Temat: Ciecze elektroizolacyjne (bez mineralnych).

18.06.2011r

W urządzeniach elektrotechnicznych w wielu przypadkach zachodzi konieczność

stosowania cieczy stanowiących izolatory elektryczne. Izolatory tego typu są nazywane
cieczami izolacyjnymi, olejami izolacyjnymi bądź też olejami elektroizolacyjnymi. Ich użycie
może wystąpić w transformatorach, łącznikach elektrycznych, kondensatorach, kablach i w
innych niewymienionych urządzeniach elektrotechnicznych, gdzie spełniać będą funkcje:



Izolatora elektrycznego



Cieczy chłodzącej



Środka ochrony przed korozją i rdzewieniem

Ciecze (oleje) izolacyjne powinny mieć następujące właściwości:



Stosunkowo małą lepkość, zapewniające efektywne chłodzenie



Dobre właściwości izolacyjne charakteryzowane napięciem przebicia i stratnością
dielektryczną



Niską temperaturę płynięcia zapewniającą pracę w ujemnych temperaturach otoczenia



Bardzo dobrą odporność na utlenianie co zapewniłoby długotrwałą pracę bez
konieczności wymieniania



Bardzo dobre właściwości deemulgujące co zapewniłoby łatwą separację wody w
sytuacjach przypadkowego zawodnienia



Brak zanieczyszczeń takich jak: wolna lub zdyspergowana woda, zanieczyszczenia
stałe, rozpuszczone gazy, metale w stężeniach śladowych, substancje kwaśne itp.



Możliwie wysoką temperaturę zapłonu w celu zmniejszenia zagrożeń pożarowych

Takich właściwości doszukać się możemy w następujących cieczach izolacyjnych:



Oleje mineralne



Oleje silikonowe (syntetyk)



Syntetyczne węglowodory: alkilobenzeny, alkilodifenylonaftaleny, alkilonaftaleny,
polibuteny itp. (syntetyki)



Nowe askarele (syntetyki)



Oleje roślinne

Do najczęściej stosowanych syntetycznych cieczy elektroizolacyjnych należą chlorowane

dwufenyle. Stanowią one mieszaniny chloro pochodnych dwufenylu
o różnych zawartościach chloru, głównie pięciochlorodwufenyl. W porównaniu z olejami
mineralnymi cechuje je:



niepalność,



wyższa odporność cieplna



brak wytrącania osadu jako produktu starzenia



niezmienność lepkości i kwasowości podczas eksploatacji



większa przenikalność elektryczna

Chlorowane dwufenyle są o ok. 1,5-krotnie cięższe i znacznie droższe od olejów

mineralnych, ponadto większość z nich wykazuje wyższą temperaturę krzepnięcia. Działają
drażniąco na skórę, a przy nieostrożnym obchodzeniu się z nimi bywają powodem uczuleń.
Ujemną ich cechą z punktu widzenia ochrony środowiska jest zdolność do odkładania się w
żywych organizmach, co się wiąże z bardzo powolną ich biodegradacją. Z tego względu
stosowanie chlorowanych dwufenyli w elektrotechnice ogranicza się do tych urządzeń,
których eksploatacja, a także późniejsze ich złomowanie, są w odpowiedni sposób
kontrolowane.

Chlorowane dwufenyle stosuje się przede wszystkim jako syciwo do kondensatorów
energetycznych; ze względu na niepalność służą także do napełniania transformatorów
pracujących wewnątrz budynków.

Do rzadziej stosowanych syntetycznych, trudnopalnych cieczy dielektrycznych należą

oleje silikonowe (głównie liniowe polimetylo- lub polimetylofenylosiloksany). Istnieje duża
rozmaitość tych olejów o szerokim zakresie lepkości. Wykazują one małą zależność lepkości
od temperatury; w zakresie temperatur dodatnich odznaczają się natomiast stosunkowo dużą
chłonnością wody. Temperatura krzepnięcia jest bardzo niska (ok. -85C), górna zaś graniczna
temperatura pracy dochodzi do 200C. Wytrzymałość dielektryczna olejów silikonowych jest
mniejsza niż wytrzymałość olejów mineralnych. Starzenie się olejów silikonowych polega na
ich polimeryzacji, w której wyniku przechodzą w stan zestalony o cechach kauczuku. Proces
polimeryzacji można znacznie opóźnić, hermetyzując olej.

Kolejną syntetyczną cieczą elektroizolacyjną są nowe askarele (ciecze askarelowe).

