Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Создание и применение изоляционных масел на основе возобновляемого растительного сырья
 

Создание и применение изоляционных масел на основе возобновляемого растительного сырья

Торшин Ю.В., Шарковский В.А.

 

 
Приведены данные, указывающие на интен¬сивные разработки ведущими промышленными фирмами мира нового силового трансформатор¬ного оборудования с экологически чистыми и безопасными изоляционными композициями, из¬готавливаемыми из неисчерпаемого раститель¬но

Приведены данные, указывающие на интен­сивные разработки ведущими промышленными фирмами мира нового силового трансформатор­ного оборудования с экологически чистыми и безопасными изоляционными композициями, из­готавливаемыми из неисчерпаемого раститель­ного сырья. В России в данной области электро­техники работы находятся на начальном этапе и сводятся к разработке и испытаниям изоля­ционных композиций инициативной группой.

Ключевые слова: природные эфиры, «зелёный» трансформатор, окислительная способность, пробивное напряжение.

 

В современных отечественных высоко­вольтных аппаратах теплоотводящей и изоли­рующей средой служит преимущественно трансформаторное масло минерального проис­хождения (ТММ), являющееся горючим, взры­воопасным и биологически неразложимым.

Практически с начала использования ТММ в 90-е годы XIX в. начались взрывы и пожары на трансформаторах. В последние десятилетия XX в. проблемы безопасности осложнились всё возрастающими экологическими требова­ниями, связанными с трудностями утилизации ТММ из-за его низкой биодеградационной способности. Дефицит и рост стоимости угле­водородного сырья, в том числе пригодного для изготовления ТММ (в некоторых случаях его полное исчерпание), также ставят пробле­му поиска его замены. В настоящее время, на­пример, в силовых трансформаторах по всему миру используется 3—4 млрд. л ТММ. По дан­ным ОАО «Холдинг МРСК» только на под­станциях 6—10/0,4 кВ до 2015 г. необходимо заменить около 240 тыс. силовых трансформа­торов. Концепция МРСК при реконструкции объектов связана, в частности, с переводом сетей на более высокий класс напряжения и с приближением трансформаторных подстанций к потребителю. Это обусловливает необходи­мость создания безопасного и экологически чистого оборудования нового поколения. Су­ществует проблема пропения «времени жиз­ни» трансформаторов с истекшим сроком службы, которая решается их перезаливкой, для чего также необходимы жидкости нового типа.

Всё вместе ставит задачу поиска альтерна­тивы минеральному маслу.

Поиски привели к созданию и использова­нию в электротехнике синтетических жидко­стей на основе полихлордифенилов (совтол, аскарели). которые, однако, вскоре были за­прещены к применению из-за высокой ток­сичности и низкой биодеградации.

Жидкости на основе эфира пентаэретрита и синтетических жирных кислот (ПЭТ) типа Midel 7131, кремнийорганические жидкости являются менее горючими по сравнению с ТММ, однако в процессе старения наблюдает­ся резкий рост tgd, возникновение желатина из-за окисления свинца, олова и пр. Стои­мость этих жидкостей существенно больше, чем ТММ, а их производство является вред­ным.

Перфторуглеводородные жидкости (ПФУЖ) типа фожалин, БАФ и др. являются полно­стью негорючими (класс L по классификации МЭК). Использование ПФУЖ, синтезирован­ных в 50-е годы прошлого столетия, ограничи­лось специальными малогабаритными устрой­ствами силовой радиоэлектроники из-за их очень высокой стоимости (стоимость 1 кг та­кой жидкости соизмерима со стоимостью 1 т минерального масла, а перспектив её сниже­ния нет из-за неизбежных технологических за­трат). Удельный вес ПФУЖ почти в 2 раза больше, чем у ТММ. Изоляционные свойства, по крайней мере, сопоставимы с ТММ. По­этому замена ТММ на ПФУЖ, например, в малогабаритном трансформаторе ОАО «Элек­трозавод» типа ТМГ-100/10-У 1 привела бы к его удорожанию с 95 тыс. руб. до 5,5 млн. руб., т.е. почти в 60 раз. Для трансформаторов на более высокие классы напряжения удорожание было бы ещё больше. Это указывает на аб­сурдность использования ПФУЖ в силовых общепромышленных трансформаторах с изо­ляцией барьерного типа. Тем не менее, извес­тен государственный контракт, финансирую­щий проведение работ, в том числе связанных с разработкой силовых общепромышленных трансформаторов с ПФУЖ.

Альтернатива ТММ в виде элегазовой или твёрдой изоляции здесь не рассматривается из — за низкой допустимой длительности пере­грузок аппаратов с такой изоляцией и др.

