Biooleje zamiast toksycznych substancji. Naukowcy z Politechniki Lubelskiej pracują nad bezpieczniejszymi transformatorami

Transformatory to jedne z najważniejszych urządzeń w systemie energetycznym. To dzięki nim możliwe jest dostosowywanie napięcia energii elektrycznej do potrzeb przesyłu i odbiorców. Pracują nieprzerwanie, często w pobliżu zabudowań, infrastruktury miejskiej i zakładów przemysłowych. Ich bezpieczne funkcjonowanie zależy między innymi od odpowiedniego chłodzenia oraz skutecznej izolacji elementów znajdujących się pod napięciem.

Obecnie w transformatorach powszechnie stosuje się oleje mineralne. Naukowcy z Politechniki Lubelskiej, we współpracy z ekspertami Politechniki Opolskiej oraz firm Energo-Complex Sp. z o.o. i Nynas ze Szwecji, pracują jednak nad rozwiązaniem, które w przyszłości może zastąpić tradycyjne substancje nowoczesnymi bioolejami.

Bezpieczeństwo pracy transformatorów

Jak wyjaśniają badacze, transformator podczas pracy osiąga zwykle temperaturę od 40 do 70 stopni Celsjusza. Przy wysokim napięciu oznacza to konieczność zastosowania szczególnie skutecznych zabezpieczeń.

– Transformator pracuje zwykle w zakresie 40–70°C. Wysokie temperatury i wysokie napięcie to niebezpieczne połączenie, dlatego niezwykle istotnie jest odpowiednie zabezpieczenie – podkreśla prof. dr hab. Tomasz Kołtunowicz z Wydziału Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej.

Za bezpieczeństwo urządzenia odpowiada między innymi olej, który oddziela elementy pracujące pod napięciem, a jednocześnie reguluje temperaturę. Ważną rolę pełni również preszpan, czyli specjalny papier elektroizolacyjny.

– Mamy więc izolację ciekło-stałą: olej i materiał celulozowy. Ich współpraca jest absolutnie kluczowa dla bezpieczeństwa urządzenia – tłumaczy badacz. Jak dodaje, w tej technologicznej układance szczególnym zagrożeniem jest wilgoć.

Jeśli poziom zawilgocenia przekroczy około 5 procent, może dojść do poważnej awarii. W przypadku transformatora konsekwencje mogą być bardzo groźne: wybuch, pożar oraz skażenie środowiska.

Bioolej przyjazny środowisku

Jedną z najważniejszych zalet bioolejów jest ich biodegradowalność. W przypadku rozszczelnienia kadzi transformatora lub awarii skutki środowiskowe mają być znacznie mniejsze niż przy zastosowaniu tradycyjnych olejów mineralnych.

– Nawet jeśli dojdzie do awarii lub rozszczelnienia kadzi transformatora i olej zanieczyści glebę, to w przypadków stosowania bioolejów skutki środowiskowe będą znacznie mniejsze niż w przypadku olejów mineralnych. Bioolej roślinny jest całkowicie biodegradowalny, nie pozostawiając po sobie śladu – wyjaśnia ekspert z Politechniki Lubelskiej.

Biooleje to specjalne oleje izolacyjne produkowane z surowców roślinnych, z dodatkiem tak zwanego zielonego wodoru. W przyszłości mogłyby one zastąpić oleje mineralne stosowane obecnie w transformatorach.

W prowadzonych badaniach naukowcy wykorzystują olej NYTRO® BIO 300X, opracowany przez szwedzką firmę NYNAS.

– W naszych badaniach wykorzystujemy olej NYTRO® BIO 300X, stworzony przez szwedzką firmę NYNAS, z którą ściśle współpracujemy – tłumaczy prof. Kołtunowicz. Jego parametry zapewniają lepsze chłodzenie transformatora, co prowadzi do obniżenia temperatury uzwojeń dzięki ultraniskiej lepkości w porównaniu do obecnie stosowanych olejów mineralnych.

Dłuższa żywotność i sprawniejsza diagnostyka

Zastosowanie bioolejów może nie tylko ograniczyć negatywny wpływ transformatorów na środowisko, ale także wydłużyć czas ich pracy. Transformatory projektuje się zwykle na 25–35 lat, jednak w Polsce wciąż pracują urządzenia mające 40–50 lat.

Kluczowe znaczenie ma regularna diagnostyka, która pozwala ocenić stan cieczy izolacyjnej oraz materiałów celulozowych.

– Sekretem jest regularna i szybka diagnostyka, dająca informację o kondycji celulozy oraz cieczy izolacyjnej, które są kluczowymi czynnikami decydującymi o realnym czasie życia transformatora. Wymiana, filtracja, usuwanie wody: to potrafi znacząco wydłużyć życie urządzenia – przyznaje naukowiec.

Badacze analizują świeży olej, olej eksploatowany oraz olej oczyszczony i odgazowany. Celem jest stworzenie charakterystyk referencyjnych, które pozwolą szybko i precyzyjnie określać stopień zawilgocenia cieczy izolacyjnej, niezależnie od poziomu jej degradacji chemicznej.

– Analizujemy świeży olej, olej już eksploatowany oraz olej oczyszczony i odgazowany. Tworzymy charakterystyki referencyjne. Chcemy dojść do momentu, w którym w sposób szybki i precyzyjny będziemy mogli określić stopień zawilgocenia, niezależnie od stopnia degradacji chemicznej cieczy – wskazuje prof. Kołtunowicz.

W skład zespołu prof. Tomasza Kołtunowicza wchodzą: dr inż. Konrad Kierczyński, dr inż. Przemysław Rogalski, dr inż. Vitalii Bondariev, dr inż. Paweł Okal oraz dr inż. Piotr Gałaszkiewicz.

Badania prowadzone są w ramach projektu „Innowacyjne materiały w ochronie środowiska i zdrowia”, realizowanego w programie Nauka dla Społeczeństwa II, finansowanym przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.