In einigen Fällen ist der Einbau mineralölisolierter Transformatoren aufgrund der Brennbarkeit von Mineralöl nicht zulässig. Bereits in den 1930er Jahren erfüllte synthetisches Öl aus polychlorierten Biphenylen (PCB) teilweise die Vorschriften, die die Verwendung von Transformatorenöl einschränkten. Aufgrund ihrer biologischen Nichtabbaubarkeit sind polychlorierte Biphenyle nicht umweltschädlich und gelangen schließlich in die Nahrungskette. Darüber hinaus ist dieses Material eng mit dem Schadstoff Dioxin verwandt, weshalb viele Länder auf der Welt die Verwendung dieses Materials zur Herstellung von Transformatorisolieröl eingestellt haben.
Silikonöl und synthetisches Ester-Isolieröl haben hohe Flammpunkte, eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Viskosität bei niedrigen Temperaturen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird es derzeit weltweit häufig eingesetzt. Diese umfassende Leistung kann den Anforderungen von Transformatorkonstrukteuren und -herstellern bei der Herstellung nicht brennbarer Transformatoren gerecht werden. Daher wächst der Markt für diese Art von Isolieröl mit dem Verschwinden polychlorierter Biphenyle weiter. Im Allgemeinen sind diese Transformatoren konventionell aufgebaut und mit leicht verbessertem Mineralöl oder polychlorierten Biphenylen gefüllt. Wenn die Vorteile dieses Öls genutzt werden, können sie bei etwas höheren Temperaturen als Mineralöl normal funktionieren. Das Wichtigste ist, zunächst nach Alternativen zu Isolierpapier zu suchen; Zweitens bedeutet eine hohe Betriebstemperatur eine hohe Stromdichte, was zu hohen Lastverlusten und erhöhten Betriebskosten führt, die vom ursprünglichen Kostenbudgetwert abweichen.
Experten verschiedener Institutionen haben Methoden entwickelt, um polychlorierte Biphenyle aus Transformatoren zu extrahieren, andere Flüssigkeiten in Transformatoren zu injizieren und polychlorierte Biphenyle ordnungsgemäß zu handhaben. Dieses Verfahren ist jedoch schwierig umzusetzen, da in vielen Ländern die Gesetzgebung sehr niedrige Grenzwerte für den Gehalt an polychlorierten Biphenylen vorsieht. Es ist schwierig, Spuren von polychlorierten Biphenylen aus Transformatoren zu entfernen, und die Kosten sind extrem hoch. Polychlorbiphenyl kann in den Lücken zwischen Isolierung, Drähten und Eisenkernblechen verbleiben, so dass es nach längerem Nachölen unzulässige Werte erreicht. Das Nachölen führt zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit des Transformators, und mit diesem Isolieröl gefüllte Transformatoren sollten sicher evakuiert oder ersetzt werden.
1. Silikonöl
Silikonöl ist eine Art Duokaoning-Produkt, das häufig in Transformatoren verwendet wird und eine begrenzte Verbrennungsleistung aufweist. Silikonöl ist ein synthetisches Material, das allgemein als Polydimethylsiloxan bekannt ist und sich durch seine thermische Stabilität und seine chemischen Eigenschaften auszeichnet. Silikonöl wird seit vielen Jahren in der Medizin, Kosmetik und ähnlichen Branchen häufig eingesetzt und hat gute Anwendungsergebnisse erzielt.
Der Flammpunkt von Silikonöl ist sehr hoch. Wenn die Öltemperatur unter 350 Grad liegt, brennt es nicht, selbst wenn sich eine offene Flamme auf der Öloberfläche befindet. Die bei der Verbrennung von Silikonöl entstehende Wärme ist viel geringer als die von organischen Flüssigkeiten. Es hat einen sehr niedrigen Brennwert und seine einzigartige Eigenschaft besteht darin, dass die auf der Oberfläche des Silikonöls gebildete Siliziumschicht den Lufteintritt stark einschränken kann. Verteiltransformatoren verwenden seit vielen Jahren Silikonöl. Derzeit sind Tausende von Silikonöl-Verteilungstransformatoren in Betrieb. Die Nennkapazität dieser Transformatoren beträgt hauptsächlich 250 kV · A ~ 3 MV · A, mit Spannungspegeln von 11 ~ 36 kV. Darüber hinaus wurden Verteiltransformatoren bis 9 MV · A und Spannungsebenen von 66 kV hergestellt
2. Synthetische Esterflüssigkeit
Zusammengesetzte Ester oder gehinderte Ester werden häufig in Hochtemperatur-Schmierölen und hydraulischen Getriebebereichen verwendet, insbesondere in Gasturbinen, und werden typischerweise als Wärmeübertragungsflüssigkeiten verwendet. In dieser Hinsicht haben synthetische Ester Erdöl und viele instabile oder giftige synthetische Öle weitgehend ersetzt.
Es wurde ein ähnliches synthetisches Esteröl entwickelt, das die technischen Anforderungen von Hochspannungsisolierölen erfüllen kann. Als Isolieröl wird es zunehmend in Transformatoren und Stufenschaltern eingesetzt.
Mica and Insulators Limited in Großbritannien hat einen synthetischen Ester namens Middle7131 Transformer Insulation Oil entwickelt. Es hat einen hohen Flammpunkt von 310 Grad und einen Selbstentzündungspunkt von 435 Grad. Dieser synthetische Ester verfügt außerdem über eine hervorragende Schmierfähigkeit und kann in verschiedenen Arten von Zwangskühlgeräten (Pumpen) verwendet werden.