В последние 20 лет в развитых странах мира всё большее внедрение в качестве охлаж­дающей и изолирующей среды в трансформа­торах находят жидкие изоляционные компози­ции на основе возобновляемого растительного сырья. В западной литературе для названия таких композиций наиболее широко использу­ется словосочетание "natural esters" (природ­ные эфиры). Одним из первых был выдан па­тент на новую изоляционную композицию в США в 1998 г. [1], а в 1999 г. - на трансфор­матор с такой композицией [2]. После этого появились десятки патентов, сообщений об исследованиях и применении таких компози­ций преимущественно в силовых распредели­тельных трансформаторах. Создали и выпусти­ли на рынок ТРМ и трансформаторы с этой изоляцией: "Cooper Power Systems" (США) - композиция "Envirotemp FR 3" на основе рап­совых семян (патент 1999 г.); "ABB Power T&D Company Inc." (США) — композиция "BIOTEMP" на основе семян подсолнечника и сои (патент 1999 г.); "M&I MATERIALS" (Англия) — "Midel®eN" на основе рапсовых семян. Фирмы "Siemens", "Merlin Gerin", "Schneider Electric" , "AREVA" и др. также ве­дут работы в этом направлении. Есть сообще­ния о разработке, изготовлении и поставке фирмой «AREVA» распределительных транс­форматоров на 132 кВ, 90 МВ-А с объёмом ТРМ порядка 30 т, шунтирующего реактора на 245 кВ, 22 МВ-А, с изоляцией ТРМ типа Envirotemp FR,3 и др.

Разработчики называют трансформаторы с ТРМ «green transformers».

Начиная, по крайней мере, с 2004 г. в тру­дах комитетов СИГРЭ А2 «Трансформаторы» и D1 «Материалы» регулярно появляются ста­тьи по разработке ТРМ и трансформаторов на их основе [3,4]. В мае 2011 г. ТК 10 МЭК предположил принять 1-ю редакцию нового стандарта, посвящённого природным эфирам.

 

По данным нескольких источников к на­стоящему времени в мире находится в экс­плуатации несколько десятков тысяч «зелёных» трансформаторов с ТРМ. Укажем некоторые преимущества таких композиций по сравнению с ТММ при их использовании в трансформаторах:

  экологическая чистота, обусловленная высокой способностью к биодеградации, сни­жение проблем утилизации;

        высокая температура воспламенения (350-370°С) и вспышки (300-320 °С), (K-Class по МЭК), резко снижающие вероятность по­жара и взрыва; возможность увеличения на­грузочной способности;

   основные изоляционные характеристики сравнимые с минеральным маслом; улучшен­ное распределение поля в бумажно-масляной изоляции из-за более высокой диэлектриче­ской проницаемости ТРМ;

    более высокая гигроскопичность, чем у ТММ, способствующая уменьшению влагосо- держания в твёрдой изоляции, уменьшению потерь, увеличение срока службы изоляции трансформатора;

   совместимость с целлюлозной изоляцией и с минеральным маслом (новым и состарен­ным); возможность существенного продления времени жизни трансформаторов с ТММ с истёкшим сроком службы путём перезаливки таких трансформаторов;

     неисчерпаемые запасы сырья, возмож­ность использования генно-модифицирован- ных растений, снижение стоимости при увели­чении производства до уровня стоимости ТММ;

    возможность вторичного использования отработанного ТРМ (для биодизеля, лаков и красок);

  отсутствие вредного влияния на здоровье персонала;

   существенное уменьшение размеров трансформатора благодаря новым компоно­вочным решениям, экономия площадей, зани­маемых трансформаторами на подстанциях и т.д.

Приведённые данные по изоляционным свойствам и масштабам использования ТРМ в высоковольтных трансформаторах в промыш- ленно развитых зарубежных странах указыва­ют на новизну и актуальность задачи по раз­работке изоляционных жидкостей нового по­коления и электротехнических устройств с та­кой изоляцией.

В России до начала данных работ не было никаких сообщений о создании и тем более об использовании ТРМ в электротехнических ап­паратах. Например, в справочнике по силовым трансформаторам [5], написанном коллекти­вом из 20 авторов бывшего СССР и изданном в 2004 г., нет сведений о разработке ТРМ и трансформаторов на их основе, хотя первый трансформатор с ТРМ был изготовлен в США для прокатного стана в 1984 г., т.е. за 20 лет до издания справочника.

В 2010 г. авторами статьи было сделано со­общение на международной конференции ТРАВЭК [6] в Москве. Оказалось, что никто из её участников, имеющих отношение к раз­работке трансформаторного оборудования, не только не знал, но и не проявил заметного интереса к теме создания и использования ТРМ.

