Reference Material for the Composition of Fuel Oil

   Electrical transformers are a key element in the process of distributing electricity from the producer to the final consumer. The reliability of electrical transformers is ensured through systematic monitoring of the structural condition using chemical analysis of fuel (transformer) oil used for electrical insulation and cooling of transformers. The working life of energy oil and paper insulation can be assessed by evaluating the content of antioxidant additive (ionol) and furan derivatives (furfuryl alcohol, furfural, 2-acetylfuran and 5-methylfurfural). The article provides a critical analysis of methods for measuring ionol and furan derivatives in oils. In particular, it has been established that the most widely used methods for the identification of ionol and furan derivatives are liquid and gas chromatography methods with preliminary isolation of analytes based on the principles of liquid/solid-phase extraction. At the same time, the need for matrix reference materials with established metrological traceability was identified for metrological support of methods for measuring the content of ionol and furan derivatives in oils.

   Therefore, the purpose of this study was the development of a certified reference material (CRM) for the composition of fuel oil.

   The technology for producing such a CRM makes it possible to prepare the material with the required concentrations of analytes. The article describes the sequence of preparation of a CRM batch and presents the conclusions of studying the stability and between-bottle homogeneity of the material. The given calculation of the standard uncertainty for the certified value of the CRM from the characterization method, heterogeneity, and instability of the material in accordance with GOST ISO Guide 35–2015 deserves attention. The metrological traceability of certified values of the CRM to the unit of value «mass fraction of a component» reproduced by the State Primary Standard of units of mass (molar) fraction and mass (molar) concentration of organic components in liquid and solid substances and materials based on liquid and gas chromatography-mass spectrometry with isotope dilution and gravimetry (GET 208–2019). The competence of the study is confirmed by the fact that the CRM was recognized as GSO 12232–2023.

1. Thiviyanathan V. A., Ker P. J., Leong Y. S., Abdullah F., Ismail A., Jamaludin M. Z. Power transformer insulation system : A review on the reactions, fault detection, challenges and future prospects. Alexandria Engineering Journal. 2022;61:7697–7713. doi: 10.1016/j.aej.2022.01.026.

2. Fofana I. 50 years in the development of insulating liquids. IEEE Electrical Insulation Magazine. 2013;29(5):13–25. doi: 10.1109/MEI.2013.6585853

3. Ivanov K. I., Zhakhovskaya V. P. Oxidation of transformer oils in the presence of an electric field. Chemistry and technology of fuels and oils. 1962;7:58. (In Russ.).

4. Andreev L. N., Pavlova P. P., Pinigin S. A. The study of ionol consumption in transformer oil. Sovremennaya tekhnika i tekhnologii. Available at: https://technology.snauka.ru/2017/03/12793 [Accessed 12. 07. 2023]. (In Russ.).

5. Fernández I., Delgado F., Ortiz F., Ortiz A., Fernández C., Renedo C. J. et al. Thermal degradation assessment of Kraft paper in power transformers insulated with natural esters. 2016;104:129–138. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2016.05.020

6. Lundgaard L. E., Hansen W., Linhjell D., Painter T. J. Aging of oil-impregnated paper in power transformers. IEEE Transactions on Power Delivery. 2004;19(1):230–239. doi: 10.1109/TPWRD.2003.820175

7. Kanumuri D., Sharma V., Rahi O. P. Analysis using various approaches for residual life estimation of power transformers. International Journal on Electrical Engineering and Informatics. 2019;25(2):389–407. doi: 10.15676/ijeei.2019.11.2.11

8. Unsworth J., Mitchell F. Degradation of electrical insulating paper monitored with high performance liquid chromatography. IEEE Transactions on Electrical Insulation. 1990;25(4):737–746. doi: 10.1109/ICPADM.1988.38403

9. ASTM D2668–07(2021) Standard test method for 2,6-di-tert-butyl-p-cresol and 2,6-di-tert-butyl phenol in electrical insulating oil by infrared absorption // ASTM International [website]. URL: https://www.astm.org/d2668–07.html (Accessed 12. 07. 2023).

10. ASTM D4768–11(2019) Standard test method for analysis of 2,6-ditertiary-butyl para-cresol and 2,6-ditertiary-butyl phenol in insulating liquids by gas chromatography // ASTM International [website]. URL: https://www.astm.org/d4768–11r19.html (Accessed 12. 07. 2023).

11. ASTM D5837–15 Standard test method for furanic compounds in electrical insulating liquids by high-performance liquid chromatography (HPLC) // ASTM International [website]. URL: https://www.astm.org/d5837–15.html (Accessed 12. 07. 2023).

