سایر مایعات عایق

در برخی موارد به دلیل اشتعال پذیری روغن معدنی، نصب ترانس عایق روغن معدنی مجاز نمی باشد. در اوایل دهه 1930، روغن مصنوعی ساخته شده از بی فنیل های پلی کلره (PCB) تا حدی با مقررات محدود کننده استفاده از روغن ترانسفورماتور مطابقت داشت. به دلیل ماهیت غیرقابل تجزیه زیستی، بی فنیل های پلی کلره برای محیط زیست مفید نیستند و در نهایت وارد زنجیره غذایی می شوند. علاوه بر این، این ماده ارتباط نزدیکی با ماده مضر دیوکسین دارد، به طوری که بسیاری از کشورهای جهان استفاده از این ماده را برای ساخت روغن عایق ترانسفورماتور متوقف کرده اند.

روغن سیلیکون و روغن عایق استر مصنوعی دارای نقاط اشتعال بالا، هدایت حرارتی خوب و ویسکوزیته پایین در دماهای پایین هستند. با توجه به این ویژگی ها، در حال حاضر به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می شود. این عملکرد جامع می تواند پاسخگوی نیاز طراحان و سازندگان ترانسفورماتور در تولید ترانسفورماتورهای غیر قابل احتراق باشد. بنابراین، با ناپدید شدن بی فنیل های پلی کلر، بازار این نوع روغن عایق همچنان در حال گسترش است. به طور کلی، این ترانسفورماتورها دارای ساختار معمولی هستند که با روغن معدنی کمی بهبود یافته یا بی فنیل های پلی کلره پر شده اند. اگر از مزایای این روغن استفاده شود، می توانند در دمای کمی بالاتر از روغن معدنی به طور معمول کار کنند. مهمترین چیز این است که ابتدا به دنبال جایگزینی برای کاغذ عایق باشید. ثانیاً، دمای عملیاتی بالا برابر است با چگالی جریان بالا، که منجر به تلفات بار زیاد و افزایش هزینه‌های عملیاتی می‌شود و از ارزش بودجه اولیه منحرف می‌شود.

کارشناسان چندین مؤسسه روش هایی را برای استخراج بی فنیل های پلی کلره از ترانسفورماتورها، تزریق مایعات دیگر به ترانسفورماتورها و مدیریت صحیح بی فنیل های پلی کلره توسعه داده اند. اما اجرای این روش دشوار است زیرا بسیاری از کشورها قوانینی دارند که محدودیت های بسیار پایینی را برای محتوای بی فنیل های پلی کلره تعیین می کند. حذف مقادیر کمی از بی فنیل های پلی کلره از ترانسفورماتورها دشوار است و هزینه آن بسیار بالاست. پلی کلروبی‌فنیل می‌تواند در شکاف‌های بین عایق، سیم‌ها و ورق‌های هسته آهنی باقی بماند، بنابراین پس از روغن‌کاری مجدد برای مدتی، به سطوح غیرقابل قبولی می‌رسد. نتیجه روغن کاری مجدد کاهش قابلیت اطمینان ترانسفورماتور است و ترانسفورماتورهای پر شده با این روغن عایق باید با خیال راحت تخلیه یا تعویض شوند.

1. روغن سیلیکون

روغن سیلیکون نوعی محصول Duokaoning است که معمولاً در ترانسفورماتورها استفاده می شود که عملکرد احتراق محدودی دارد. روغن سیلیکون یک ماده مصنوعی است که معمولاً با نام پلی دی متیل سیلوکسان شناخته می شود و با پایداری حرارتی و خواص شیمیایی آن مشخص می شود. روغن سیلیکون سالهاست که به طور گسترده در زمینه های پزشکی، آرایشی و بهداشتی و صنایع مشابه استفاده می شود و نتایج کاربردی خوبی نیز به دست آورده است.
نقطه اشتعال روغن سیلیکون بسیار بالاست. وقتی دمای روغن زیر 350 درجه باشد، حتی اگر شعله باز روی سطح روغن وجود داشته باشد، نمی سوزد. حرارت تولید شده در طی احتراق روغن سیلیکون بسیار کمتر از حرارت مایعات آلی است. ارزش احتراق بسیار پایینی دارد و ویژگی منحصر به فرد آن این است که لایه سیلیکونی تشکیل شده روی سطح روغن سیلیکون می تواند ورود هوا را به شدت محدود کند. ترانسفورماتورهای توزیع سالهاست که از روغن سیلیکون استفاده می کنند. در حال حاضر هزاران ترانسفورماتور توزیع روغن سیلیکونی در حال کار هستند. ظرفیت نامی این ترانسفورماتورها عمدتاً 250 کیلوولت · A~3MV · A با سطوح ولتاژ 11~36kV است. علاوه بر این، ترانسفورماتورهای توزیع تا 9MV · A و سطوح ولتاژ 66kV ساخته شده است.

2. مایع استر مصنوعی

استرهای کامپوزیت یا استرهای مانع به طور گسترده در روغن‌های{0}}روغن‌کار با دمای بالا و میدان‌های انتقال هیدرولیک، به‌ویژه در توربین‌های گاز، استفاده می‌شوند و معمولاً به عنوان سیالات انتقال حرارت استفاده می‌شوند. در این راستا، استرهای مصنوعی تا حد زیادی جایگزین نفت و بسیاری از روغن های مصنوعی ناپایدار یا سمی شده اند.

روغن استر مصنوعی مشابهی ساخته شده است که می تواند الزامات فنی روغن عایق{0} ولتاژ بالا را برآورده کند. به عنوان یک روغن عایق، به طور فزاینده ای در ترانسفورماتورها و تعویض شیر استفاده می شود.