Stanowią one roztwory bifenyli oraz chlorobenzenów. Uznaje się, że nowe askarele nie
powinny zawierać związków uznawanych za szkodliwe dla środowiska. Są one niepalne, a
także nie wydzielają gazów wybuchowych pod wpływem łuku elektrycznego. Charakteryzują
się małą zmiennością lepkości w funkcji temperatury. Ich właściwości zależą od liczby
atomów chloru w cząsteczkach. Nowe askarele znalazły szerokie zastosowanie jako ciecze
izolacyjne: oleje do transformatorów i łączników, jako syciwa w produkcji kondensatorów
papierowych.

Syntetycznym olejem elektroizolacyjnym są również estry organiczne produkowane

na bazie jedno- lub wielowodorotlenowych alkoholi oraz jedno- lub wielozasadowych
alifatycznych kwasów karboksylowych. Cechą charakterystyczną estrów syntetycznych jest
stosunkowo duża przenikalność dielektryczna co jest korzystne, ponieważ jej wartość jest
zbliżona do przenikalności dielektrycznej izolacji stałej w transformatorze. Estry syntetyczne
posiadają wyższą lepkość niż olej mineralny w całym zakresie temperaturowym. Duża
wartość współczynnika przewodnictwa cieplnego, która charakteryzuje ten płyn, powoduje
dużą zdolność do odprowadzania ciepła od uzwojeń transformatora do otaczającej atmosfery.
Estry syntetyczne są w pełni mieszalne z mineralnym olejem transformatorowym. Wykazują
też dobre właściwości smarne, i dlatego mogą być stosowane w transformatorach
wyposażonych w konwencjonalne pompy olejowe. Ulegają łatwej biodegradacji i nie
stwarzają zagrożenia dla środowiska, szczególnie dla wód. Wadą estrów jest ich wysoka
rozpuszczalność w wodzie. Z uwagi na wyższą odporność hydrolityczną oraz odporność na
procesy starzeniowe i destrukcję w polu elektrycznym, coraz większe znaczenie uzyskują
estry polialkoholi i kwasów monokarboksylowych. Wadą olejów estrowych jest wpływ
wilgoci na destrukcję oleju. Charakter chemiczny estrów czyni je podatnymi na hydrolizę, w
wyniku której powstają kwaśne produkty rozkładu. Doświadczenia blisko trzydziestu
ostatnich lat potwierdziły przydatność tego typu cieczy w zastosowaniach elektrycznych. Olej
estrowy posiada nieco wyższy współczynnik stratności dielektrycznej od oleju mineralnego,
jednak wartości napięcia przebicia są porównywalne. Oleje estrowe okazały się stosunkowo
niewrażliwe na śladową obecność wody, w związku z tym woda wydzielająca się w trakcie
eksploatacji transformatora (np. z celulozy) nie wpływa znacząco na pogorszenie parametrów
dielektrycznych. Stwierdzono również pozytywny wpływ oleju estrowego na osuszenie
celulozowych elementów izolacji uzwojeń. Jednak nadal bardzo ważnym elementem
pozostaje ochrona oleju przed wodą z zewnątrz.

Ostatnią grupą cieczy elektroizolacyjnych są oleje roślinne. W początkowym okresie

zastosowanie olejów roślinnych w urządzeniach elektrycznych było ograniczone do
sporadycznych przypadków. Przykładem może być zastosowanie oleju rycynowego do
impregnacji kondensatorów. Zainteresowanie biodegradowalnymi olejami
elektroizolacyjnymi wzrosło w latach 80. po odkryciu bardzo szkodliwego oddziaływania

PCB na organizmy żywe i środowisko naturalne, co spowodowało wycofanie z produkcji
olejów zawierających PCB (oleje estrowe). Z początkiem lat 90. podjęto próby szerszego
zastosowania olejów roślinnych do celów elektroizolacyjnych, głównie jako olej
transformatorowy. Zainteresowanie to wynikało z poszukiwań alternatywnych zamienników
dla drogich, syntetycznych olejów estrowych. Bazowe oleje do produkcji naturalnych estrów
pozyskuje się na drodze tłoczenia nasion roślin oleistych. Ich zaletami są powszechna
dostępność oraz to, że w odróżnieniu od olejów mineralnych pozyskiwane są z zasobów
odnawialnych. Podatność naturalnych olejów estrowych na utlenianie oraz wysokie
temperatury płynięcia było główną przeszkodą do ich stosowania w charakterze olejów
dielektrycznych. Stosuje się go w kondensatorach pracujących w układach impulsowych.
Oleje te wykazują również zadowalającą trudnopalność (temperatura palenia powyżej 300°C).