W niektórych przypadkach nie wolno instalować transformatorów izolowanych olejem mineralnym ze względu na łatwopalność oleju mineralnego. Już w latach trzydziestych XX wieku olej syntetyczny wytwarzany z polichlorowanych bifenyli (PCB) częściowo spełniał przepisy ograniczające stosowanie oleju transformatorowego. Ze względu na swój niebiodegradowalny charakter polichlorowane bifenyle nie są przyjazne dla środowiska i ostatecznie dostaną się do łańcucha pokarmowego. Ponadto materiał ten jest blisko spokrewniony ze szkodliwą substancją dioksyną, dlatego wiele krajów na świecie zaprzestało stosowania tego materiału do produkcji oleju izolacyjnego transformatora.
Olej silikonowy i syntetyczny olej izolacyjny na bazie estrów mają wysoką temperaturę zapłonu, dobrą przewodność cieplną i niską lepkość w niskich temperaturach. Ze względu na te właściwości jest obecnie szeroko stosowany na całym świecie. Ta wszechstronna wydajność może zaspokoić potrzeby projektantów i producentów transformatorów w zakresie produkcji transformatorów niepalnych. Dlatego wraz z zanikiem polichlorowanych bifenyli rynek tego typu oleju izolacyjnego stale się rozwija. Ogólnie rzecz biorąc, transformatory te mają konwencjonalną konstrukcję, wypełnione nieco ulepszonym olejem mineralnym lub polichlorowanymi bifenylami. Przy wykorzystaniu zalet tego oleju mogą one normalnie pracować w temperaturach nieco wyższych niż oleje mineralne. Najważniejszą rzeczą jest najpierw poszukiwanie alternatyw dla papieru izolacyjnego; Po drugie, wysoka temperatura pracy równa się dużej gęstości prądu, co prowadzi do dużych strat obciążeniowych i wzrostu kosztów eksploatacji, odbiegających od początkowej wartości budżetu kosztowego.
Eksperci z wielu instytucji opracowali metody ekstrakcji polichlorowanych bifenyli z transformatorów, wtryskiwania innych cieczy do transformatorów i prawidłowego postępowania z polichlorowanymi bifenylami. Procedura ta jest jednak trudna do wdrożenia, ponieważ w wielu krajach obowiązują przepisy określające bardzo niskie limity zawartości polichlorowanych bifenyli. Wyeliminowanie śladowych ilości polichlorowanych bifenyli z transformatorów jest trudne, a koszt jest niezwykle wysoki. Polichlorobifenyl może pozostawać w szczelinach pomiędzy izolacją, drutami i arkuszami żelaznego rdzenia, więc po ponownym naoliwieniu przez pewien czas osiągnie niedopuszczalny poziom. Skutkiem ponownego oliwienia jest zmniejszenie niezawodności transformatora, dlatego transformatory napełnione tym olejem izolacyjnym należy bezpiecznie opróżnić lub wymienić.
1. Olej silikonowy
Olej silikonowy to rodzaj produktu Duokaoning powszechnie stosowanego w transformatorach, który ma ograniczone właściwości spalania. Olej silikonowy to materiał syntetyczny powszechnie znany jako polidimetylosiloksan, charakteryzujący się stabilnością termiczną i właściwościami chemicznymi. Olej silikonowy jest od wielu lat szeroko stosowany w medycynie, kosmetyce i podobnych gałęziach przemysłu i osiąga dobre wyniki aplikacyjne.
Temperatura zapłonu oleju silikonowego jest bardzo wysoka. Gdy temperatura oleju spadnie poniżej 350 stopni, nie będzie się palić, nawet jeśli na powierzchni oleju znajduje się otwarty płomień. Ciepło powstające podczas spalania oleju silikonowego jest znacznie niższe niż w przypadku cieczy organicznych. Ma bardzo niską wartość spalania, a jego unikalną cechą jest to, że warstwa krzemu utworzona na powierzchni oleju silikonowego może znacznie ograniczyć przedostawanie się powietrza. W transformatorach rozdzielczych od wielu lat stosuje się olej silikonowy. Obecnie w użyciu są tysiące transformatorów rozdzielczych oleju silikonowego. Moc znamionowa tych transformatorów wynosi głównie 250 kV · A ~ 3 MV · A, przy poziomach napięcia 11 ~ 36 kV. Ponadto produkowane są transformatory rozdzielcze do 9MV·A i poziomów napięć do 66kV
2. Płynny ester syntetyczny
Estry złożone lub estry z przeszkodą przestrzenną są szeroko stosowane w-wysokotemperaturowych olejach smarowych i hydraulicznych polach przekładniowych, zwłaszcza w turbinach gazowych, i są zwykle stosowane jako płyny przenoszące ciepło. Pod tym względem syntetyczne estry w znacznym stopniu zastąpiły ropę naftową i wiele niestabilnych lub toksycznych olejów syntetycznych.
Opracowano podobny syntetyczny olej estrowy, który może spełniać wymagania techniczne oleju izolacyjnego-wysokonapięciowego. Jako olej izolacyjny jest coraz szerzej stosowany w transformatorach i przełącznikach zaczepów.
