MTA – KAB: Bukaresti Villamosmérnöki tudományok Nemzeti Kutató Intézete INCDIE ICPE-CA regionális munkabizottság
Környezetbarát transzformátorolaj előállítása és jellemzése Preparation and characterization of environmentally friendly transformer oil This work was financially supported by the UEFISCDI of Romania, under the scientific Programme PNII – contract PCCA 100/2014
Dr. LINGVAY József, INCDIE ICPE-CA, Bukarest, E-mail:
[email protected] EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Összefoglaló: Tekintettel arra, hogy az ásványi eredetű szigetelő olajok használatának a környezetre számottevő negatív kihatása van, dolgozatom célja tanulmányozni ezek helyettesítésének a lehetőségét (természetbarát termékekkel) az elektoenergetikai berendezésekben (transzformátorok, kábelek, kondenzátorok stb.).
Kulcsszavak: transzformátor olaj, szigetelő olaj, környezetvédelem, biodegradáció
EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Bevezető Az elektoenergetikai berendezésekben számottevő mennyiségű ásványi olajat használnak (világszinten több százezer tonnát). A berendezések meghibásodásakor, valamint ezek üzemből való kivonása után, az elfojt ásványi olajok komoly környezetszennyezési problémákat okoznak / okozhatnak
Washington DC (USA) 2011 – a meghibásodott transzformátorból kb. 21.000 liter ásványi olaj folyt szét a talajra és a Potomac folyóba EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Szigetelő olajok Az elektromos berendezések üzemeltetését biztosító olajokkal szemben támasztott főbb elvárások: minél kisebb εr, alacsony vezetőképesség és veszteségi tényező tgδ; minél nagyobb átütési feszültség; alacsony viszkozitás – minél jobb hővezető képesség; minél magasabb gyulladási hőmérséklet; minél kisebb oldott víztartalom; magas vegyi stabilitás – a berendezésekben használt anyagokat (réz, acél, alumínium, cellulóz – papír stb.) ne rontsa, ne korrodálja; könnyű hozzáférhetőség – alacsony ár. Műszaki szempontból - ideális megoldás: szilikonolaj – nagyon drága szintetikus észterek - drága - kompromisszum: ásványi olajok – aránylag olcsó
EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Környezetvédelmi szempontból: • legyen környezetbarát: elállítása regenerálható/újratermelhető anyagokból (lehetőleg növényi); • ne tartalmazzon a természetre káros anyagokat; • a természetbe jutva legyen biológiailag könnyen lebontható (magas biodegradabilitás)
Az olajok biodegrabilitása EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Tulajdonság - paraméter
Ásványi D3487
Növényi
Olvadáspont [C]
-46,2 21,2
-16,5
Hő kapacitás & 20C[cal/g0C]
0,488
0,5 - 0,57
Gyulladási hőmérséklet [C]
≥145
≥327
Viszkozitás [cSt] (ASTM D 445)
≤ 76 & 0C 170 250 & 0C 12 40 & 40C 33 45 & 40C ≤ 3 &100C 8 10 & 100C
Veszteségi tényező – tg. δ (IEC 250)
≤ 0,05 & 25C ≤ 0,3 & 100C
0,25 25 & 0C ≤ 1 & 100C
Átütési feszültség (IEC 641)
min. 30 kV
min. 39 kV
Víztartalom
≤ 10 - 25 ppm
≤ 10 - 100 ppm
Biodegradáció [% 21 nap alatt] (CEC-L-33)
30
97 - 99
Megállapítható: - az elektroenergetikai alkalmazásokban, a növényi eredetű olajok számításba jöhetnek EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Tapasztalat: • A víz oldhatósága 25 C -on az ásványi olajokban kb. 60 mg/kg, a növényi olajokban elérheti a. 3000 mg/kg-ot is. Az a vízmennyiség, ami ezeket az értékeket meghaladja, vízcseppek formájában kiválnak és számottevően rontják az ásványi olajak szigetelését; • az ásványi olajokhoz képest (telített - alkánok és telítetlen -alkének szénhidrogének keveréke), a növényi eredet olajok kompatibilitása a papírszigeteléssel, sokkal jobb, mint az ásványi eredetű olajoké; A növényi eredetű olajok főleg triglicerideket tartalmaznak:
A keletkezett zsírsavak, a cellulóz –OH gyökeivel reakcióba lép és észterezet (transz) cellulóz keletkezik, ami számottevően növeli a papír (és a szigetelések) stabilitását
Kísérleti rész – anyag és módszer magas oleinsav észter tartalmú (75% fölötti) napraforgó olaj lett előállítva villamos ipari alkalmazásokra (kísérleti modell bioKM) összehasonlító vizsgálatok külonböző szigetelő olajokon: bioKM és Biotemp (növényi); MOL TO30 és Nynas (új ásványi); 30 – 34 évig használt TR30 (ásványi) és Luminol Tri 205 L Drum (szintetikus észter) - termikus stabilitás - termikus analízis módszerével (TG+DTA+DTG); - biodegradabilitás - mikrobiológiai módszerek; - dielektromos jellemzők.
EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Kísérleti eredmények és azok értelmezése - termikus stabilitás
Ásványi eredetű szigetelő olajokon rögzített jellegzetes termikus diagram: Stabil kb.1000C-ig; begyullad kb.125-130 0C-on
Szintetikus észter alapú szigetelő olajokon rögzített jellegzetes termikus diagram: Stabil kb.1600C-ig; begyullad kb.225-230 0C-on
TG /% 100.00
[1] Ule i Es antion 1-10-30-1000-cr e uze t Pt far a capac-ae r sinte tic-13-11-2014.dsv TG DTA DTG -43.71
%
DTG /(%/min) DTA /(mW/mg) [1] exo 0.00
414.7 °C
351.3 °C
12.0000 -2.00 80.00 520.1 °C
10.0000 -4.00
521.7 °C
474.9 °C 60.00
8.0000 -6.00
-99.96 %
6.0000 40.00
-8.00
-36.28 %
345.4 °C
4.0000 -10.00
20.00 2.0000
200.9 °C
-19.96 %
149.7 °C
-12.00 [1]
411.3 °C
[1]
0.00 100.0
200.0
300.0
400.0 Temperature /°C
500.0
600.0
0.0000
700.0
A bioKM napraforgó olaj alapú szigetelő olajoon rögzített jellegzetes termikus diagram: Stabil 149,700C-ig; begyullad 2000C fölött
Kísérleti eredmények és azok értelmezése - biodegradabilitás
A megvízsgált olajok biodegradabilitása CZAPEK- DOX táptalajon [termőtest/cm2] Próba 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Olaj Referencia (olaj nélkül) bioKM Luminol Tri 205 L Drum Biotemp MOL TO 30.01 (új) Nytro Taurus (új) TR 30 (30 évig használt) TR 30 (34 évig használt) TR 30 (32 évig használt)
Kén tartalom (XRF) [%] 0 0 0 0 0,03 0,04 0,14 0,15 0,14
Kísérleti eredmények és azok értelmezése - dielektromos/funkcionális jellemzők
EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
Következtetések: A bioKM növényi eredetű olaj a kőolajból előállított (ásványi) olajokhoz képest: környezetkímélő, magasabb gyulladási hőmérséklet (kb. 1000C-al); jobb termikus stabilitás; Valamivel nagyobb viszkozitás és veszteségi tényező; Megfelelő átütési feszültség Tehát: - az előállított bioKM növényi eredetű olaj
paraméterei hasonlóak mint a referencia Biotemp (ABB) olajé, alkalmazása az elektroenergetikai berendezésekben lehetséges és előnyös ! EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
EME – Természettudományok, Kolozsvár, 2016. november 26.
This work was financially supported by the UEFISCDI of Romania, under the scientific Programme PNII – contract PCCA 100/2014
?
EU
?
….Ha ez a szép rege Igaz hitté válna, Óh, de nagy boldogság Szállna a világra. Ez a gyarló ember Ember lenne újra, Talizmánja lenne A szomorú útra. Golgota nem volna Ez a földi élet, Egy erő hatná át A nagy mindenséget. Nem volna más vallás, Nem volna csak ennyi: Imádni az Istent És egymást szeretni… (ADY Endre)
FAVÁGÓ ……………….. - Ejh, döntsd a tõkét, ne siránkozz, ne szisszenj minden kis szilánkhoz! Ha odasújtsz körül a sorshoz, az úri pusztaság rikoltoz a széles fejsze mosolyog. József Attila, 1929. november / 1931. február
…..”pénzváltók pénzét kitölté, az asztalokat pedig feldönté”; …...”ne tegyétek az én Atyámnak házát kalmárság házává”.
