Uleiul de transformator este un „ulei izolant pentru transformatoare și echipamente electrice similare pentru care este necesară o stabilitate normală de oxidare. „ De asemenea, servește la impregnarea izolației hârtiei acestor componente. În mod tradițional, era ulei mineral foarte rafinat. Uleiurile minerale reciclate sau recuperate corect sunt acum acceptate de cele mai noi standarde internaționale.
Uleiul este un bun conductor termic, iar circulația sa prin radiatoare permite evacuarea căldurii produse de bobine și de circuitul magnetic al transformatorului. De asemenea, permite izolarea dielectrică a înfășurărilor dintre ele. Prin urmare, trebuie să aibă un nivel ridicat de izolație dielectrică și un punct de aprindere ridicat pentru a permite o funcționare sigură. Datorită rezistenței lor scăzute la foc, uleiurile minerale au fost parțial înlocuite de PCB între anii 1930 și 1970. Cu toate acestea, din cauza poluării pe care o pot provoca, PCB-urile au fost interzise. Pentru a combate atât problemele de inflamabilitate, cât și cele de poluare, în ultimele decenii s-au dezvoltat uleiuri substitutive, și anume uleiuri siliconice, uleiuri esterice sintetice și uleiuri vegetale. Din motive economice, aceste soluții au fost utilizate în mod istoric în principal în transformatoarele de distribuție și tracțiune .
Uleiul își pierde proprietățile dielectrice odată cu îmbătrânirea, cauzată în primul rând de oxidare și hidroliză , două fenomene care se accelerează odată cu temperatura.
Uleiul mineral pentru transformator sunt compuse în principal din patru familii de hidrocarburi : a parafinei , a naftene , a compușilor aromatici și alchene . Parafina are dezavantajul de a îngheța rapid și de a preveni funcționarea transformatoarelor pe timp foarte rece. Dacă conținutul de parafină este sub 50%, vorbim de „ulei naftenic”, dacă este între 50 și 56% din „ulei intermediar”, dincolo de „ulei parafinic”.
Produsele aromatice au un efect dublu asupra îmbătrânirii uleiului: datorită efectului pe care îl au asupra oxigenului în prezența luminii, degradează uleiul, pe de altă parte, producția lor de fenoli permite distrugerea surselor de îmbătrânire a radicalilor liberi . Acestea stochează hidrogenul emis de descărcările parțiale . Prin urmare, acestea nu sunt foarte prezente în uleiurile utilizate la transformatoare, care sunt foarte supuse îmbătrânirii, însă sunt lăsate în condensatori și bucșe izolate. De asemenea, alchenele accelerează degradarea uleiului și, prin urmare, sunt îndepărtate. În plus, sulful care poate fi prezent în ulei trebuie îndepărtat. Este într-adevăr foarte coroziv. Cele Furanii , și anume 2-furfuralul trebuie să fie absent. Pentru a limita îmbătrânirea, aditivii antioxidanți sunt adăugați în ulei, acesta fiind denumit ulei inhibat, altfel ulei neinhibat. Acești aditivi dispar în timp, de aceea este indicat să îi reînnoiți.
UmiditateUleiul de transformare trebuie să fie deosebit de uscat. Prezența apei scade drastic puterea dielectrică a uleiului. Dacă este necesar, o pompă cu mecanism de filtrare poate fi montată pe dispozitiv pentru a reduce această valoare.
ImpuritateIzolarea hârtiei transformatorului se descompune în timp în ulei. Aceste fibre scad rezistența dielectrică a uleiului.
Păcură lichefiatăÎn 2013, Shell a anunțat că va putea produce ulei izoparafinic sintetic din uzina Pearl GTL . Uleiul astfel produs conține foarte puțin sulf și produse aromatice. Shell susține că acest ulei se degradează mai lent în timp decât un ulei rafinat, păstrând în același timp proprietățile de conductivitate termică și fluiditate.
Viscozitatea influențează transferul de căldură și , prin urmare , creșterea temperaturii dispozitivului.
Viscozitatea este, de asemenea, importantă pentru pornirea la rece a transformatoarelor. Pentru uleiul mineral, vâscozitatea nu trebuie să depășească 1.800 mm 2 / s la -40 ° C. În plus față de vâscozitate, alți parametri influențează „temperatura minimă de pornire la rece” a unui transformator (LCSET- Temperatura cea mai scăzută de pornire la rece), cum ar fi punctul de turnare al fluidului și rezistența dielectrică a fluidului la temperatură scăzută (de fapt, prezența apei libere în transformator implică un risc semnificativ de avarie electrică).
Vâscozitatea redusă a uleiului mineral este un avantaj pentru disiparea căldurii față de uleiurile pe bază de silicon sau ester.
Rezistență dielectricăRezistența dielectrică trebuie să atingă valori de 70 kV / 2,5 mm . Această valoare de 280 kV / cm trebuie comparată cu cea de 24,4 kV / cm a aerului în condiții normale. „Tensiunea de străpungere“ este o măsură a capacității sale de a rezista la o tensiune electrică într - un dispozitiv.