شرکت Mica and Insulators Limited در بریتانیا یک استر مصنوعی به نام روغن عایق ترانسفورماتور Middle7131 تولید کرده است. نقطه اشتعال بالا 310 درجه و نقطه خوداشتعال 435 درجه است. این استر مصنوعی همچنین روانکاری بسیار خوبی دارد و می توان از آن در انواع دستگاه های خنک کننده اجباری (پمپ) استفاده کرد.

ماده استر مصنوعی Midel 7131 در اصل مقدار زیادی از ترکیبات گیاهی- بود و سمیت آن بسیار کم ثابت شده است. در برخی موارد، سمیت آن چندین برابر کمتر از نفت بسیار تصفیه شده است. می تواند به تجزیه زیستی کامل برسد و برای جانداران دریایی بی ضرر است.

3. استرهای طبیعی

اگرچه خواص فیزیکی مایعات استر مصنوعی آنها را به بهترین دی الکتریک از نظر مقاومت در برابر آتش تبدیل می کند، اما هزینه بالای مایعات استری کاربرد گسترده آنها را در مقایسه با سایر مایعات عایق موجود محدود می کند. اما از اواخر دهه 1990، با کاهش قابل توجه قیمت مایعات استری و توسعه مایعات استر مصنوعی که می توانند به طور کامل تجزیه شوند، بازار خاصی پیدا کرد. این مایع استری که توسط Cooper Power Systems در ایالات متحده ساخته شده است، از سال 2006 به طور گسترده در ایالات متحده استفاده می شود. نام تجاری آن EnvirotempFR3 است. این مایع عایق از روغن کلزا ساخته شده و بدون شک قابلیت تجزیه زیستی کامل دارد.

نقطه اشتعال مایع EnvirotempFR3 360 درجه و نقطه اشتعال 330 درجه است. بنابراین، دارای بالاترین مقاومت در برابر اشتعال مایعات غیر قابل اشتعال در حال حاضر در بازار است.

عملکرد مایعات استری را می توان با سایر مواد و اجزای عایق که معمولاً در ساخت ترانسفورماتور استفاده می شود مقایسه کرد. پایداری شیمیایی عالی دارد که در طول زمان بدون تغییر باقی می ماند. خواص دی الکتریک عالی آن برای پاسخگویی به نیازهای تعویض کننده های شیر و بارگیری کلیدهای مدار کوتاه- کافی است. برای ترانسفورماتورهای روغنی، می توان از آن به عنوان مایع بازیافتی برای پر کردن ترانسفورماتور استفاده کرد. با این حال، هنگام پر کردن با بازیافت، باید تشخیص داد که در حال حاضر مایعات با کیفیت متوسط ​​زیادی با نقاط احتراق پایین تر وجود دارد که بر عملکرد احتراق مایع مخلوط تأثیر می گذارد.

در مقایسه با روغن معدنی، مایعات استری ویسکوزیته پایین و عملکرد خنک کنندگی بهتری نسبت به همه مایعات غیر قابل اشتعال دارند. میل ترکیبی خوبی به آب دارد و حلالیت آن در آب بسیار بیشتر از روغن معدنی است. سازنده نتیجه می گیرد که این ویژگی را می توان یکی از مزیت های اصلی آن دانست. اگر از EnvirotempFR3 برای پر کردن ترانسفورماتور با مواد عایق رطوبت بالا استفاده شود، توانایی جذب آب سریع آن اثر جذب خوبی بر رطوبت کاغذ عایق خواهد داشت. سازنده همچنین به این نتیجه رسید که این اثر جذب آب باعث محدود شدن شکست زنجیره های مولکولی در کاغذ عایق می شود، بنابراین به نظر می رسد که به افزایش عمر ترانسفورماتورها نیز کمک کند.

از سوی دیگر، مایع EnvirotempFR3 پایداری اکسیداسیون ضعیفی دارد. در دمای عملیاتی معمولی، به سرعت اکسید می شود. بنابراین ترانسفورماتورهای روغنی باید از ورود به هوا خودداری کرده و دارای دستگاه آب بندی دیافراگمی باشند. هنگامی که مایع در حالت لایه نازک قرار می گیرد، اکسیداسیون تشدید می شود. بنابراین، اکثر تولیدکنندگان نیاز دارند تا گوه‌ها را برای اجزای فعال خارج شده از مخزن روغن به سیم‌پیچ «باز بسته‌بندی» کنند و هرگونه انقباض ناشی از غوطه‌ور شدن و خشک شدن را ببندند تا ورود هوا را در سریع‌ترین زمان ممکن محدود کنند. به دلیل اکسیداسیون، مولکول‌های استر می‌توانند پلیمرهای زنجیره بلند- را تشکیل دهند که در نتیجه یک "لایه سطحی" اکسید شده تشکیل می‌شود که با هوا در تماس است. تحت اکسیداسیون، مولکول‌های زنجیره بلند در مایع باقی می‌مانند و ویسکوزیته آن را افزایش می‌دهند، بنابراین بر سرعت جریان و اثر خنک‌کننده روغن تأثیر می‌گذارند.

دوره تحمل پر کردن مایع استر باید کمی بیشتر از پر کردن روغن معدنی باشد، زیرا انتشار حباب آن کندتر از پر کردن روغن معدنی است. نظارت بر وضعیت EmvirotempFR3 مانند روغن معدنی است و می توان برای تجزیه و تحلیل نمونه برداری کرد. با این حال، هیدروژن تولید شده توسط این تخلیه مایع کمتر از روغن معدنی است و تنش حرارتی بیش از حد منجر به افزایش حجم گاز خواهد شد. EnvirotempFR3 با مایعات سیلیسی ناسازگار است.