Das synthetische Estermaterial Midel 7131 bestand ursprünglich aus einer großen Menge pflanzlicher Verbindungen und seine Toxizität hat sich als sehr gering erwiesen. In einigen Fällen ist seine Toxizität um ein Vielfaches geringer als die von hochraffiniertem Erdöl. Es kann vollständig biologisch abgebaut werden und ist für Meereslebewesen ungefährlich.
3. Natürliche Ester
Obwohl synthetische Esterflüssigkeiten aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften hinsichtlich der Feuerbeständigkeit das beste Dielektrikum sind, schränken die hohen Kosten von Esterflüssigkeiten ihre breite Anwendung im Vergleich zu allen anderen vorhandenen Isolierflüssigkeiten ein. Aber seit den späten 1990er Jahren, als die Kosten für Esterflüssigkeiten deutlich gesunken sind und synthetische Esterflüssigkeiten entwickelt wurden, die vollständig biologisch abbaubar sind, hat sich für sie ein gewisser Markt entwickelt. Diese von Cooper Power Systems in den USA entwickelte Esterflüssigkeit wird in den USA seit 2006 häufig verwendet. Ihr Handelsname ist EnvirotempFR3. Diese Isolierflüssigkeit besteht aus Rapsöl und ist zweifellos vollständig biologisch abbaubar.
Der Zündpunkt der EnvirotempFR3-Flüssigkeit liegt bei 360 Grad und der Flammpunkt bei 330 Grad. Daher weist es die höchste Zündbeständigkeit aller derzeit auf dem Markt erhältlichen nicht brennbaren Flüssigkeiten auf.
Die Leistung von Esterflüssigkeiten kann mit anderen Isoliermaterialien und Komponenten verglichen werden, die üblicherweise in der Transformatorenherstellung verwendet werden. Es verfügt über eine ausgezeichnete chemische Stabilität, die über die Zeit unverändert bleibt. Seine hervorragenden dielektrischen Eigenschaften reichen aus, um die Anforderungen von Stufenschaltern und Lastkurzschlussschaltern zu erfüllen. Bei ölgefüllten Transformatoren kann es als recycelte Flüssigkeit zum Befüllen des Transformators verwendet werden. Beim Abfüllen durch Recycling muss jedoch berücksichtigt werden, dass es derzeit viele Flüssigkeiten mittlerer Qualität mit niedrigeren Zündpunkten gibt, die die Zündleistung der gemischten Flüssigkeit beeinträchtigen.
Im Vergleich zu Mineralöl haben Esterflüssigkeiten eine niedrige Viskosität und eine bessere Kühlleistung als alle nicht brennbaren Flüssigkeiten. Es hat eine gute Affinität zu Wasser und seine Wasserlöslichkeit ist viel höher als die von Mineralöl. Der Hersteller kommt zu dem Schluss, dass diese Funktion als einer seiner größten Vorteile angesehen werden kann. Wenn EnvirotempFR3 zum Füllen eines Transformators mit Isoliermaterial mit hoher Luftfeuchtigkeit verwendet wird, hat seine schnelle Wasseraufnahmefähigkeit einen guten Absorptionseffekt auf die Feuchtigkeit im Isolierpapier. Der Hersteller kam außerdem zu dem Schluss, dass dieser Wasserabsorptionseffekt den Abbau von Molekülketten im Isolierpapier begrenzt und somit offenbar auch dazu beiträgt, die Lebensdauer von Transformatoren zu verlängern.
Andererseits weist die EnvirotempFR3-Flüssigkeit eine schlechte Oxidationsstabilität auf. Bei normalen Betriebstemperaturen oxidiert es schnell. Daher müssen ölgefüllte Transformatoren das Eindringen von Luft verhindern und über Membrandichtungsvorrichtungen verfügen. Wenn sich die Flüssigkeit in einem dünnen Filmzustand befindet, verstärkt sich die Oxidation. Daher müssen die meisten Hersteller die Keile für aktive Komponenten, die aus dem Öltank entfernt wurden, in die Wicklung „umverpacken“ und jegliche durch Eintauchen und Trocknen verursachte Schrumpfung festklemmen, um den Lufteintritt so schnell wie möglich zu begrenzen. Durch Oxidation können Estermoleküle langkettige Polymere bilden, was zur Bildung einer oxidierten „Oberflächenschicht“ führt, die mit Luft in Kontakt kommt. Bei der Oxidation verbleiben langkettige Moleküle in der Flüssigkeit und erhöhen deren Viskosität, wodurch die Fließgeschwindigkeit und die Kühlwirkung des Öls beeinträchtigt werden
Die Toleranzzeit der Esterflüssigkeitsfüllung muss etwas höher sein als die der Mineralölfüllung, da die Blasendiffusion langsamer ist als die der Mineralölfüllung. Die Zustandsüberwachung von EmvirotempFR3 erfolgt wie bei Mineralöl und es können Proben zur Analyse entnommen werden. Allerdings ist der durch diese Flüssigkeitsentladung erzeugte Wasserstoff geringer als der von Mineralöl und eine übermäßige thermische Belastung führt zu einer Vergrößerung des Gasvolumens. EnvirotempFR3 ist mit silikatischen Flüssigkeiten nicht kompatibel.
