr ic  test   s et  L D6 0   an d   Me g g er   K F8 7 5   Kar Fis ch er   test   s et  f o r   m o is tu r c o n ten a n aly s is .   I n   th m eth o d o l o g y ,   ac ce ler ated   ag in g   is   p er f o r m e d   f o r   2 0 ,   4 0 ,   an d   6 0   d ay s   f o r   tem p er atu r es  1 2 0   °C   an d   1 5 0   ° C   in   an   o v en .   W h en   ag in g ,   g ass es  g en er ated   ac c o r d in g   to   DGAs  in c lu d Hy d r o g en   an d   th ese  g ases   with   f r e r ad icals  f o r m in g   wate r   m o lecu les.  T h is   in cr ea s es  th m o is tu r e   co n ten t   in   t h e   s am p les  in   th e   f ir s 2 0   d ay s   wh ich   m o m en tar ily   d ec r ea s es  B DV.   Ho wev er ,   a f ter   2 0   d a y s   d ec r ea s in   wate r   co n te n is   n o ted   wh ic h   is   ca u s ed   b y   s ig n if ican t   h y d r o ly s is   d u to   ex ten d ed   h e atin g   p er io d .   T h er ef o r e,   th p r esen ce   o f   ester   o il  in   th m ix tu r im p r o v es  wate r   ab s o r p tio n   an d   in cr ea s ag in g   tim an d   B DV  o f   th p o wer   tr an s f o r m er   d ielec tr ic.   I is   f u r th er   co n clu d ed   in   a   2 0 2 0   s tu d y   [ 8 5 ]   t h at  n atu r al  e s ter   o il  im p r e g n ated   p r ess b o a r d   p o s s ess es  2 0 m o r b r ea k d o wn   s tr en g th   t h an   th at  with   m in er al  o il d ielec tr ic .     3 . 6 . 2 .   I m pa ct s   o f   hea t ing   a n d us o f   a dd it iv es o n m o is t ure  co nte nt   I n   2 0 1 8 ,   B eld jilali  et  a l [ 8 6 ]   in v esti g ated   p h y s ico c h em ic al  an d   is o th e r m al  ch a r g in g   c u r r en ts   o f   m ix ed   v eg eta b le  o liv e - b ased   o il  an d   n ap h th en ic  m in e r al  o i l.  Fre wate r   is   p r e - elim in ated   b y   h ea tin g   th o il   s am p les  in d ep en d en tly ,   at  4 0   °C   f o r   4 0   m i n u tes  f o r   v eg eta b le  o il  a n d   7 0   °C   f o r   6 0   m in u tes  f o r   m in er al   o il.   T h two   s am p les  ar m ix ed   at   1 0   d if f er en m ix in g   r atio s .   T h m ix in g   is   d o n at  8 0 0   tu r n s /m in   f o r   3 0   m in u tes   u s in g   m ag n etic  s tirr in g   r o d   s o   th at  th m ix tu r is   d is s o lv ed   an d   m is cib le.   Mo is tu r co n t en is   in v esti g ated   u s in g   Kar Fi s ch er   titra tio n   i m m ed iately   af ter   ag itatio n .   Fo r   m o r ac cu r ac y   th r ee   s am p les  ar tak en   f r o m   th e   m ix in g   b o ttle  an d   th ei r   m ea n   v alu co n s id er e d .   T h is   ac co u n ts   f o r   th p r o b ab ilit y   o f   n o n - h o m o g en eity   o f   th e   m ix tu r e.   W ith   t h ese  m eth o d s ,   it  is   co n clu d ed   th at  wit h   1 5 o f   m ix tu r e   b ein g   v eg eta b le  o il,  all   p h y s ical  p r o p er ties   o f   m in er al  o il  ar e   im p r o v ed   m o s o p tim ally   d esp ite  ester s   h av in g   h ig h   m o is tu r co n ten t.  T h is   f u r th er   em p h asis es  th at  th er is   n o   s tan d ar d   m ix in g   r atio   [ 8 7 ]   s u g g ests   th at  th m o r e   ef f ec tiv way   to   elim in ate  f r ee   wate r   f r o m   t h e   two   s am p le  is   b y   h ea tin g   th em   at  1 0 0   °C   f o r   b o th   m in e r al  an d   v eg etab le   o il  b ec au s th b o ilin g   p o i n t o f   w ater   is   1 0 0   °C   h en ce   will b ab le  to   v ap o r is th wate r   co n ten t.   I n   2 0 2 0 ,   T r n k et  a l [ 8 8 ]   u s es  b r o a d b an d   d ielec tr ic  s p ec tr o s co p y   t o   in v esti g ate  p o lar izatio n   ef f ec t o f   p ap er - n atu r al  ester s   in   th p r esen ce   o f   0 . 5 3 B u ty lated   Hy d r o x y to lu e n ( 2 , 6 - d iter tiar y - b u ty lp ar ac r eso an d   Alu m in iu m   o x id ( Al 2 O 3 ) .   I is   f o u n d   th at  wate r   c o n ten in cr ea s es  s ig n if ican tly   in   th e   p ap er - na tu r al  este r   s u b jecte d   to   th er m al   ag ein g .   