×

Transformatörlerde Doğal Ester Yalıtım Sıvıları



Transformatörlerde Doğal Ester Yalıtım Sıvıları 

Selin Ertuna Üzey 


Yüz yılı aşkın bir süredir, elektrik yalıtımını garanti etmek, bir arıza durumunda ark oluşumunu bastırmak ve termal kararlılığı korumak için dağıtım transformatörlerinin içinde mineral yalıtım yağları kullanılmaktadır.

Yüksek gerilim tesislerinde yalıtım amaçlı kullanılan bu mineral yağlar, kimyasal açıdan naftanik, parafinik ve aromatik hidrokarbon moleküllerinin bir karışımıdır. Mineral yağlar, elektrik donanımlarında maliyet bakımından uygun sonuç verdiğinden uzun süredir kullanılmaktadır. Ancak, geri dönüşüm işlemlerinin zor olması, toplam sahip olma maliyetinin ve karbon ayak izinin yüksek olması, düşük alevlenme noktasına sahip olmaları, mineral yağların olumsuz özellikleridir. 

Günümüzde, dünya üzerinde çevreye ve insan sağlığına duyarlılık gittikçe önem kazanmış ve zorunluluk haline gelmiştir. Bu sebeple tüm alanlarda çevre ve insan faktörü göz önüne alınarak düzenlemeler yapılmaktadır. Transformatör yağları da bu alanlardan biri olmuş ve başka çözüm arayışlarına gidilmiştir. 

Maliyet ve güvenlik sebebiyle, elektriksel donanımların uzun süre kullanılabilmesi için transformatör yağının seçimi önemlidir.

   Çevre Dostu 

Mineral yağlara alternatif olarak geliştirilen doğal ester yağlar, tohum yağlarından ve performans arttırıcı katkı maddelerinden formüle edilmiştir. Geri dönüştürülebilir ve yeniden kullanılabilir. Petrol, halojenler, silikonlar veya aşındırıcı kükürt içermez.

Doğal ester yağlar, biyolojik olarak kolayca parçalanabilir ve çevre dostudur. Bu, herhangi bir dökülmenin tehlikeli atık olarak ele alınması gerekmediği anlamına gelir, bu da bertaraf ücretlerinden ve olası yasal cezalardan tasarruf sağlar.
 

Tablo 1: Çeşitli sıvılar için biyolojik bozunma grafiği
 
En çok bilinen doğal ester yağlardan biri olan Envirotemp FR3 sıvısı; ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), ABD Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi (OSHA) ve ABD Ulaştırma Bakanlığı (DOT) tarafından tehlikeli olarak listelenmez. ABD Tehlikeli Madde Bilgi Sistemi (HMIS) derecesi hem sağlık hem de reaktivite için 1'dir. Envirotemp FR3 sıvısı, biyolojik birikim yapan veya mutajenik ( mutasyona/değişinime neden olan kimyasal ajan) olarak sınıflandırılmamıştır.

ABD Ulusal Toksikoloji Programı (NTP), Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) monograflarında veya OSHA Yönetmeliği tarafından kanserojen olarak listelenmemiştir. Envirotemp FR3 sıvısının tam yanması sonucu ortaya çıkan ürünler esasen karbondioksit ve sudur.

BEES (Building for Environmental and Economic Sustainability) 4.0 yaşam döngüsü analizine göre FR3, mineral yağlara göre %98 daha düşük karbon ayak izine sahiptir. Trafolarda FR3’ün tercih edilmesi durumunda, Dünyadaki CO2 kaynaklı sera gazı salınımını her sene 1734 ton azaltmak mümkündür. Aksi takdirde mineral yağlardan oluşan CO2 ayak izini silmek için senelik 77000 ağaca ihtiyaç duyulur.

