При эксплуатации трансформаторов с КОЖ необходимо ежегодно повторять проверку таких параметров КОЖ, как пробивное напряжение, температура вспышки, влагосодержание и вязкость.
Трансформаторы с КОЖ оценивались не только с точки зрения пожаробезопасности, но и взрывобезопасности. Испытания, проведенные, в частности, фирмой Dow Corning Ltd показали, что в трансформаторах с КОЖ не исключена опасность взрыва, однако она намного меньше, чем при заполнении другими диэлектриками, поскольку КОЖ не поддерживает горения.
Синтетические сложные эфиры типа Midel двух модификаций впервые были разработаны фирмой Micanite & Insulators (Великобритания). Midel 7131 применяется в распределительных трансформаторах с 1978 г. Midel 7221 разработан для конденсаторов. Эфиры не оказывают неблагоприятного влияния на уплотняющие материалы, обладают большей, чем КОЖ, смазочной способностью. Замена трансформаторного масла эфиром возможна без изменения конструкции трансформатора и снижения его мощности. Midel 71.31 может быть применен в выключателях, кабелях и устройствах РПН трансформаторов. Он имеет такую же электрическую прочность, как и трансформаторное масло, хотя у эфира она несколько ниже при неоднородных нолях и больших зазорах между электродами. Испытания также показали, что Midel 7131 может успешно заменять трансформаторное масло для пропитки целлюлозной и полиамидной бумаги Nomeх. При поглощении влаги Midel 7131 ухудшает свои электроизоляционные свойства, но в меньшей степени, чем трансформаторное масло |9|. Все материалы, применяемые в масло- и ПХД-заполненных трансформаторах, пригодны для работы с Midel. Термическое разложение Midel протекает с выделением СО2. Испытания на огнестойкость дали вполне удовлетворительные результаты. Кратковременно эфиры могут работать при 90°С, в течение 50 лет - при 60°С. Эфиры трудно воспламеняются. При пробных испытаниях было отмечено, что при горении эфиры дают небольшое пламя при минимальном количестве образующихся продуктов горения. Midel 7131 предназначен для трансформаторов, работающих в тяжелых условиях, обладает достаточно хорошими смазочными свойствами для работы в высокоскоростных и высоконапорных насосах, подобных применяемым в маслоциркуляционных охладительных системах или защитных механизмах (14). Токсикологические испытания эфиров дали лучшие результаты, чем нефтяные масла. Эфиры полностью биоразлагаемы. Опыт их использования в течение ряда лет не выявил отрицательного влияния на здоровье людей. В Великобритании с 1978 г. эфиром Midel 7131 заполнено свыше 1000 трансформаторов. Лицензии на изготовление и применение Midel 7131 приобретены некоторыми фирмами США, Канады и ФРГ. Процедура перезаливки в трансформатор Midel 7131 вместо ПХД должна предусматривать многократную промывку, при которой добиваются остаточной концентрации ПХД менее 0,1%. Перезаливка трансформатора выгоднее, чем его замена на новый [21, 23]. Электроизоляционные жидкости с торговой маркой Formel NF разработаны фирмой ISC Chemicals Ltd (Великобритания) и по своему составу являются смесью нескольких углеводородов, главным образом перхлорэтилена, тетрафтордихлорэтана и трихлортрифторэтана, т.е. компонентов, уже свыше 20 лет применяющихся в различных областях промышленности. По своим диэлектрическим свойствам этот жидкий диэлектрик не уступает трансформаторному маслу. В связи с меньшей вязкостью и хорошими теплопередаюшими свойствами системы охлаждения с их использованием могут иметь уменьшенный по крайней мере на 50% объем охлаждающей жидкости. Поэтому Formel NF нецелесообразно использовать для перезаливки трансформаторов. Formel NF является взрывобезопасной жидкостью, так как в ее состав не входят атомы водорода. Вследствие низкой точки кипения (103,5°С) и высокого давления паров Formel NF требует герметичного исполнения трансформаторов. Имеются сведения, что Formel NF вступает в реакцию с алюминием и цинком. Стоимость нового диэлектрика на 20% выше, чем трансформаторных масел, но меньше, чем КОЖ и эфиров |27|.
Фирмы South Wales Switchgear и Lindley Thompson (Великобритания) изготовили трансформаторы с Formel NF мощностью 500 кВ · А. напряжением 11 кВ, которые успешно эксплуатируются с 1983 г.
Фирма Babcock Transformers (Великобритания) изготовила 200 трансформаторов с Formel NF мощностью 1,5 МВ · А , напряжением 11/0,4 кВ. Фирма Lindlev Thompson имеет заказы на 100 распределительных трансформаторов мощностью 100 4000 кВ · А , напряжением 24 кВ. В Японии прошли успешные испытания трансформатора, заполненного Formel NF, мощностью 500 кВ · А , напряжением 11/0,43 кВ. Бак, заполненный Formel NF, не имеет специальной газовой подушки. Она создается за счет воздуха, содержащегося в жидкости, а главным образом за счет интенсивного выделения паров Formel NF ,не при нагреве. В связи с высоким давлением паров бак заполняется под вакуумом 15 кПа с установлением вакуума 40 кПа после выделения содержащегося в жидкости воздуха. При 100%-ной нагрузке избыточное давление составляет 110 кПа, при 12о%-ной 1,6 и при кратковременной 150%-ной нагрузке 200 кПа. Перегрузочная способность трансформа гора с Formel NF значительно выше, чем при заполнении другими жидкостями, включая масло. Для зашиты бака от перегрузок не используется спускной клапан, а применяется реле давления с двумя уставками с выходом на систему сигнализации и отключения трансформатора, заполненного Formel NF.