T h I n cr ea s in   wate r   co n ten t   i s   d u e   to   h y d r o ly s is   in f lu e n ce d   b y   th e   p r esen ce   o f   ester .     3 . 7 .       B io deg ra da bil it y   Sin ce   ex is tin g   m i n er al  o il  is   n o n - b io d eg r a d ab le,   f u r t h er   s tu d ies  h av b ee n   u n d er tak en   to   i n v esti g ate   th p o ten tial  o f   ester   o ils   u s ag f o r   p o wer   tr an s f o r m er   a p p li ca tio n s .   Sin d h u ja  et  a l .   [ 8 9 ]   a p p lies   OE C 3 0 1   B   s tan d ar d s   f o r   b i o d eg r ad ab ilit y ,   OE C 2 0 1   s tan d ar d s   f o r   ef f ec ts   o f   th e   o il  o n   m icr o   alg ae   g r o wth ,   OE C 2 0 2   s tan d ar d s   f o r   ef f ec to war d s   d ap h n id s   an d   OE C 2 0 3   s tan d ar d s   f o r   m o r tality   m ea s u r o n   f is h .   T h test s   ar e   p er f o r m ed   o n   n ew  an d   ag e d   n atu r al  ester - b ased   d ielec tr ics a n d   th r esu lts   s h o wed   th at  este r   o ils   h av n o   to x ic  ef f ec ts   o n   liv in g   o r g an is m s .   Fig u r 3   s h o ws th b io d eg r ad a b i lity   r ates o f   th d if f er en o ils   [ 2 ] ,   [ 9 0 ] .   Pu r n atu r al  ester s   s h o 9 9 % b io d eg r a d ab ilit y   f o llo wed   b y   s y n th etic  ester s   at  8 0 %.  B io d eg r ad ab ilit y   o f   m in er al  o il  is   at  3 0 wh ile  s ilico n o il  h as  b ee n   f o u n d   t o   b 5 b io d e g r ad a b le   [ 2 ] .   T h is   m ak es  m in er al  o il   an d   s ilico n   o il  to   b h ig h ly   d an g er o u s   to   an y   f o r m   o f   life   ar o u n d   th tr a n s f o r m e r   esp ec i ally   in   ca s o f   o il  s p illag es.   B io d eg r ad ab ilit y   an d   n o n - to x i city   o f   n atu r al  ester s   m ak es th em   less   h ar m f u l to   th en v ir o n m en [ 9 1 ] T h r ea ctio n   p r o d u cts ( lo C O 2 ,   lo co r r o s iv s u lp h u r ,   l o C em is s io n   an d   b io d eg r a d a b le  wh en   s p ilt to   th e   g r o u n d )   f o r m e d   d u to   th er m al  ag in g   a r o f   less   r is k   h en c th f o c u s   ca n   b s h if ted   t o war d s   d ef in in g   th e   o p tim al  co m b in atio n   an d   a d d itiv q u a n titi es  to   in c r ea s m ix ed   d ielec tr ic  b io d e g r ad a b ilit y   an d   im p r o v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  23 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1 1 7 6 1   -   1 7 7 7   1770   o x id atio n   s tab ilit y .   Du to   th eir   b io d eg r ad ab le  p r o p e r ty ,   n atu r al  ester   d ielec tr i cs  ca n   r ep lace   m in er al  o il   esp ec ially   in   tr an s f o r m e r s   n ea r   u n d e r g r o u n d   b o d ies   [ 9 2 ] .           Fig u r 3 .   T h b io d eg r a d ab ilit y   r ates o f   m in er al,   s ilico n e,   s y n th etic  ester   an d   n atu r al  ester   o i ls   [ 2 ]       4.   M I S CI B L E   S T UDI E S   4 . 1 .       Use o f   na no   pa rt icles   Stu d ies  h av p r o ce ed ed   to   f u r th er   ex p lo r th u s o f   m ix e d   d ielec tr ics  with   m u ltip le  m etal  o x id Nan o   p a r ticles  p r ef e r ab ly   th o s with   h i g h er   s tab ilit y   an d   s i m p ler   p r o d u ctio n   tech n i q u es  [ 9 3 ] .   T h e   m eth o d   o f   u s in g   Nan o p ar ticles  in v o lv es  s u s p en s io n   o f   n a n o p a r ticles  in to   th b ase  tr an s f o r m er   f lu id .   Su ch   Nan o   p a r ticles  o f   co n s id er atio n   in clu d I r o n   ( III )   Ox i d ( Fe 2 O 3 ),   Al 2 O 3 T itan iu m   Dio x id e   ( T iO 2 ) ,   Co p p e r   ( I I )   Ox i d ( C u O) ,   B o r o n   Nitr id ( B N) ,   Z in O x id ( Z n O) ,   C o p p er   Per o x id e   ( C u O 2 ) ,   an d   Sil ico n   Dio x i d ( SiO 2 ) .   I is   also   co n s id er ed   th at  th e y   v ar y   in   c o n d u ctiv ity   a n d   p e r m itti v ity .   I t is m o r s u itab le  to   u s Nan o   p ar ticles th at  d o   n o t   ag g lo m er ate.   