Синтетические изоляционные жидкости. Чистые углеводороды

Полиизобутен является химически стойким продуктом полимеризации масла из ряда полиолефинов. Этот более или менее вязкий пропиточный материал для конденсаторов применяется также для пропитки кабельной изоляции.

Додексилбензол - газостойкая изоляционная жидкость с малой вязкостью из ряда алкольбензолов. Она иногда приме­няется для пропитки кабелей низкого давления с масляной изоляцией, а также конденсаторов.

Аскарели - это полихлорированные дифенилы (РСВ), смешанные с три- и тетрахлорбензолом. Они применяются при изготовлении трансформаторов и конденсаторов. Их марки различаются степенью хлорирования использованного РСВ и содержанием три- и тетрахлорбензола. Аскарели - термически и химически стойкие соединения, являющиеся высококачественными пропиточными материалами с высокой диэлектрической проницаемостью. Они используются в электротехнике начиная с 40-х годов в качестве огнебезопасной изолирующей и охлаждающей жидкости. В то время как в конденсаторах применяются только трихлордифенил и смеси трихлордифенила с дихлордифенилом, в трансформаторах используются клофены из три-, тетра-, пекта- и гексахлор-дифенила, разбавленные для достижения более низкой вязкости три- и (или) тетрахлорбензолом. Они обладают высокой температурой вспышки в отличие от минерального масла, негорючи вплоть до температуры кипения, химически настолько стабильны, что их старение в процессе эксплуатации практически исключено.

Основные электрические характеристики хлорированных дифенилов при 20 °С приведены ниже.

Свойства хлорированных дифенилов при температуре 20 °С и содержании воды менее 10^-5 :

Разрядная напряженность E_d, кВ/см . . . . . . . . . . . . 200 - 300

Диэлектрическая проницаемость e_r при 50 Гц . . . . 4 - 6

Плотность g, г/см³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,35 – 1,55

tg d при 50 Гц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .< 10^-3

Хлорированные дифенилы имеют такие же зависимости разрядного напряжения от содержания воды, как и минеральное масло.

Проблема применения высокохлорированных дифенилов заключается в том, что они легко аккумулируются в живых организмах и трудно выводятся из них, а поэтому опасны экологически. Кроме того, из аскарелей, особенно на базе высокохлорированных дифенилов, при окислении и высокой температуре в небольших количествах образуются полихлордибензолфуран (PCDF) и полихлордибензолдиоксин (PCDD), а также высокотоксичный 2,3,7,8-тетрахлордибензол-Р-диоксин (2,3,7,8-TCDD). С этим необходимо считаться, если, например, трансформатор с аскарелем находится в зоне пожара и его бак повреждается. Поэтому изготовление РСВ в некоторых странах запрещено, а их использование в других странах строго регламентировано. Однако не исключена возможность возникновения пожаров, во время которых при 1200 °С могут образовываться токсичные вещества.

Заменители аскареля для конденсаторов. Для замены хлорированных дифенилов в последние годы разработаны новые синтетические не содержащие хлора биологически безопасные углеводороды, обладающие хорошей термической стойкостью и способностью абсорбировать водород. Вследствие экологической безопасности и хороших диэлектрических характеристик перспективны для пропитки изоляции косинусных конденсаторов такие жидкости, как BNC, РХЕ, MIPB и баулектроль 4900 (изготовитель - фирма Bayer), дитолиловый эфир (DTE).

Заменители аскареля для трансформаторов. Для трансформаторов в настоящее время разрабатываются как содержащие, так и не содержащие хлор жидкости; некоторые из них находятся в опытной эксплуатации.

Заменители, не содержащие хлор, имеют высокие температуры вспышки (от 210 до 305°), воспламенения (от 310 до 360°) и самовоспламенения (400°С). Для окружающей среды эти заменители опасны в такой же степени, как и обычное углеводородное масло. Их недостатком чаще всего является меньшая, чем у аскареля, теплопроводность. Дуга в них образует частично горючие и взрывоопасные газы. К таким заменителям относятся высокотемпературные углеводородные масла (НТК), силиконовые жидкости и сложные эфиры на базе карбоксилат-эфира.

Примером хлорсодержащего заменителя может служить тетрахлорэтан или смесь дихлорбензолдихлортолуола с трихлорбензолом, находящаяся в пробной эксплуатации. Такая смесь вообще негорюча, дуга в ней не образует горючих или взрывоопасных газов, однако она обладает экологически опасными свойствами, хотя и не такими, как аскарель.

Что касается широкого использования заменителей аскареля в силовых конденсаторах и прежде всего в трансформаторах, то пока накоплен небольшой опыт и не выработаны необходимые критерии, а поэтому требуется проведение специальных исследований в этом направлении.

Силиконовые жидкости (иногда их еще некорректно называют силиконовым маслом) представляют собой чистые линейные полидиметилсилоксаны, основа молекулы которых состоит из связи кремния и водорода с двумя остатками метила. Эти жидкости наряду с рассмотренными синтетическими не содержащими хлор углеводородами предназначаются для замены аскарелей в конденсаторах и силовых трансформаторах, когда к последним предъявляются повышенные требования в отношении пожарной безопасности. Силиконовые жидкости отличаются от аскарелей токсилогической, физиологической и экологической безопасностью. Термически (до 300°C) и химически (не окисляются в воздухе при температуре до 180 °С) они очень устойчивы, поэтому в условиях эксплуатации не стареют и обладают хорошими диэлектрическими свойствами. Разрядная напряженность E_d » 300 - 400 кВ/см; e_r » 2,6; tg d< 10^-4.

Температурная зависимость вязкости силиконовых жидко­стей слабо выражена. Температура, при которой исчезает текучесть, низка. По сравнению с минеральными маслами эти жидкости имеют более высокие температуры вспышки и воспламенения. Однако следует подчеркнуть, что они гораздо дороже, чем минеральные масла. Что касается использования жидкостей в конденсаторах, то они имеют более низкую диэлектрическую проницаемость, чем аскарели. Кроме того, необходимо учитывать, что силиконовые жидкости хуже передают тепло, чем минеральное масло, имеют заметно больший коэффициент теплового расширения и меньшую электрическую прочность при больших расстояниях между электродами. Их tg d примерно такой же, как и у минерального масла.

Концентрация насыщения воды при 25 °С равна 0,2 %. Следует заметить, что определение малых содержаний воды по методу Карла-Фишера для силиконовых жидкостей дает ненадежные результаты. Причиной этого является то, что полидиметил-силоксаны не только физически растворяют воду, но и химически ее абсорбируют. Оксид силоксана способен захватывать воду и создавать проводящие мостики. Поэтому необходимо модифицировать объемно-метрическую методику Карла-Фишера в отношении реагентов и растворителей. Лучше использовать калориметрический способ определения содержания воды в силиконовых жидкостях с соответствующими реагентами. Методика определения содержания воды в силиконовых жидкостях с указанием соответствующих титрирующих растворов в виде рекомендации МЭК находится на стадии подготовки.