Yangın Riski 

Bir diğer önemli kriter ise yangın tehlikesidir. Her yıl azımsanmayacak trafo arızası yangına neden olur. Yangınlar meydana geldiğinde, sonuçlar dramatik olabilir. Transformatörün yalıtkan sıvısı yanıcı olduğundan yangını uzun süre besleyebilir. Ortaya çıkan duman, insanlar ve diğer canlı türleri için zararlı toksik maddeler içerir.  Transformatör tankı yırtılırsa sıvı sızabilir ve sızan bu sıvılar toprak veya su kirliliğine neden olabilir. Aynı zamanda yakındaki ekipmanlar için de risk oluşturabilir. Bu olay, ilgili tarafların hem itibarını hem de bilançosunu etkileyebilir. 
 
Yalıtım sıvısının yanma eğilimini belirleyen birkaç farklı özelliği vardır. Bunlardan en önemlileri parlama noktası, yangın noktası, kendiliğinden tutuşma sıcaklığı ve ısı yayma hızıdır. Bu özellikleri tanımlayacak olursak:
 
•    Yanma Noktası (fire point):  Bir sıvının tutuşma noktası, tutuştuktan sonra en az 5 saniye boyunca yanmaya devam edeceği sıcaklıktır. 
 
•    Parlama noktası (flash point): Yanıcı bir sıvının parlama noktası, havada tutuşabilir bir karışım oluşturabileceği en düşük sıcaklıktır. 
 
Mineral yağ, silikon sıvı, sentetik ester ve doğal ester sıvılarının yangın performansı karşılaştırma sonucu Tablo 2'de gösterilmektedir. 

Tablo 2: Çeşitli sıvılar için tipik değerler belirtilmiştir. Sınır değerler değildir.
   
Not: Tablo 2'in üçüncü satırındaki yangın güvenliği sınıfları, IEC 61039 tanımını takip eder. Her sınıfın iki karakter kodu vardır. İlk karakter, bir harf yangın noktasını belirtir. “O” harfi, 300 ◦C'den küçük veya buna eşit yangın noktasını ve “K” harfi, 300 ◦C'den büyük yangın noktasını ifade eder. İkinci karakter, düşük ısı değerini (net kalorifik değeri) belirten bir sayıdır. "1" sayısı 42 MJ/kg'a eşit veya daha büyük net kalorifik değeri, "2" 42 MJ/kg'dan düşük net kalorifik değeri 32 MJ/kg'a kadar, "3" ise net kalorifik değeri ifade eder. 32 MJ/kg'dan az. 

Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı, bir malzemenin alev veya kıvılcım yokken bile kendi kendine tutuşacağı ve yangını sürdüreceği en düşük sıcaklıktır. Sıcaklığı yangın noktasının üzerinde kalan bir sıvı, yangına sürekli bir yakıt akışı sağlar. 

 Bir yangın başladığında, ısı yayma hızı yayılma kabiliyetini belirler. Isı salınım hızı, birim zaman başına salınan termal enerji miktarı olarak tanımlanır. Sabit veya artan bir ısı salım hızı, kendi kendine devam eden bir yangına yol açarken, azalan bir ısı salım hızı, bir süre sonra kendi kendine sönen bir yangına neden olacaktır.
Doğal ester yağlar; yüksek parlama noktası, yanma noktası ve tutuşma sıcaklığına sahip olduğu için yangın riskini büyük oranda düşürmekte; bunun yanı sıra düşük bir ısı salım hızına da sahip olduğu için yansa bile kendi kendine sönmektedir.


FM Global ve IEC 61936-1, ilgili testlerinin sonuçlarına dayanarak doğal ester sıvılarının kullanımını; mineral yağlarda yangın güvenliğini sağlamak için kullanılan yangın bariyerleri, yangın söndürme sistemleri ve ekipmanlar arası mesafe ayırmaya eşdeğer bir koruma olarak kabul eder. Yani ekstra maliyete sebep olan bu önemleri, doğal ester kullanımında yapmaya gerek yoktur.

Doğal Ester Yalıtım Sıvıları Seçimi

Kullanılmamış doğal ester yalıtım sıvılarının gereklilikleri IEC 62770 standardı ile tanımlanmıştır. 