12. IEC61198:1993 Mineral insulating oils – Methods for the determination of 2-furfural and related compounds // International standard [website]. URL: https://webstore.iec.ch/publication/4889#additionalinfo

13. ГОСТ IEC60666–2014 Межгосударственный стандарт. Масла изоляционные нефтяные. Обнаружение и определение установленных присадок = Detection and determination of specified additives in mineral insulating oils, IDT. М.: Стандартинформ, 2019. 23 с.

14. ГОСТ ISO Guide 35–2015 Межгосударственный стандарт. Стандартные образцы. Общие и статистические принципы сертификации (аттестации) = Reference materials. general and statistical principles for certification. М.: Стандартинформ, 2017. 58 с.

15. ГОСТ ISO/IEC17025–2019 Межгосударственный стандарт. Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий = General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. М.: Стандартинформ, 2021. 25 с.

16. ГОСТ 8.532-2002 Межгосударственный стандарт. Стандартные образцы состава веществ и материалов. Межлабораторная метрологическая аттестация. Содержание и порядок проведения работ. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. 9 с.

17. ГОСТ Р МЭК 60666–2013 Национальный стандарт Российской Федерации. Масла изоляционные нефтяные. Обнаружение и определение установленных присадок = Mineral insulating oils. detection and determination of specified additives. М.: Стандартинформ, 2014. 23 с.

18. ГОСТ Р МЭК 61198–2013 Национальный стандарт Российской Федерации. Масла изоляционные нефтяные. Методы определения 2-фурфурола и родственных соединений = Mineral insulating oils. Methods for the determination of 2-furfural and related compounds. М.: Стандартинформ, 2019. 11 с.

19. ГЭТ 208 Государственный первичный эталон единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации органических компонентов в жидких и твердых веществах и материалах на основе жидкостной и газовой хромато-масс-спектрометрии с изотопным разбавлением и гравиметрии / Институт-хранитель ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Текст: электронный // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений : официальный сайт. 2024. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/12 (дата обращения: 12. 07. 2023).

20. МКХА КН-01–12 (ФР.1.31.2015.21310) Методика количественного хроматографического анализа. Определение содержания фурановых производных и антиокислительной присадки ионол в энергетических маслах методом газожидкостной хроматографии // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений : официальный сайт. 2012. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/16/items/282867 (дата обращения: 12. 07. 2023).

21. РД 34.43.105–89 Методические указания по эксплуатации трансформаторных масел. М.: Союзтехэнерго, 1989. 55 с.

22. РД 34.43.208–95 Методика количественного химического анализа. Определение содержания присадок в энергетических маслах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии / ГОСТ Ассистент [сайт]. URL: https://gostassistent.ru/doc/96ec71bc-6ea0–48c4–9aea-532180a8b8fb?ysclid = lv0s64qyjy892166770 (дата обращения: 12. 07. 2023).

23. РД 34.43.209–97 Экспресс-метод определения антиокислительной присадки (ионола) в свежих и эксплуатационных турбинных маслах / ГОСТ Ассистент [сайт]. URL: https://gostassistent.ru/doc/d6ba1319–0189–4f49–8fac-bee713604da9 (дата обращения: 12. 07. 2023).

24. РД 34.51.304–94 Методические рекомендации по применению в энергосистемах тонкослойной хроматографии для оценки остаточного ресурса твердой изоляции по наличию фурановых соединений в трансформаторном масле / ГОСТ Ассистент [сайт]. URL: https://gostassistent.ru/doc/51059de2–5b4b-4e27-aa2a-972eda14b190 (дата обращения: 12. 07. 2023).

25. СТО 56947007–29.180.010.008-2008 Методические указания по определению содержания ионола в трансформаторных маслах методом газовой хроматографии / Межрегиональная группа компаний «Информпроект» [сайт]. URL: https://www.iprosoft.ru/docs/?nd=1200088700&r=818400001 (дата обращения: 12. 07. 2023).

26. СТО 56947007–29.180.010.009-2008 Методические указания по определению содержания фурановых производных в трансформаторных маслах методом газовой хроматографии / Электронный фонд актуальных правовых и нормативно-технических документов [сайт]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200088699 (дата обращения: 12. 07. 2023).

27. СТО 70238424.27.100.053-2013 Стандарт организации. Энергетические масла и маслохозяйства электрических станций и сетей организация эксплуатации и технического обслуживания нормы и требования. М.: Инвэл, 2013. 159 с.

28. ФР.1.31.2008.04635 Методика выполнения измерения массовой доли производных фурана: 5-гидроксиметилфурфурола, фурфурола, 2-ацетилфурана, 5-метилфурфурола и ингибитора окисления «Агидол-1» («Ионол») в энергетических электроизоляционных маслах методом ВЭЖХ // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений : официальный сайт. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/16/items/291179 (дата обращения: 12. 07. 2023).