Сравнительные данные по перегревам в масляном трансформаторе и трансформаторе, заполненном Formel NF. приведены в табл. 9.
Таблица 9
| Параметры | Маслянные трансформаторы | Трансформаторы с Formel NF | |||
| 100%-ая нагрузка по стандарту СР10110 | 100%-ная нагрузка | 120-%-ная нагрузка | 100%-ная нагрузка | 120%-ная нагрузка | |
| Температура окружающей среды, ° С | 20 | 19 | 20 | 20 | 20 |
| Наибольшее превышение темпер-ты масла в баке,°С | 55 | 53 | 73 | 53 | 66 |
| Превышение средней темпер-ры, ° С | |||||
| Масла в обмотке | 44 | 42 | 58 | 48 | 59 |
| Обмотки над температурой среды | 65 | 62 | 86 | 58 | 71 |
| Осевой перепад темпер-р в обмотке, ° С | 21 | 20 | 28 | 10 | 12 |
| Темпер-ра наиболее нагретой точки обмотки, ° С | 98 | 95 | 124 | 84 | 100 |
| Давление пара, кПА | - | 100 | 100 | 110 | 160 |
| Обьем жидкости, % | - | 100 | 100 | 86 | 86 |
Исследования показали, что под воздействием электрической дуги Formel NF разлагается с образованием свободных радикалов, которые после рекомбинации образуют хлорфторуглеводороды низкой токсичности. Токсикологические исследования показали, что Formel N1F поддается процессам биоразложения [15|.
Другой, близкой по классу, является разработанная фирмами Prodelec и General Electric изоляционная жидкость Ugilec T(T4), представляющая собой смесь 60% тетрахлордиарилметана с 40% трихлорбензола. предотвращающего интенсивные процессы старения. По своим электроизоляционным свойствам Т4 близка к аскарелям, но уступает им по показателю горючести. Жидкость Т4 в отличие от ПХД поддается биоразложению. Работа с Т4 не представляет токсикологической опасности для персонала при соблюдении элементарных правил техники безопасности. Отмечается слабая токсичность при попадании в желудок и слабое раздражающее действие при соприкосновении с кожей.
В 1980 г. распределительный трансформатор, заполненный t4, мощностью 160 кВ · А, напряжением 20/0,4 кВ был подвергнут испытаниям, успешно их выдержал и был введен в опытную эксплуатацию. Вероятность интенсивно развивающихся процессов старения Т4 требует тщательного контроля в эксплуатации |24|.
Фирма Westinghouse Electric разработала новый жидкий диэлектрик перхлорэтилен (C2 Cl4 ) с торговым названием Wecosol. С 1982 г. изготовлено около 1000 трансформаторов в герметичном исполнении, заполненных этой жидкостью. Эксплуатация подтвердила их взрыво- и пожаробезопасность, большую надежность, чем масляных трансформаторов. В ФРГ аналогичная жидкость под названием тетрахлорэтан разработана фирмой Wacher Trafo-Рег. У перхлорэтиленов высокая теплопроводность, однако они имеют большой коэффициент объемного расширения, низкую температуру кипения, высокое давление пара и точку застывания. Вследствие высокого давления пара и низкой точки кипения перхлорэтилен должен применяться только в закрытых системах. Исследования показали, что промышленный перхлорэтилен вызывает сильную коррозию меди и разрушает органические полимерные материалы. Для устранения этого недостатка в Wecosol вводят 40 500 мг/кг стабилизатора Фирма Westinghonse, выпускающая трансформаторы с Wecosol мощностью 500 - 5000 кВ • А, напряжением до 35 кВ, применяет в обмотках только алюминиевый провод, в то время как с КОЖ могут использоваться алюминиевые и медные проводники. Герметичный бак трансформаторов рассчитан на давление вдвое большее, чем бак трансформаторов заполненных маслом и КОЖ. Трансформаторы, заполненные Wecosol, на 25% дороже масляных, а КОЖ на 35%. ЕРА (США) рассматривает перхлорэтилен как канцерогенное вещество |19].
Для снижения температуры застывания предложена электроизоляционная жидкость, представляющая смесь 75% перхлорэтилена и 25% трансформаторного масла. Трансформаторы имеют азотную подушку. Фирма Westinghouse разработала серию таких трансформаторов мощностью 112,5-10000 кВ · А и напряжением 15 кВ [16, 19, 20].
Для замены ПХД могут быть использованы парафины. Наиболее часто применяемые парафины марок RTEmp и РАО-13СЕ. Жидкость RTEmp производится фирмой RTF Corp. (США) и представляет собой высокоочищенный парафин с высокой молекулярной массой, с содержанием в структурной цепочке свыше 26 атомов углерода. RTEmp получается путем гидрогенизации нефтяных фракций, он малоароматичен, но содержит добавки антиоксидантов. Анализ RTFmp производится методом высокотемпературной газожидкостной хроматографии.