Применение ТРМ не требует радикальной переработки существующих конструкций трансформаторов. Основное требование — гер­метичность объёма трансформатора и доста­точное на срок службы количество антиокси- данта.

Учитывая всё большую интенсивность раз­вития работ по созданию ТРМ и аппаратов на их основе ведущими фирмами мира, необхо­димо развивать работы в данном направлении и в России. На первом этапе необходимо соз­дать отечественные трансформаторные масла на основе природных эфиров российского происхождения, провести их исследователь­ские испытания по соответствующим стандар­там и сравнить с данными зарубежных масел.

Настоящая статья представляет некоторые результаты реализации первого этапа работы. На следующем этапе необходимо изготовить пилотный образец трансформатора, что можно сделать наиболее простым путём, например, заполнив уже упомянутый трансформатор типа ТМГ-100/10-У 1 ТРМ и провести полный комплекс его испытаний. Достаточно неслож­но также провести перезаливку масляного трансформатора небольших габаритов с истек­шим сроком службы новым трансформатор­ным маслом и испытать его.

Выводы

1. В последние два десятилетия крупней­шие электротехнические фирмы мира ведут интенсивные разработки и поставку на рынок экологически чистых, безопасных силовых трансформаторов («green transformer») различ­ных классов напряжения с изоляцией жидки­ми композициями на основе растительного масла.

2.    В 2009 г. впервые в России разработана, изготовлена, испытана и запатентована жид­кая электроизоляционная композиция на ос­нове растительного масла под условным назва­нием «EcoTransOil©», характеристики которой оказались не хуже зарубежных аналогов, а по некоторым показателям превосходят их. Рос­патент внёс данное изобретение в базу «Пер­спективные изобретения в области Энергетики и Энергосбережения» (такого рода патентов насчитывается 1049 из общего числа патентов 419461, выданных в 1994-2010 гг.), что указы­вает на перспективность и целесообразность интенсификации работ в данной области.

За исключением данной работы, имею­щей инициативный характер, в России не раз­рабатываются, не проектируются, не изготав­ливаются и не рассматриваются в качестве перспективных ни новые жидкие композиции, ни «зелёные» трансформаторы на их основе. К сожалению, ни государство, ни частные фир­мы пока не проявляют интереса к данной теме. Причины такого подхода к теме, имею­щей инновационный (это следует, по крайней мере, из зарубежных разработок «зелёных трансформаторов» и длительного опыта их ус­пешной эксплуатации) характер, можно отчас­ти объяснить оправданным консерватизмом энергетических компаний, больше озабочен­ных проблемой замены устаревшего парка оборудования, но это может привести к отста­ванию России в ещё одном из инновационных направлений развития энергетики XXI-го в.

Список литературы

1. Pat. 576451" l"S. Ds'rectric Fluid for use in Power Distribution Equipment G Goedde. G.Gauger. J.Lapp, A. Yerges. June 16. 199S.

2. Pat. 584901" US. Electrical Transformers Containing Electrical Insulation Fluid Comprising High Oleic Acid Oil Compositions T. Oommen. C.Clibome. September 7, 1999.

3. Y. Bertrand Y. and Hoang L.C. Vegetable Oils As Substitute For Mineral Insulating Oils In Medium-Voltage Equipment // Dl-202. Session CIGRE Paris, 2004.

4. I. Atanasova-Hoehlein, Th. Hammer. Diagnostic Markers for Oxidation Condition of Mineral Oil and Ester Insulating Fluids // Dl-213, Session CIGRE Paris, 2010.

5. Силовые трансформаторы: Справочная книга / Под ред. Лизунова С.Д., Лоханина А.К. М.: Энергоиздат, 2004.

6. Менахин Л.П., Панин А.Л., Торшин Ю. В., Шарковский В.А. Новые типы трансформаторов с экологически чистыми нетоксичными с повышенной взрыво- пожаробезопасностью жидкими композициями на основе возобновляемого растительного сырья // VII Междунар. научно-техн. конф. «Силовые трансформаторы и системы диагностики» М., 2010.

7. Пат. 2405223 РФ. Электроизоляционная жидкая композиция на основе растительного масла / Л.П.Менахин, Ю.В.Торшин, ВЛ.Шарковский. Приоритет от 01.09.2009.

8. Торшин Ю.В. Физические процессы формирования электрического пробоя конденсированных диэлектриков (для внутренней изоляции аппаратов высокого, сверх — и ультравысокого напряжения) М.: Энергоатомиздат. 2008.

 

 

 

 

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Торшин Ю.В., Шарковский В.А. Создание и применение изоляционных масел на основе возобновляемого растительного сырья. Электротехника, №  9,  2011.– С.46-53.
Материал размещен на www.transform.ru: 21.10.2011 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????