IEC 62770- Tablo-1

Standartta fiziksel, kimyasal, sağlık, emniyet ve çevre özellikleri ile ilgili deney yöntemleri ve sınır değerler belirtilmiştir. Bu değerler aşağıdaki tabloda özet olarak verilmektedir. Kullanılmış doğal ester sıvıların bakımı için ise IEC yönergeleri yakın zamanda IEC 62975'de yayınlanmıştır. Daha detaylı bilgilere standartlardan ulaşılabilir. 


Doğal Ester Yalıtım Sıvılarının Trafo Ömrüne Etkisi
IEEE ömür birimine dayalı olarak hesaplama, madeni yağlı transformatörler için 20 yıllık bir minimum ömrü dikkate alır.

Aynı sıcaklık artış limitlerine göre tasarlanmış doğal ester sıvısına daldırılmış bir transformatörün başlangıç maliyetinin, geleneksel mineral yağlı olandan biraz daha yüksek olması beklenir. Fiyat farkı, malzeme maliyeti, satın alınan birim sayısı ve her şirketin pazar stratejisi gibi birçok parametreden etkilenir. Dünyanın farklı yerlerindeki pratik deneyimler, geleneksel madeni yağlı trafolara kıyasla ilk yatırım maliyet artışının +%3 ila +%15'i arasında tipik bir aralık gösterir.

Ancak doğal ester sıvılı trafoların uzun ömürleri, artan kapasite esnekliği ve düşük bakım maliyeti toplam sahip olma maliyetini çok daha düşük seviyelere düşürüp kısa zamanda işletmeyi karlı bir duruma getirmektedir.

Transformatörlerde, yalıtım kağıdı ile ısı alışverişi sırasında normal olarak nem salınmaktadır ve bu nem yağın dielektrik gücünü zayıflatır. Doğal ester sıvısı, eskiyen kağıdın ürettiği suyu çıkarma konusunda olağanüstü bir yeteneğe sahiptir. Bu, sıvının, transformatör yalıtım kağıdının yaşlanma oranını önemli ölçüde azaltmasını sağlar. IEEE C57.100 uyarınca, hızlandırılmış yaşlandırma testleri, doğal ester sıvısında yaşlandırılan Termal Olarak Yükseltilmiş Kağıt(TUK) yalıtımının, geleneksel mineral yağda yaşlandırılan TUK kağıt yalıtımıyla aynı yaşam sonu noktalarına ulaşmasının 5-8 kat daha uzun sürdüğünü göstermektedir.

Aynı çalışma sıcaklıklarında, termal olarak yükseltilmiş kraft kağıdı (TUK veya TUP) için kağıt bozulma oranı 7,4 kat daha düşük ve nötr kraft kağıdı için 5,3 kat daha düşüktür. Bu, bir transformatör için 1,33x ila 2x aralığında tahmin edilebilen ortalama transformatör ömrünün uzamasına yol açacaktır. 


Sonuç:

Doğal ester yağlarla ilgili yukarıda bahsedilen konular, mineral yağlar ile karşılaştırmalı olarak aşağıdaki tabloda sunulmuştur.

 

Bu da bize gösteriyor ki gelecek nesillere daha yaşanılabilir bir çevre bırakmak için, insanların ve diğer canlıların güvenliği için doğal ester sıvılara bir an önce geçilmelidir. Doğal ester sıvısı kullanımı, yüksek yangın güvenliği, düşük karbon ayak izi, uzayan trafo ömrü ve artan trafo kapasitesi esnekliği ve düşük toplam sahip olma maliyetiyle uzun vadede de kazançlı bir seçim olacaktır.
 
Tüm faydalarının yanı sıra kullanımda önemli bir noktaya dikkat edilmesi gerekir. Biyolojik esterler oksijenle temas ettiklerinde zamanla oksitlenirler, bu nedenle atmosfere açık -hava ile doğrudan teması bulunan, genleşme depolu veya nefes alan- transformatörlerde kullanılması halinde yağın ömrü transformatörün ekonomik ömrü kadar uzun olmayabileceğinden atmosfere açık transformatörlerde kullanılması tavsiye edilmez. 
 
Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt