En algunos casos, no está permitido instalar transformadores aislados con aceite mineral debido a la inflamabilidad del aceite mineral. Ya en los años 30, el aceite sintético elaborado a partir de bifenilos policlorados (PCB) cumplía parcialmente las normas que restringían el uso de aceite para transformadores. Debido a su naturaleza no biodegradable, los bifenilos policlorados no son beneficiosos para el medio ambiente y eventualmente entrarán en la cadena alimentaria. Además, este material está estrechamente relacionado con la sustancia nociva dioxina, por lo que muchos países del mundo han dejado de utilizar este material para fabricar aceite aislante para transformadores.
El aceite de silicona y el aceite aislante de éster sintético tienen altos puntos de inflamación, buena conductividad térmica y baja viscosidad a bajas temperaturas. Debido a estas propiedades, actualmente es muy utilizado en todo el mundo. Este rendimiento integral puede satisfacer las necesidades de los diseñadores y fabricantes de transformadores en la producción de transformadores no combustibles. Por tanto, con la desaparición de los bifenilos policlorados, el mercado de este tipo de aceite aislante sigue ampliándose. En general, estos transformadores son de estructura convencional, rellenos de aceite mineral ligeramente mejorado o de bifenilos policlorados. Si se aprovechan las ventajas de este aceite, pueden funcionar normalmente a temperaturas ligeramente superiores a las del aceite mineral. Lo más importante es buscar primero alternativas al papel aislante; En segundo lugar, una temperatura de funcionamiento elevada equivale a una densidad de corriente elevada, lo que provoca grandes pérdidas de carga y mayores costes operativos, desviándose del valor del presupuesto de costes inicial.
Expertos de múltiples instituciones han desarrollado métodos para extraer bifenilos policlorados de transformadores, inyectar otros líquidos en los transformadores y manipular adecuadamente los bifenilos policlorados. Pero este procedimiento es difícil de implementar porque muchos países tienen legislación que establece límites muy bajos para el contenido de bifenilos policlorados. Es difícil eliminar trazas de bifenilos policlorados de los transformadores y el costo es extremadamente alto. El policlorobifenilo puede permanecer en los espacios entre el aislamiento, los cables y las láminas del núcleo de hierro, por lo que después de volver a lubricarlo durante un período de tiempo, alcanzará niveles inaceptables. El resultado del reengrase es una disminución en la confiabilidad del transformador, y los transformadores llenos con este aceite aislante deben ser evacuados o reemplazados de manera segura.
1. Aceite de silicona
El aceite de silicona es un tipo de producto Duokaoning comúnmente utilizado en transformadores, que tiene un rendimiento de combustión limitado. El aceite de silicona es un material sintético comúnmente conocido como polidimetilsiloxano, caracterizado por su estabilidad térmica y propiedades químicas. El aceite de silicona se ha utilizado ampliamente en los campos de la medicina, la cosmética e industrias similares durante muchos años y ha logrado buenos resultados de aplicación.
El punto de inflamación del aceite de silicona es muy alto. Cuando la temperatura del aceite es inferior a 350 grados, no arderá, incluso si hay una llama abierta en la superficie del aceite. El calor generado durante la combustión del aceite de silicona es mucho menor que el de los líquidos orgánicos. Tiene un valor de combustión muy bajo y su característica única es que la capa de silicio formada en la superficie del aceite de silicona puede restringir en gran medida la entrada de aire. Los transformadores de distribución utilizan aceite de silicona desde hace muchos años. Actualmente hay miles de transformadores de distribución de aceite de silicona en funcionamiento. La capacidad nominal de estos transformadores es principalmente de 250kV · A~3MV · A, con niveles de voltaje de 11~36kV. Además se han fabricado transformadores de distribución hasta 9MV·A y niveles de tensión de 66kV.
2. Líquido de éster sintético
Los ésteres compuestos o ésteres impedidos se han utilizado ampliamente en aceites lubricantes de alta-temperatura y en campos de transmisión hidráulica, especialmente en turbinas de gas, y normalmente se utilizan como fluidos de transferencia de calor. En este sentido, los ésteres sintéticos han reemplazado en gran medida al petróleo y a muchos aceites sintéticos inestables o tóxicos.
Se ha desarrollado un aceite de éster sintético similar, que puede cumplir los requisitos técnicos del aceite aislante de alto-voltaje. Como aceite aislante, se utiliza cada vez más en transformadores y cambiadores de tomas.
Mica and Insulators Limited en el Reino Unido ha desarrollado un éster sintético llamado Middle7131 Transformer Insulation Oil. Tiene un alto punto de inflamación de 310 grados y un punto de autoignición de 435 grados. Este éster sintético también tiene una excelente lubricidad y puede usarse en varios tipos de dispositivos (bombas) de enfriamiento forzado.
El material de éster sintético Midel 7131 era originalmente una gran cantidad de compuestos de origen vegetal-y se ha demostrado que su toxicidad es muy baja. En algunos casos, su toxicidad es muchas veces menor que la del petróleo altamente refinado. Puede lograr una biodegradación completa y es inofensivo para la vida marina.
3. Ésteres naturales
Aunque las propiedades físicas de los líquidos de éster sintético los convierten en el mejor dieléctrico en términos de resistencia al fuego, el alto costo de los líquidos de éster limita su aplicación generalizada en comparación con todos los demás líquidos aislantes existentes. Pero desde finales de la década de 1990, con la importante reducción del coste de los líquidos de éster y el desarrollo de líquidos de éster sintéticos que pueden ser completamente biodegradados, ha empezado a tener cierto mercado. Este éster líquido, desarrollado por Cooper Power Systems en Estados Unidos, se utiliza ampliamente en Estados Unidos desde 2006. Su nombre comercial es EnvirotempFR3. Este líquido aislante está elaborado a partir de aceite de colza y, sin duda, tiene una total biodegradabilidad.
El punto de ignición del líquido EnvirotempFR3 es de 360 grados y el punto de inflamación es de 330 grados. Por tanto, tiene la mayor resistencia a la ignición de los líquidos no inflamables actualmente en el mercado.
El rendimiento de los líquidos éster se puede comparar con otros materiales y componentes aislantes comúnmente utilizados en la fabricación de transformadores. Tiene una excelente estabilidad química, que se mantiene inalterada con el tiempo. Sus excelentes propiedades dieléctricas son suficientes para satisfacer las necesidades de cambiadores de tomas e interruptores de cortocircuito-de carga. Para transformadores llenos de aceite, se puede utilizar como líquido reciclado para llenar el transformador. Sin embargo, al llenar mediante reciclaje, se debe reconocer que actualmente existen muchos líquidos de calidad media con puntos de ignición más bajos que afectarán el rendimiento de ignición del líquido mezclado.
En comparación con el aceite mineral, los líquidos de éster tienen baja viscosidad y mejor rendimiento de enfriamiento que todos los líquidos no inflamables. Tiene una buena afinidad por el agua y su solubilidad en agua es mucho mayor que la del aceite mineral. El fabricante concluye que esta característica puede considerarse una de sus principales ventajas. Si se utiliza EnvirotempFR3 para llenar un transformador con material aislante de alta humedad, su rápida capacidad de absorción de agua tendrá un buen efecto de absorción de la humedad en el papel aislante. El fabricante también concluyó que este efecto de absorción de agua limitará la ruptura de las cadenas moleculares en el papel aislante, por lo que parece que también ayudará a alargar la vida útil de los transformadores.
Por otro lado, el líquido EnvirotempFR3 tiene poca estabilidad a la oxidación. A temperaturas normales de funcionamiento, se oxidará rápidamente. Por lo tanto, los transformadores llenos de aceite deben evitar la entrada de aire y tener dispositivos de sellado tipo diafragma. Cuando el líquido se encuentra en un estado de película fina, la oxidación se intensificará. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes necesitan "volver a empaquetar" las cuñas de los componentes activos retirados del tanque de aceite en el devanado y sujetar cualquier contracción causada por la inmersión y el secado para limitar la entrada de aire lo más rápido posible. Debido a la oxidación, las moléculas de éster pueden formar polímeros-de cadena larga, lo que da como resultado la formación de una "capa superficial" oxidada que entra en contacto con el aire. Bajo oxidación, las moléculas de cadena larga-permanecerán en el líquido y aumentarán su viscosidad, afectando así el caudal y el efecto de enfriamiento del aceite.
El período de tolerancia del llenado de éster líquido debe ser ligeramente mayor que el del llenado de aceite mineral, ya que su difusión de burbujas es más lenta que la del llenado de aceite mineral. El control del estado de EmvirotempFR3 es el mismo que el del aceite mineral y se pueden tomar muestras para su análisis. Sin embargo, el hidrógeno producido por esta descarga líquida es menor que el del aceite mineral, y un estrés térmico excesivo provocará un aumento del volumen de gas. EnvirotempFR3 es incompatible con líquidos silíceos.