T h is   is   to   s ay   t h a th eir   p ar ticles  d o   n o f o r m   m icr o   an d   m ac r o   s ized   attac h m e n ts   to   o n e   an o th e r .   T wo   m eth o d s   o f   p r e p ar in g   n a n o f lu id   d ielec tr ics ar 1 )   o n e - s tep   m eth o d   an d   2 )   two   s tep   m eth o d .     4 . 1 . 1 .   O ne - s t ep  m et ho d   Fo r   o n e - s tep   m eth o d ,   s y n th e s is   d is p er s io n   in to   th o il  is   ca r r ied   o u at  th s am tim b y   th e   p r o ce s s es  o f   p h y s ical  v ap o r   co n d en s atio n   to   m in im is ag g lo m er atio n   an d   e n h an c u n if o r m   p ar ticle   d is tr ib u tio n .   T h m eth o d   also   elim in ates  tr an s p o r tatio n   a n d   d r y in g   s tag es  in   th p r o d u ctio n   lin co s ts   [ 9 4 ] Ho wev er ,   th is   p r o ce s s   r eq u ir e s   v er y   s o p h is ticated   eq u ip m en wh ich   s ig n if ican tly   in cr ea s es  p r o d u ctio n   c o s ts .   An o th er   lim itatio n   is   th at   it  b ec o m es  ex p e n s iv to   ev alu ate   th e f f ec o f   n an o p ar ticles  in   th f lu id   b ec a u s it   r eq u ir es  elim in atio n   o f   im p u r ities   an d   r esid u es  th at  ac cu m u late  as  r esu lt  o f   in co m p lete  r ea ctio n   an d   s tab ilizatio n   d u r in g   s y n th esis   [ 9 5 ] .     4 . 1 . 2 .   T wo - s t ep  m et ho d   T h is   m eth o d   in v o lv es  p h y s ica an d   ch em ical   m eth o d s   o f   s y n th esis in g   d r ied   p o wd er ed   n a n o p ar ticles  as  an   in itial  s tag e.   T h e   p o w d er ed   n a n o p a r ticles  ar at  an o t h er   s tag d is p er s ed   o r   s u s p en d ed   in to   th f lu id   aid ed   b y   u ltra s o n ic  o r   m ag n etic  s tirr in g   u s in g   s o n icatio n   p r o ce d u r e.   T h e   m eth o d   is   d ee m ed   m o r ec o n o m ical   co m p ar ed   to   o n e - s tag m eth o d   [ 9 5 ] .   T h m o s co m m o n   m et h o d   to   ass ess   n an o f lu id   s tab ilit y   is   u s in g   v is u al  ex am in atio n   an d   lig h s ca tter in g   tech n iq u es.  I n   ex p lo r atio n   o f   n atu r al  ester - b ased   n an o f lu id s   as  d ielec tr ics,  [ 9 6 ]   u s es  s tatis tical   an aly s is   f o r   lig h t n in g   im p u ls v o ltag f o r   n atu r al   an d   s y n th etic  ester   o ils - b ased   Fe 3 O 4 ,   Al 2 O 3 an d   SiO 2   Nan o f lu id s .   I t r e co m m e n d s   th u s o f   n at u r al  ester - b ased   N an o   f lu id s   f o r   liq u id   f illed   tr a n s f o r m er s .     An o th er   n a n o f lu i d   d ev el o p ed   co m p o s es  o f   h e x ag o n   n itrid ( h - B N)   n an o p a r ticles  an d   co tto n s ee d   o il T h p r esen ce   o f   h - B en h a n c ed   im p u ls B DV  an d   AC - B DV  with   5 a n d   6 3 . 3 %,  r esp ec tiv ely .   H o w e v e r ,   a s   p e r c e n t a g e   w e i g h t   i n c r e a s es   th e   d i s s i p a t i o n   f a c t o r   d e c r e as ed ,   n o n e t h e l e s s ,   t h i s   n a n o f l u i d   d i e l e c t r ic   h a s   g r e at  p o t e n t i a l   t o   b e   u s e d   t o   wi t h s t a n d   e l e c t r i c al   a n d   t h e r m a l   s t r ess es   i n   p o w e r   t r a n s f o r m e r s   [ 9 7 ] .   W h en   u s in g   ex tr a p o latio n   in   co m p ar is o n   o f   m in er al   o il   with   s u p er io r   in s u latio n   f lu i d   m a d o f   B ao b ab ,   Mo n g o n g o   ( as  n atu r al  ester s )   an d   m in er al  o ils   u n d er   th er m al  a g in g ,   b len d   o f   5   m Ker o s en a n d   1 0 0   m o f   o il   u n d er   u ltra s o n i wav tr ea tm en at  3 0   k Hz  r ed u ce d   th r ate  o f   d eg r ad ati o n ,   in cr ea s in g   th e   li f etim o f   co p p er   p late  an d   t h k r a f p ap er   [ 8 ] E v en   th o u g h   n an o f l u id   d ielec tr ics  h av e   b ee n   f o u n d   t o   h a v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.