Olej transformatorowy - Transformer oil

Olej transformatorowy lub olej izolacyjny to olej, który jest stabilny w wysokich temperaturach i ma doskonałe właściwości elektroizolacyjne. Jest stosowany w transformatorach olejowych , niektórych typach kondensatorów wysokonapięciowych, statecznikach do lamp fluorescencyjnych oraz niektórych typach przełączników i wyłączników wysokiego napięcia. Jego zadaniem jest izolowanie , tłumienie wyładowań koronowych i wyładowań łukowych oraz służenie jako chłodziwo.

Olej transformatorowy najczęściej bazuje na oleju mineralnym , jednak coraz większą popularnością cieszą się alternatywne formuły o odmiennych właściwościach inżynieryjnych lub środowiskowych.

Funkcja i właściwości

Transformator olejowy z wymiennikami ciepła chłodzonymi konwekcyjnie powietrzem z przodu i z boku

Podstawowym zadaniem oleju transformatorowego jest izolowanie i chłodzenie transformatora. Dlatego musi mieć wysoką wytrzymałość dielektryczną , przewodność cieplną i stabilność chemiczną i musi zachowywać te właściwości, gdy jest przechowywany w wysokich temperaturach przez dłuższy czas. Typowe specyfikacje to: temperatura zapłonu 140 °C lub wyższa, temperatura płynięcia -40 °C lub niższa, dielektryczne napięcie przebicia 28 kV (RMS) lub wyższe.

Aby poprawić chłodzenie transformatorów dużej mocy, zbiornik wypełniony olejem może mieć zewnętrzne chłodnice, przez które olej krąży na zasadzie naturalnej konwekcji . Transformatory mocy o mocy tysięcy kVA mogą mieć również wentylatory chłodzące , pompy olejowe, a nawet wymienniki ciepła olej-woda .

Transformatory mocy poddawane są długotrwałym procesom suszenia, wykorzystującym samonagrzewanie elektryczne, zastosowanie próżni lub jedno i drugie, aby zapewnić, że transformator jest całkowicie wolny od pary wodnej przed wprowadzeniem oleju izolacyjnego. Pomaga to zapobiegać tworzeniu się korony i późniejszym awariom elektrycznym pod obciążeniem.

Transformatory olejowe z konserwatorem (zbiornikiem oleju) mogą mieć przekaźnik detektora gazu ( przekaźnik Buchholza ). Te urządzenia zabezpieczające wykrywają gromadzenie się gazu wewnątrz transformatora z powodu wyładowania koronowego , przegrzania lub wewnętrznego łuku elektrycznego . Przy powolnym nagromadzeniu gazu lub szybkim wzroście ciśnienia urządzenia te mogą wyzwolić wyłącznik ochronny , aby odłączyć zasilanie transformatora. Transformatory bez konserwatorów są zwykle wyposażone w przekaźniki nagłego ciśnienia, które pełnią podobną funkcję jak przekaźnik Buchholza.

Alternatywy dla olejów mineralnych

Oleje mineralne są nadal szeroko stosowane w przemyśle. Olej mineralny jest ogólnie skuteczny jako olej transformatorowy, ale ma pewne wady, a jedną z nich jest stosunkowo niska temperatura zapłonu w porównaniu z niektórymi alternatywami. Jeśli z transformatora wycieknie olej mineralny, może potencjalnie wywołać pożar. Przepisy przeciwpożarowe często wymagają, aby transformatory wewnątrz budynków używały mniej łatwopalnych cieczy lub używały transformatorów suchych bez żadnych płynów. Olej mineralny jest również zanieczyszczeniem środowiska, a jego właściwości izolacyjne są szybko degradowane przez nawet niewielkie ilości wody. Z tego powodu transformatory są dobrze wyposażone, aby utrzymać wodę poza olejem.

