WSTĘP

Pomiar zawartości wody w izolacji papierowo-olejowej jest aktualnym tematem, szeroko opisywanym w literaturze dotyczącej diagnostyki wysokonapięciowych układów izolacyjnych. Najwięcej uwagi poświęca się metodom pośrednim, umożliwiającym ocenę stanu zawilgocenia badanych obiektów, bez konieczności pobierania próbek papieru. Lansowane są ostatnio metody oparte na analizie odpowiedzi dielektrycznej: spektroskopia w dziedzinie częstotliwości (FDS), metoda napięcia powrotnego (RVM) oraz metoda oparta na analizie prądu polaryzacji i depolaryzacji (PDC). Bardzo duży nacisk kładzie się na wiarygodność metod. Wszystkie metody pośrednie bazują na wykorzystaniu charakterystyk wzorcowych, wyznaczanych przy użyciu wiarygodnych metod bezpośrednich traktowanych jako referencyjne. Obecnie jedną z zalecanych i najczęściej stosowanych metod referencyjnych jest bezpośrednia metoda miareczkowania Karla Fischera (KF). Metoda KF, oprócz wielu zalet, jest czasochłonna, droga i wymaga stosowania odczynników chemicznych niebezpiecznych dla środowiska i personelu (metanol, chloroform). W Politechnice Poznańskiej powstała propozycja opracowania nowej metody bezpośredniej zastępującej metodę KF. Proponowana przez pracowników Politechniki Poznańskiej metoda polega na wykorzystaniu spektrofotometrii absorpcyjnej w zakresie bliskiej podczerwieni do wyznaczania zawilgocenia próbek papieru nasyconego olejem mineralnym.

Metoda pomiarowa

Spektrofotometria w bliskiej podczerwieni (NIR) bazuje na zjawisku pochłaniania promieniowania elektromagnetycznego przez związki chemiczne. Każda cząsteczka posiada specyficzną częstotliwość drgań oscylacyjnych, zależną od energii wiązań oraz masy. Promieniowanie elektromagnetyczne, o energii równej energii oscylacji, padając na związek chemiczny zostaje pochłonięte, wzbudzając w nim oscylacje. Jeżeli znamy długości fali, przy której zachodzi zjawisko pochłaniania promieniowania, wówczas możemy zidentyfikować występujący związek chemiczny oraz wyznaczyć jego zawartość w badanym materiale. Na podstawie wielu eksperymentów opracowano metodykę pomiaru zawartości wody w papierze przy użyciu spektrofotometrii NIR. Stwierdzono, że w przedziale długości fali 1880-2025 zachodzi wyraźny wzrost absorbancji wraz ze wzrostem zawartości wody w papierze. Największe zmiany absorbancji obserwowane są przy długości fali 1920 nm. Obszar ten uznano za pasmo diagnostyczne wody. W celu wykluczenia wpływu obecności oleju i produktów starzenia na wynik pomiaru, badaniom poddano sam olej izolacyjny, układ papier nowy–olej oraz papier zestarzony–olej. W żadnym przypadku, obecność oleju oraz produktów starzenia papieru i oleju, nie komplikowały oceny zawartości wody w papierze.

Aparatura badawcza

Do wykonania pomiarów spektrofotometrycznych używany jest spektrofotometr firmy Jasco V570 (rys.1).

Rys. 1. Spektrofotometr UV-VIS-NIR V570 firmy Jasco

Ma on możliwość pomiaru absorbancji w zakresie od promieniowania ultrafioletowego, poprzez światło widzialne do promieniowania w bliskiej podczerwieni (190-2500nm). Podstawowe parametry spektrofotometru:

KORELACJA POMIĘDZY WYNIKAMI UZYSKANYMI PRZY WYKORZYSTANIU METODY KARLA-FISCHERA ORAZ METODY SPEKTROFOTOMETRYCZNEJ

Badania porównawcze wykazały bardzo dużą korelację pomiędzy metodą Karla-Fischera a metodą spektrofotometryczną. Wyniki pomiarów spektrofotometrycznych zawarto na rysunku 2. Przedstawiono na nim widmo absorbancji papieru nawojowego nasyconego olejem, w różnym stopniu zawilgoconego, w zależności od długości fali. Wartości zawilgocenia podane na rysunku są wynikami pomiaru KF. Jak widać na rysunku, wzrostowi zawilgocenia papieru towarzyszy wzrost absorbancji. Na rysunku 3 przedstawiono absorbancję w zależności od zawilgocenia w paśmie diagnostycznym wody. Jak widać zależność jest liniowa o dużym współczynniku determinacji 0,99.

Rys. 2. Absorbancja w zależności od długości fali dla różnych zawartości wody w papierze wyznaczonych metodą KF

Rys. 3. Absorbancja w paśmie diagnostycznym wody w zależności od zawartości wody w papierze;
długość fali 1920 nm