Aciditate și stabilitate la oxidareDacă uleiul de transformare nu este stabil la oxidare (acțiunea oxigenului asupra uleiului), se formează nămol și aciditate. Descărcările parțiale și câmpurile electrice puternice amplifică fenomenul.
Punct de aprinderePunctul de aprindere al uleiului de transformator trebuie să fie ridicat, peste 135 ° C din motive de siguranță. Depășirea acestei temperaturi poate duce la incendii sau chiar explozii care pot deteriora grav instalațiile din jur.
ÎmbătrânireÎmbătrânirea uleiului se datorează în principal oxidării sale în sine cauzată de prezența oxigenului și umezelii în ulei. Reacția este foarte dependentă de temperatura de la 60 ° C , viteza de dublu , toate creșterile între 8 și de 10 ° C .
Efectele oxidării sunt creșterea factorului de pierdere electrică ( ), a vâscozității, acidității, corozivității și a conținutului de apă al uleiului. Vizual, uleiul oxidat este mai tulbure decât uleiul nou.
Al doilea factor de îmbătrânire este creșterea conținutului de apă care degradează proprietățile dielectrice ale uleiului. Solubilitatea acestuia din urmă crește odată cu temperatura. Cele evacuările parțiale sunt mai multe cauze ale imbatranirii prin gazele care îi eliberează în ulei degradează proprietățile sale dielectrice.
Pentru a combate îmbătrânirea, pot fi utilizate pompe echipate cu sisteme de scurgere și degazare a uleiului, precum și un filtru.
CostPrețul uleiului mineral depinde de prețul petrolului. Din punct de vedere istoric, este mai puțin costisitor decât alternativele sale, ceea ce înseamnă că este încă utilizat pe scară largă, în ciuda dezavantajelor sale: produs periculos în caz de aspirație, poluant, non-biodegradabil și mai ușor inflamabil decât alternativele sale.
Pentru a face referire la uleiuri, folosim un cod. Prima literă desemnează inhibarea uleiului, U este pentru uleiurile neinhibate, T pentru uleiurile slab inhibate și I pentru cele inhibate. Urmează „temperatura minimă de pornire a puterii” .
Transformatoarele conțin până la peste o sută de tone de ulei. Uleiurile minerale nu sunt foarte biodegradabile, astfel încât scurgerile pot provoca daune mediului în general și nivelului freatic în special.
Măsurarea tensiunii de rupere a uleiului constă în plasarea în ulei de testat a doi electrozi din bronz sau oțel de formă semi-eliptică (diametru 36 mm lățime și 26 mm adâncime) standardizați la o distanță de 2,5 mm unul de celălalt. Trebuie să fie curate și să nu aibă cratere din cauza măsurătorilor anterioare. Tensiunea este apoi crescută la o rată constantă de 2 kV / s până la apariția unui șoc electric . Tensiunea atinsă este tensiunea de rupere. Datorită naturii aleatorii a fenomenului care cauzează descărcarea electrică, măsurarea trebuie repetată de mai multe ori (6 în standard), respectând pauzele între fiecare măsurare pentru a permite disiparea gazelor formate în timpul descărcării. Dispersia se datorează impurităților, a căror prezență nu poate fi controlată. Acest aspect statistic conduce la utilizarea transformatoarelor la solicitări electrice care sunt întotdeauna mult mai mici decât rigiditatea medie pentru a avea un coeficient de siguranță ridicat.
Studiul fenomenelor legate de tensiunea de defecțiune a uleiului este destul de complex, mulți parametri intrând în joc. Mai mult, marea incertitudine statistică face ca orice concluzie definitivă să fie întotdeauna supusă prudenței.
Măsurarea umiditățiiPentru a măsura umiditatea din ulei, se folosește de obicei metoda de titrare Karl Fisher.
Măsurarea aciditățiiPentru a măsura oxidarea uleiului, se măsoară pH - ul acestuia . Pentru aceasta, metoda tradițională constă în măsurarea cantității de potasiu alcoolic (KOH alc ) pentru a se adăuga la ulei pentru a-l neutraliza. Este de asemenea utilizată o metodă mai recentă, bazată pe o titrare potențiometrică .
Măsurarea potențial corozivă a sulfuluiPrezența moleculelor de sulf în uleiurile izolatoare minerale poate duce la coroziunea materialelor metalice, ducând în unele cazuri la defectarea transformatorului. Pentru a evita acest fenomen, cele mai recente versiuni ale standardului IEC 60296 includ măsurători ale sulfului potențial coroziv conținut în uleiurile minerale (metoda ASTM D 1275 B sau metoda IEC 62535) și măsurători ale anumitor molecule de sulf care sunt deosebit de agresive pentru metale (măsurarea conținut de disulfură de dibenzil DBDS prin metoda IEC 62697-1)
Acest fenomen de sulf coroziv nu apare la uleiurile pe bază de gaz lichefiat și nici la uleiurile siliconice, uleiurile esterice sintetice sau uleiurile vegetale.