W Wielkiej Brytanii firma Mica and Insulators Limited opracowała syntetyczny ester o nazwie Middle7131 Transformer Insulation Oil. Ma wysoką temperaturę zapłonu 310 stopni i temperaturę samozapłonu 435 stopni. Ten syntetyczny ester ma również doskonałą smarowność i może być stosowany w różnego rodzaju urządzeniach z wymuszonym chłodzeniem (pompami).
Syntetyczny materiał estrowy Midel 7131 składał się pierwotnie z dużej ilości-związków roślinnych, a jego toksyczność została udowodniona jako bardzo niska. W niektórych przypadkach jego toksyczność jest wielokrotnie niższa niż wysokorafinowanej ropy naftowej. Może osiągnąć całkowitą biodegradację i jest nieszkodliwy dla życia morskiego.
3. Naturalne estry
Chociaż właściwości fizyczne syntetycznych cieczy estrowych czynią je najlepszym dielektrykiem pod względem ognioodporności, wysoki koszt cieczy estrowych ogranicza ich szerokie zastosowanie w porównaniu do wszystkich innych istniejących cieczy izolacyjnych. Jednak od końca lat 90. XX wieku, wraz ze znacznym obniżeniem kosztów cieczy estrowych i rozwojem syntetycznych cieczy estrowych, które mogą ulegać całkowitej biodegradacji, zaczął mieć określony rynek. Ten ciekły ester, opracowany przez Cooper Power Systems w Stanach Zjednoczonych, jest szeroko stosowany w Stanach Zjednoczonych od 2006 roku. Jego nazwa handlowa to EnvirotempFR3. Ta ciecz izolacyjna wykonana jest z oleju rzepakowego i niewątpliwie wykazuje całkowitą biodegradowalność.
Temperatura zapłonu cieczy EnvirotempFR3 wynosi 360 stopni, a temperatura zapłonu 330 stopni. Dzięki temu posiada najwyższą odporność na zapłon wśród cieczy niepalnych dostępnych obecnie na rynku.
Działanie cieczy estrowych można porównać z innymi materiałami i komponentami izolacyjnymi powszechnie stosowanymi w produkcji transformatorów. Posiada doskonałą stabilność chemiczną, która pozostaje niezmieniona w czasie. Jego doskonałe właściwości dielektryczne są wystarczające, aby zaspokoić potrzeby przełączników zaczepów i przełączników zwarć-obciążeń. W przypadku transformatorów wypełnionych olejem można go stosować jako płyn z recyklingu do napełniania transformatora. Jednakże przy napełnianiu poprzez recykling należy mieć na uwadze, że obecnie istnieje wiele cieczy średniej jakości o niższych temperaturach zapłonu, które będą miały wpływ na skuteczność zapłonu zmieszanej cieczy.
W porównaniu do oleju mineralnego, ciecze estrowe mają niską lepkość i lepszą wydajność chłodzenia niż wszystkie niepalne ciecze. Ma dobre powinowactwo do wody, a jego rozpuszczalność w wodzie jest znacznie wyższa niż w przypadku oleju mineralnego. Producent stwierdza, że tę cechę można uznać za jedną z jego głównych zalet. Jeśli EnvirotempFR3 zostanie użyty do wypełnienia transformatora materiałem izolacyjnym o wysokiej wilgotności, jego zdolność do szybkiej absorpcji wody będzie miała dobry wpływ na wchłanianie wilgoci zawartej w papierze izolacyjnym. Producent stwierdził również, że ten efekt absorpcji wody ograniczy rozpad łańcuchów molekularnych w papierze izolacyjnym, więc wydaje się, że pomoże to również wydłużyć żywotność transformatorów.
Z drugiej strony płyn EnvirotempFR3 ma słabą stabilność utleniania. W normalnej temperaturze roboczej ulega szybkiemu utlenieniu. Dlatego transformatory wypełnione olejem muszą unikać przedostawania się powietrza i posiadać urządzenia uszczelniające typu membranowego. Gdy ciecz ma postać cienkiej warstwy, utlenianie będzie się nasilać. Dlatego większość producentów musi „przepakować” kliny w celu usunięcia aktywnych składników ze zbiornika oleju do uzwojenia i zacisnąć wszelki skurcz spowodowany zanurzeniem i suszeniem, aby jak najszybciej ograniczyć przedostawanie się powietrza. W wyniku utleniania cząsteczki estrów mogą tworzyć-polimery o długich łańcuchach, co powoduje utworzenie utlenionej „warstwy powierzchniowej”, która wchodzi w kontakt z powietrzem. Podczas utleniania-cząsteczki o długich łańcuchach pozostaną w cieczy i zwiększą jej lepkość, wpływając w ten sposób na natężenie przepływu i działanie chłodzące oleju
Okres tolerancji wypełnienia płynem estrowym musi być nieco większy niż wypełnienia olejem mineralnym, ponieważ dyfuzja pęcherzyków jest wolniejsza niż w przypadku wypełnienia olejem mineralnym. Monitorowanie stanu EmvirotempFR3 jest takie samo jak w przypadku oleju mineralnego i można pobierać próbki do analizy. Jednakże wodór wytwarzany w wyniku tego wyładowania cieczy jest niższy niż w przypadku oleju mineralnego, a nadmierne naprężenia termiczne będą prowadzić do wzrostu objętości gazu. EnvirotempFR3 jest niekompatybilny z cieczami krzemionkowymi.
