Жидкая изоляция для устойчивых трансформаторов
Жидкая изоляция — один из способов обеспечения безопасности трансформаторов, которые преобразуют электроэнергию с высокого напряжения на более низкое. Однако до сих пор основным изоляционным материалом в промышленных энергосистемах было минеральное масло, и сейчас крайне необходимы экологичные альтернативы.
Растительные и семенные масла все чаще используются для изоляции электротехнического оборудования. МЭК устанавливает стандарты для этих экологически безопасных изоляционных жидкостей.
В развитых странах электричество используется так, что мы даже не задумываемся об этом. Оно применяется практически для каждого действия, от включения света утром до просмотра телевизора вечером, а также для установки будильника на следующий день. Это одна из особенностей полностью электрифицированного и подключённого к сети общества: предполагается, что электричество всегда будет доступно для удовлетворения любых потребностей. Но для того, чтобы это произошло, многие люди, работающие в сфере коммунальных услуг и промышленности, вплоть до электрика, живущего по соседству, должны убедиться, что соблюдаются многочисленные стандарты безопасности и производительности — большинство из них опубликованы IEC.
Такого беззаботного отношения к электричеству нет в развивающихся странах, где люди лучше осознают его преимущества. Но по мере того, как электроэнергия становится всё более распространённой по всему миру и люди получают доступ к ресурсу, без которого раньше им приходилось обходиться, стандарты безопасности и производительности IEC становятся всё более важными.
Безопасность благодаря жидкой изоляции
Одна из областей, которая редко попадает в заголовки новостей, но, тем не менее, важна для нашей безопасности, — это обеспечение надлежащей изоляции электросети. Все электрическое оборудование должно быть защищено непроводящим материалом или веществом, которое препятствует прохождению электрического тока и предотвращает короткие замыкания и поражения электрическим током.
Жидкая изоляция — один из способов обеспечения безопасности трансформаторов, которые преобразуют электроэнергию с высокого напряжения на более низкое. Жидкость используется из-за её охлаждающего эффекта, который необходим для энергоэффективной работы оборудования и позволяет продлить срок его службы. По оценкам, в трансформаторах по всему миру используется несколько миллиардов литров изоляционных жидкостей.
Изолирующие жидкости начали использовать в начале 1900-х годов, когда начали применять электричество. Согласно этой статье на ResearchGate, нефтяное масло, так называемое минеральное масло, с тех первых дней было основной изолирующей жидкостью в промышленных энергосистемах из-за его хорошей стойкости к старению, низкой вязкости, доступности и низкой стоимости. Нефть была открыта в середине 1800-х годов, и её открытие лишь немного предшествовало появлению электричества.
Однако даже в те далёкие времена некоторые недостатки минеральных масел уже были очевидны. Они легко воспламенялись и оказались опасными для использования в местах, где легко мог возникнуть пожар. С 1930-х годов в промышленности начали использовать изоляционные жидкости на основе полихлорированных бифенилов (ПХБ). Однако ПХБ являются токсичными и стойкими химическими веществами.
По данным профсоюза работников связи Америки, который представляет интересы работников, которые могут контактировать с этими химическими веществами, ПХБ не поддаются биологическому разложению, то есть не распадаются и не разделяются на химические соединения и могут вызывать рак и другие серьёзные проблемы со здоровьем у людей и животных, подвергшихся их воздействию, а также провоцировать значительное загрязнение окружающей среды.
Таким образом, использование ПХБ было запрещено в большинстве стран — в ЕС они были выведены из обращения в конце 1970-х — начале 1980-х годов, — но они всё ещё используются в трансформаторах, которые применялись до их запрета. По словам Иванки Атанасовой-Хойлейн, председателя технического комитета IEC, который стандартизирует изоляционные жидкости для электрооборудования, «во многих странах предпринимаются усилия по выявлению и безопасной утилизации оборудования, содержащего ПХБ».
Переход на экологически приемлемые жидкости
Стремление использовать более безопасные и экологичные жидкости побудило учёных искать альтернативные решения. Этот процесс ускорился за последние 40 лет, поскольку население всё больше осознаёт риски, связанные с загрязнением окружающей среды, и способы её сохранения.
По оценкам компании MRFR, занимающейся глобальными исследованиями рынка, к 2032 году объём производства трансформаторного масла на биологической основе, который в настоящее время составляет около 1,6 миллиарда долларов США, вырастет на 7,3%. В настоящее время доля топлива на биологической основе на рынке составляет около 35%.
Используются устойчивые, возобновляемые, биоразлагаемые и экологически чистые изоляционные материалы, хотя их стоимость остаётся выше, чем у обычных жидкостей. Альтернативой минеральным маслам являются растительные или семенные масла, которые биоразлагаемы и гораздо менее токсичны для окружающей среды. Согласно этому исследованию, у них есть некоторые недостатки, в частности, они более подвержены окислению.
Синтетические эфиры также являются вариантом, поскольку они биоразлагаемы и при сжигании не выделяют загрязняющих газов. Атанасова-Хойлейн говорит, что они также «обладают хорошей устойчивостью к окислению, что позволяет использовать их в таком оборудовании, как тяговые трансформаторы для железнодорожных систем». У них есть и недостатки: они дороже, чем растительные и семенные масла, и производятся из нефтепродуктов, а значит, имеют более высокий углеродный след.
К другим альтернативам относятся углеводороды на биологической основе, получаемые из биогенных отходов, и изоляционные жидкости, получаемые методом преобразования газа в жидкость (GTL). «Они относятся к группе неиспользованных минеральных масел, как указано в одном из наших стандартов», — описывает Атанасова-Хойлейн. Ещё одна альтернатива — переработка отработанных минеральных масел.
Стандарты имеют ключевое значение с точки зрения экологии и безопасности
IEC 60296 широко известен как стандарт, регулирующий использование минеральных масел для изоляции, в том числе углеводородных жидкостей на биологической основе, получаемых в результате процессов преобразования газа в жидкость. Последняя редакция этого стандарта была опубликована в 2020 году и также касается переработки этих традиционных масел. IEC установил большинство необходимых стандартов безопасности и производительности в этой области и всё больше внимания уделяет экологическим требованиям. Натуральные эфиры, такие как растительные масла, стандартизированы в IEC 62770, а синтетические — в IEC 61099, третье издание которого в настоящее время разрабатывается.
По мере того как мы приближаемся к полностью электрическому миру, изоляционные жидкости становятся более востребованными, чем когда-либо, при этом они соответствуют всё более строгим экологическим требованиям благодаря стандартам IEC.