AlteÎn Uniunea Europeană, se aplică reglementările REACH pentru a proteja sănătatea cetățenilor și a mediului. Uleiurile izolatoare minerale sunt hidrocarburi cu vâscozitate cinematică scăzută (mai puțin de 12 centistoke la 40 ° C). Acestea sunt considerate de regulamentul (CE) 1907/2006 REACH ca fiind periculoase pentru sănătate în caz de aspirație.
Prin urmare, acestea trebuie indicate prin pictograma de pericol: SGH 08 pericol pentru sănătate
și poartă mențiunea de pericol: H304 Poate fi fatală dacă este înghițită și intră în căile respiratorii.
Uleiurile ester vegetale și sintetice și uleiurile siliconice nu sunt considerate periculoase de regulamentul REACH.
Un ulei de silicon constă din siloxan polimerizat asociat cu lanțuri organice. Prin urmare, componentele au forma (... Si-O-Si-O-Si ...), în timp ce pentru uleiul mineral este ( ... CCCC ... ). Un exemplu tipic este polidimetilsiloxan (PDMS) cu formula (H 3 C) [Si (CH 3 ) 2 O] n Si (CH 3 ) 3 . Putem face o paralelă cu alcani pentru hidrocarburi .
Uleiurile din silicon au o stabilitate chimică foarte bună, ceea ce înseamnă o bună rezistență la îmbătrânire. În plus, uleiurile siliconice au un punct de flacără aproape de două ori mai mare decât uleiurile minerale, de ordinul a 300 ° C în loc de 150 ° C , ceea ce reduce riscul de explozie al transformatoarelor de putere. Vâscozitatea lor este, de asemenea, scăzută la temperaturi scăzute. În ceea ce privește dezavantajele, s-ar părea că uleiurile siliconice nu oferă același nivel de izolație dielectrică ca și uleiurile minerale pentru volume mari. Vâscozitatea la temperaturi ridicate este mai mare decât cea a altor uleiuri. Costul uleiurilor siliconice este, de asemenea, semnificativ mai mare decât cel al uleiului mineral (cu un factor de aproximativ 8). Lipsa de feedback se joacă și împotriva lor. De asemenea, uleiul de silicon se extinde mai mult sub efectul temperaturii decât uleiul mineral. Sunt cu siguranță inerte, dar greu biodegradabile.
De esteri sintetici , cunoscuți și ca esteri ai pentaeritritolului sau esteri organici, sunt alternative la uleiurile minerale care pot trece testarea biodegradabilitate. Esterii pentaeritritolici sunt cei mai frecvent utilizați esteri sintetici în transformatoare. Pot absorbi mult mai multă apă decât uleiurile minerale, fără ca aceasta să aibă un efect semnificativ asupra rezistenței lor dielectrice. Această abilitate de a absorbi apa poate ajuta la conservarea hârtiei izolatoare a transformatoarelor și la încetinirea îmbătrânirii acestora.
Esterii sintetici au o rezistență dielectrică bună și un punct de foc de două ori mai mare decât cel al uleiurilor minerale. De asemenea, sunt mai scumpe (cu un factor de ordine de 4) decât uleiurile minerale și nu au fost introduse decât la începutul anilor 1980.
De esteri naturali utilizați în transformatoarele constau din trigliceride (R-COO-R „) sintetizați din soia, rapiță sau ulei de floarea soarelui. Ele au fost utilizate de la începutul anilor 1990 și au fost definite de un standard al Comisiei electrotehnice internaționale (IEC) din 2013.
Sunt produse bio-ușor, ușor biodegradabile, care au un punct de foc foarte ridicat (mai mare decât cel al esterilor sintetici și al uleiurilor siliconice) și o capacitate mare de absorbție a apei. Vâscozitatea lor depinde de tipul de ulei vegetal utilizat, dar cel mai frecvent fluid, pe bază de ulei de soia, are o vâscozitate la temperatura camerei similară cu cea a unui ester sintetic și este mai puțin vâscos la temperaturi scăzute. (-20 ° C °).
Există un risc de cristalizare după o perioadă prelungită la temperaturi sub -25 ° C. Stabilitatea la oxidare a esterilor naturali este mai mică decât cea a uleiurilor minerale sau a esterilor sintetici, prin urmare nu se recomandă utilizarea acestora în transformatoare respirabile.
Pentru uleiurile minerale, Nynas , Ergon și Shell sunt producători importanți.
Pentru esterii sintetici, cele mai populare mărci sunt materiale M&I ( Midel 7131 ), Cargill (Envirotemp 200 și mai recent 360), Nyco (Nycodiel) și altele.
Pentru uleiurile siliconice, se poate menționa Dow Corning (Xiameter 561).
Pentru uleiurile vegetale, fluidul Cargill FR3 este cel mai frecvent, urmat de fluidul Biotemp de la ABB .