Pentaerytrytu , tetra kwasów tłuszczowych , naturalne i syntetyczne estry okazały się coraz częściej alternatywy ropy naftowej, zwłaszcza w zastosowaniach wysokiego zagrożenia pożarem, takie jak pomieszczeniu ze względu na ich wysokie temperatury zapłonu , które mogą być na 300 ° C. Łatwo ulegają biodegradacji . Naturalne i syntetyczne estry czterokwasów tłuszczowych pentaerytrytolu są droższe niż olej mineralny. Transformatory wymagają specjalnej zmiany konstrukcyjnej, aby mogły działać z naturalnymi i syntetycznymi estrami czterokwasów tłuszczowych Pentaerytrytolu. Estry naturalne mają bardzo słabą stabilność oksydacyjną (zwykle tylko 48 godzin w tym samym teście w porównaniu z 500 godzinami dla olejów mineralnych i wytwarzają kwasy), w konsekwencji, estry naturalne są realnym rozwiązaniem tylko w hermetycznie zamkniętych transformatorach w kontekście dystrybucji. Ponieważ transformatory są większe niż około 1 MVA i powyżej 33 kV, trudniej jest uzyskać hermetycznie uszczelnioną konstrukcję (ze względu na rozszerzalność i kurczliwość cieplną). Transformatory mocy średniej i dużej mocy będą zwykle wyposażone w konserwator, a nawet w przypadku zastosowania gumowej torby, należy dokładnie rozważyć użycie estru naturalnego, ponieważ w przypadku wnikania tlenu ester naturalny będzie ulegał znacznie szybszemu utlenianiu niż przedsiębiorstwa energetyczne są przyzwyczajone do minerałów obrazy olejne.

Stosowane są również oleje na bazie silikonu lub fluorowęglowodorów , które są jeszcze mniej łatwopalne, ale są droższe od estrów i mniej biodegradowalne.

Transformator 380 kV z olejem roślinnym

Naukowcy eksperymentują z preparatami roślinnymi, na przykład z olejem kokosowym . Jak dotąd nie nadają się one do stosowania w zimnym klimacie lub przy napięciach powyżej 230 kV.

Naukowcy badają również nanociecze do użytku w transformatorach; byłyby one stosowane jako dodatki poprawiające stabilność oraz właściwości termiczne i elektryczne oleju.

W 2019 roku wprowadzono nową ciecz transformatorową na bazie biologicznej, o niższej lepkości. Dzięki temu jest lepszym chłodziwem, co może obniżyć temperaturę gorącego punktu uzwojenia transformatora i poprawić zdolność do przeciążania.

Polichlorowane bifenyle (PCB)

Polichlorowane bifenyle są substancją wytworzoną przez człowieka po raz pierwszy zsyntetyzowaną ponad sto lat temu i stwierdzono, że mają pożądane właściwości, które doprowadziły do ​​ich powszechnego stosowania. Polichlorowane bifenyle (PCB) były wcześniej stosowane jako olej transformatorowy, ponieważ mają wysoką wytrzymałość dielektryczną i są niepalne. Niestety są też toksyczne , bioakumulacyjne , wcale nie ulegają biodegradacji i trudno je bezpiecznie zutylizować. Po spaleniu tworzą jeszcze bardziej toksyczne produkty, takie jak chlorowane dioksyny i chlorowane dibenzofurany .

Począwszy od lat 70. produkcja i nowe zastosowania PCB zostały zakazane w wielu krajach ze względu na obawy związane z akumulacją PCB i toksycznością ich produktów ubocznych. Na przykład w USA produkcja PCB została zakazana w 1979 r. na mocy ustawy o kontroli substancji toksycznych . W wielu krajach istnieją znaczące programy odzyskiwania i bezpiecznego niszczenia sprzętu skażonego PCB.

Jedną z metod, które można zastosować do odzyskania oleju transformatorowego zanieczyszczonego PCB, jest zastosowanie systemu usuwania PCB, zwanego również systemem odchlorowania PCB. Systemy usuwania PCB wykorzystują dyspersję alkaliczną do usuwania atomów chloru z innych cząsteczek w reakcji chemicznej. Tworzy to olej transformatorowy wolny od PCB i szlam wolny od PCB. Oba można następnie oddzielić za pomocą wirówki. Osad można usuwać jako zwykłe odpady przemysłowe nie zawierające PCB. Oczyszczony olej transformatorowy jest w pełni regenerowany, spełniając wymagane normy, bez wykrywalnej zawartości PCB. Dzięki temu może być ponownie użyty jako płyn izolacyjny w transformatorach.

