Soorten en functies van transformatorisolatieolie

Een transformator is een elektrisch apparaat dat wordt gebruikt voor energieomzetting en dat wisselstroom (AC) met een bepaalde spanning en stroomsterkte omzet in een andere spanning en stroomsterkte met dezelfde frequentie. Transformatorolie is een speciaal vloeibaar medium dat is ontworpen voor het isoleren en koelen van transformatoren. Het beschikt over uitstekende isolerende eigenschappen, thermische stabiliteit, vlamboogdovende eigenschappen en oxidatiebestendigheid. Het kan de effecten van hoogspanningsvelden gedurende langere perioden weerstaan, waardoor interne transformatorstoringen zoals vlambogen, ontladingen en explosies effectief worden voorkomen en de normale werking van transformatoren wordt gewaarborgd. Op basis van de bron van de basisolie kan transformatorolie worden onderverdeeld in vier hoofdtypen: minerale olie, plantaardige olie, siliconenolie en synthetische esterolie.

Minerale olie is gebruikt in transformatorolie.Ondergedompelde transformatorMinerale transformatorolie wordt al bijna een eeuw gebruikt vanwege zijn uitstekende elektrische en thermische eigenschappen. Tot op de dag van vandaag blijft het de ideale transformatorolie voor ultrahoogspannings- en extrahoogspanningstransformatoren. Minerale transformatorolie wordt voornamelijk gewonnen uit naftenische en paraffinische oliën. Vanuit moleculair oogpunt bestaat het uit rechtketenige alkanen, isoalkanen, naftenen en aromatische koolwaterstoffen, die elk een specifieke rol spelen in transformatorolie. Rechtketenige alkanen hebben een hoog vriespunt en hebben de neiging waterstof te genereren onder hoogspanningsvelden. Gezien zowel economische als prestatiefactoren worden rechtketenige alkanen over het algemeen niet rechtstreeks gebruikt bij de productie van transformatorolie. Isoalkanen hebben een vlampunt boven 170 °C, een laag vriespunt, een lage zuurwaarde, een goede oxidatiestabiliteit en matige gasvormingseigenschappen, waardoor ze geschikt zijn voor transformatorolie. Naftenen vertonen een laag vriespunt en een relatief laag vlampunt, met matige gasvormingseigenschappen, en voldoen aan de elektrische prestatie-eisen van transformatoren. Monoaromatische koolwaterstoffen, behorend tot de aromatische koolwaterstoffen, hebben goede gasvormende eigenschappen en kunnen worden gebruikt in ultrahoogspanningstransformatorolie. Polycyclische en gecondenseerde aromatische koolwaterstoffen hebben een slechte oxidatiestabiliteit en vormen een gezondheidsrisico, waardoor ze uit transformatorolie moeten worden verwijderd. De ideale samenstelling van minerale transformatorolie bestaat daarom uit isoalkanen, naftenen en kleine hoeveelheden monoaromatische koolwaterstoffen.

Plantaardige transformatorolie wordt geproduceerd uit natuurlijke oliegewassen door middel van persen, raffinage en modificatie. Het biedt voordelen zoals een hoog vlampunt, goede elektrische prestaties, overvloedige grondstoffen, hernieuwbaarheid en biologische afbreekbaarheid. De belangrijkste componenten van plantaardige olie zijn triglyceriden, en de soorten en verhoudingen van vetzuren variëren aanzienlijk tussen verschillende plantaardige oliën. Om een ​​balans te vinden tussen oxidatieweerstand en vloeibaarheid bij lage temperaturen, zijn plantaardige oliën met een hoger gehalte aan enkelvoudig onverzadigde vetzuren de optimale keuze voor de productie van plantaardige transformatorolie. Hoewel plantaardige transformatorolie bepaalde voordelen heeft ten opzichte van minerale transformatorolie, kent het ook uitdagingen. Deze omvatten hogere kosten – ongeveer drie tot vier keer zo hoog als die van minerale olie – hogere viscositeit, gevoeligheid voor hydrolyse met de vorming van zure stoffen, slechte prestaties bij lage temperaturen, oxidatie- en geleringsproblemen, inconsistente prestatienormen voor olie, beperkte ervaring met onderhoud en onvolledige processen. Deze factoren beperken de promotie en toepassing van plantaardige transformatorolie.

Siliconenolie voor transformatoren biedt niet alleen uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen, maar ook voordelen zoals een hoog vlampunt, een laag stolpunt en minimale viscositeitsvariatie met de temperatuur. Het wordt vaak gebruikt als vervanging voor traditionele transformatorolie in transformatoren met een kleine capaciteit onder de 35 kV. Siliconenolie is echter gevoelig voor ontledingsproducten van partiële ontlading of doorslag, heeft een relatief lage stabiliteit tegen elektrische vonken en de isolatiestabiliteit neemt af bij herhaalde elektrische belasting. Daarom wordt siliconenolie doorgaans gebruikt in transformatoren onder de 35 kV, en de bedrijfstemperaturen mogen niet te hoog zijn. Het is belangrijk om te vermelden dat siliconenolie in de vorige eeuw aan populariteit won vanwege de superieure brandveiligheidsprestaties. Vanwege de nadelen op het gebied van milieu en kosten is het echter niet op grote schaal toegepast. Momenteel neemt het gebruik van siliconenolie wereldwijd af en wordt het alleen nog toegepast in bepaalde landen of regio's (zoals de Verenigde Staten) en specifieke industrieën (zoals transformatoren voor tunnelboormachines).

Synthetische estertransformatorolie gebruikt voornamelijk polyolester-basisolie. Het meest opvallende kenmerk is de uitstekende biologische afbreekbaarheid, waardoor het binnen korte tijd door actieve micro-organismen (bacteriën) wordt afgebroken tot kooldioxide en water, zonder het milieu te schaden. Dit maakt het bijzonder geschikt voor toepassingen met hoge milieueisen, zoals offshore windparken. Synthetische estertransformatorolie biedt uitgebreide prestatie-eigenschappen, waaronder goede brandveiligheid, elektrische isolatie-eigenschappen, oxidatieweerstand en verouderingsbestendigheid, naast de biologische afbreekbaarheid. Bovendien vertoont synthetische estertransformatorolie een sterke polariteit en een hoge affiniteit voor watermoleculen, waardoor een hoge doorslagspanning behouden blijft, zelfs bij een hoog vochtgehalte. De vochtbestendigheid is hoger dan die van zowel minerale olietransformatorolie als siliconenolietransformatorolie.