Impact of Concentration of Nanoparticles on Characteristics of Transformer Oil

Abstract

У роботі ми досліджуємо зміну напруги пробою та енергії забороненої зони трансформаторної олії, додаючи різні концентрації наночастинок оксиду церію, що змінюються від 0,01 мас. % до 0,1 мас. %. Наночастинки оксиду церію готували методом золь-гелю з термічною обробкою при 200°C протягом чотирьох годин. Структурно-морфологічне дослідження оксиду церію було проведено за допомогою XRD та SEM. Середній розмір кристалітів становив 17 нм з чітко визначеними піками, що підтверджує кристалічну структуру наночастинок. Для підтвердження чистоти оксиду церію проводили тест EDX, який виявив 99 мас. % O і Ce та підтвердив утворення сполуки CeO2. Експеримент з напругою пробою проводився разом з випробуванням трансформаторної олії. Випробування проводили шість разів для рідкого досліджуваного зразка згідно IS 6792, IEC 60156 для різної концентрації CeO2. Спостерігалася різка зміна напруги пробою для різних концентрацій, а BDV є оптимальним для 0,05 мас. % оксиду церію. Для дослідження енергії забороненої зони підготовленої нанорідини використовувався спектрофотометр з випромінюванням в ультрафіолетовому та видимому діапазонах. Пропускання для чистої олії і 0,05 мас. % оксиду церію становить 60 %, тоді як для інших концентрацій пропускна здатність менша. За даними спектрометрії розраховували ширину забороненої зони, і було помічено, що вона змінюється з концентрацією оксиду церію в трансформаторній олії і має максимум 5,25 еВ для 0,05 мас. % оксиду церію. З дослідження видно, що напруга пробою і ширина забороненої зони трансформаторної олії максимальні при 0,05 мас. % наночастинок оксиду церію.

In this study, we investigate the change of breakdown voltage and energy band gap of transformer oil by adding different concentrations varying from 0.01 wt. % to 0.1 wt. % of cerium oxide nanoparticles. Cerium oxide nanoparticles were prepared by sol-gel method with heat treatment at 200°C for four hours. Structural and morphological study of cerium oxide was carried out by XRD and SEM. The average crystallite size was 17 nm with well-defined peaks which endorses crystalline structure of the nanoparticle. To confirm purity of cerium oxide EDX test was carried out which revealed 99 % atomic weight percentage of O and Ce and confirmed the formation of CeO2 compound. The breakdown voltage experiment was performed in transformer oil testing kit. The testing was carried out six times for liquid test sample according to IS 6792, IEC 60156 for different concentration of CeO2. It was observed a sharp change in breakdown voltage for different concentration and BDV is optimum for 0.05 wt. % of cerium oxide. To investigate the energy band-gap of the prepared nanofluid UV-Vis spectrophotometer was used. The transmittance for pure oil and 0.05 wt. % of cerium oxide is 60 %, whereas for other concentrations transmittance is less. From the spectrometer data, the band gap was calculated and it was observed that band gap changes with concentration of cerium oxide in transformer oil and it has maximum of 5.25 eV for 0.05 wt. % of cerium oxide. From this study, we observe the breakdown voltage and band gap of transformer oil is maximum at 0.05 wt. % of cerium oxide nanoparticles.