PCB i olej mineralny są mieszalne we wszystkich proporcjach, a czasami ten sam sprzęt (bębny, pompy, węże itp.) był używany do obu rodzajów cieczy, więc zanieczyszczenie PCB oleju transformatorowego nadal stanowi problem. Na przykład, zgodnie z obecnymi przepisami, stężenia PCB przekraczające 5 części na milion mogą spowodować, że olej zostanie zaklasyfikowany jako odpad niebezpieczny w Kalifornii.

Testowanie i jakość oleju

Oleje transformatorowe podlegają naprężeniom elektrycznym i mechanicznym podczas pracy transformatora. Do tego dochodzi zanieczyszczenie spowodowane oddziaływaniem chemicznym z uzwojeniami i inną izolacją stałą, katalizowane wysoką temperaturą pracy . Pierwotne właściwości chemiczne oleju transformatorowego zmieniają się stopniowo i po wielu latach stają się nieskuteczne zgodnie z przeznaczeniem. Olej w dużych transformatorach i aparaturze elektrycznej jest okresowo testowany pod kątem właściwości elektrycznych i chemicznych, aby upewnić się, że nadaje się do dalszego użytku. Czasami stan oleju można poprawić poprzez filtrację i uzdatnianie. Testy można podzielić na:

1. Analiza rozpuszczonego gazu
2. Analiza furanu
3. Analiza PCB
4. Ogólne testy elektryczne i fizyczne:
   • Kolor i wygląd
   • Napięcie przebicia
   • Zawartość wody
   • Kwasowość (wartość neutralizacji)
   • Współczynnik rozpraszania dielektryka
   • Oporność
   • Osady i szlam
   • Punkt zapłonu
   • Temperatura płynięcia
   • Gęstość
   • Lepkość kinematyczna

Szczegóły przeprowadzania tych testów są dostępne w normach wydanych przez IEC, ASTM, IS, BS, a testowanie można przeprowadzić dowolną z metod. Testy Furana i DGA nie są specjalnie przeznaczone do określania jakości oleju transformatorowego, ale do określania wszelkich nieprawidłowości w uzwojeniach wewnętrznych transformatora lub izolacji papierowej transformatora, których nie można inaczej wykryć bez całkowitego remontu transformatora. Sugerowane odstępy czasu dla tych testów to:

• Badania ogólne i fizyczne - co dwa lata
• Analiza gazów rozpuszczonych - raz w roku
• Badanie furanowe - raz na 2 lata, pod warunkiem eksploatacji przekładnika min 5 lat.

Testowanie na miejscu

Niektóre testy oleju transformatorowego można przeprowadzić w terenie, przy użyciu przenośnej aparatury testowej. Inne testy, takie jak gaz rozpuszczony, zwykle wymagają wysłania próbki do laboratorium. Elektroniczne detektory rozpuszczonego gazu on-line można podłączyć do ważnych lub zagrożonych transformatorów, aby stale monitorować trendy wytwarzania gazu.

Aby określić właściwości izolacyjne oleju dielektrycznego, z badanego urządzenia pobiera się próbkę oleju, a jego napięcie przebicia mierzone jest na miejscu zgodnie z następującą sekwencją testową:

• W zbiorniku dwie elektrody testowe zgodne z normami z typowym odstępem 2,5 mm są otoczone olejem izolacyjnym.
• Podczas testu do elektrod przykładane jest napięcie testowe. Napięcie testowe jest stale zwiększane do wartości napięcia przebicia ze stałą szybkością narastania np. 2 kV/s.
• Przebicie następuje w łuku elektrycznym, co prowadzi do załamania napięcia testowego.
• Bezpośrednio po zajarzeniu łuku napięcie testowe jest automatycznie wyłączane.
• Bardzo szybkie wyłączanie ma kluczowe znaczenie, ponieważ energia, która jest dostarczana do oleju i spala go podczas awarii, musi być ograniczona, aby utrzymać dodatkowe zanieczyszczenie przez karbonizację na jak najniższym poziomie.
• Średnią kwadratową wartość napięcia testowego mierzy się w samym momencie przebicia i podaje jako napięcie przebicia.
• Po zakończeniu testu olej izolacyjny jest automatycznie mieszany, a sekwencja testowa jest powtarzana.
• Otrzymane napięcie przebicia jest obliczane jako średnia wartość poszczególnych pomiarów.

Zobacz też

• Olej termoprzewodzący

Bibliografia

Zewnętrzne linki