Hans Følsgaard – NYTRO® BIO 300X til transformere
Det nye biobaserede alternativ fra Nynas
Er NYTRO® BIO 300X en mineralolie eller en ester?
NYTRO® BIO 300X er hverken en mineralolie eller en ester – Det er en biobaseret kulbrinte, som er nemt bionedbrydelig og med ultra-lav viskositet. Det betyder i praksis, at det har udseendet og fornemmelsen af en fantastisk mineralsk isoleringsolie, og alligevel giver det en bæredygtig og miljøvenlig løsning uden at gå på kompromis med effektiviteten. Det har det bedste fra begge verdener. Desuden har naturlige estere væsentlige ulemper; nemlig lav oxidationsstabilitet, høj viskositet og dårlige dielektriske egenskaber under flere forskellige betingelser [1-5] – det betyder i praksis, at man skal foretage konstruktionsændringer af en transformer, hvilket normalt koster mere end en ny fyldt med mineralsk isoleringsolie. NYTRO® BIO 300X har fremragende oxidationsstabilitet, lav viskositet og med dielektriske egenskaber, som er meget mere sammenlignelige med mineralolier end med estere. Derudover har NYTRO® BIO 300X den laveste viskositetsprofil blandt alle biobaserede isoleringsvæsker på markedet i dag, hvilket giver mulighed for at optimere en transformer på grund af forbedret konvektiv varmeoverførsel. NYTRO® BIO 300X ikke bare opfylder men overgår kravene i IEC 60296 Ed 5 (2020).
Biobaseret og bionedbrydelig – Hvad er forskellen?
NYTRO® BIO 300X er både fuldt biobaseret (ASTM D6866) og nemt bionedbrydeligt (OECD 301), men disse to begreber bliver ofte forvekslet. Et biobaseret produkt er et, der består af materialer af biologisk oprindelse, bortset fra fossile materialer og/eller materialer, der indgår i geologiske formationer. Et stofs biobaserede kulstofindhold er en smart måde, hvorpå man kan kontrollere, om selve materialet er hovedsagelig biobaseret, hvor radiocarbonanalyse af kulstof-14-prøver anvendes. NYTRO® BIO 300X består af >99 % biobaseret kulstof og er således en fuldt fornybar kulbrintekilde. Derudover er NYTRO® BIO 300X nemt bionedbrydelig, men det har stort set ikke noget at gøre med det faktum, at det er biobaseret. Bionedbrydelighed er et spørgsmål om, hvorvidt stoffet effektivt kan nedbrydes af levende organismer i naturen. NYTRO® BIO 300X er en meget ren, ikke-økotoksisk kulbrinte med relativt lav gennemsnitlig molekylvægt sammenlignet med typiske mineralisoleringsolier, og det er hovedårsagerne til, at det er nemt bionedbrydeligt. Konklusionen er, at hvis en isoleringsvæske på markedet hævdes at være nemt bionedbrydeligt, siger det overhovedet ikke noget om selve materialets oprindelse.
NYTRO® BIO 300X er en biobaseret kulbrinte, som har udseendet og fornemmelsen af en fantastisk mineralsk isoleringsolie, og alligevel giver det en bæredygtig, og miljøvenlig løsning uden at gå på kompromis med effektiviteten.
Spørgsmål, man altid skal stille om en alternativ væske:
- Hvad er det biobaserede kulstofindhold?
- Er det nemt bionedbrydeligt?
- Hvilke tilsætningsstoffer anvendes i produktet og i hvilke koncentrationer?
NYTRO® BIO 300X er både fuldt biobaseret og nemt bionedbrydeligt.
Hvad med klimaaftrykket?
Tager man højde for råvareindkøb, transport og produktion (vugge-til-grav) samt kulstofbinding fra råmaterialet tidligt i levetiden, har NYTRO® BIO 300X et negativt klimaaftryk. Hvis man sammenligner med naturlige estere – som er baseret på vegetabilsk frøolie, har de typisk et større klimaaftryk. NYTRO® BIO 300X konkurrerer også meget mindre med fødevareafgrøder. Dette skyldes, at de fleste naturlige estere er fremstillet af de samme olier, som man bruger i fødevareindustrien. For så vidt angår NYTRO® BIO 300X, er de fleste råvarer biprodukter snarere end selve hovedafgrøden. I mange tilfælde er vandforbruget på grøntsagsafgrøder meget højt, og dette bør man tage med i betragtning ved vurdering af et biobaseret produkt. NYTRO® BIO 300X er også fuldt genanvendeligt, og de genvindings- og genraffineringsteknologier, der anvendes i dag til mineralolier, er helt tilstrækkelige til at blive anvendt til NYTRO® BIO 300X. Til sammenligning er de genanvendelsesteknologier, der er tilgængelige til estervæsker, begrænsede. Genraffinering via hydrogenbehandling er ikke en mulighed for estere, men det er det for kulbrinter. Genvinding via adsorbenter (som fx ler) er mere kompliceret for estere på grund af deres polære natur og de forskellige additiver, som muligvis skal udskiftes.
Hvorfor er oxidationsstabilitet vigtig?
Det er velkendt i energibranchen, at det forventes, at transformere har en lang levetid, normalt 40 år. Faktisk ønsker man endnu længere designlevetid for at sænke investeringsudgifterne og øge bæredygtigheden. Forsyningsselskaber og aktivoperatører ønsker ikke at skulle foretage større vedligeholdelsesarbejder på en transformer i denne periode. Vedligeholdelse af isoleringsolie omfatter normalt aktiviteter som fx efterfyldning af inhibitorer, olieindvinding eller olieudskiftning. For at minimere den påkrævede vedligeholdelse af isoleringsvæsker er den bedste løsning at bruge et produkt med fremragende oxidationsstabilitet. NYTRO® BIO 300X har fremragende oxidationsstabilitet, som ikke alene opfylder men også overgår de strengeste krav for accelererede aldringstest i henhold til IEC 61125, dvs. ingen væsentlig syreproduktion efter 500 timer ved 120 °C i testen. Naturlige estere har meget dårlig oxidationsstabilitet (typisk kun 48 timer i den samme test, og de producerer syrer), og som følge heraf er naturlige estere i virkeligheden kun en holdbar løsning i hermetisk forseglede transformere i en distributionskontekst. Efterhånden som transformere bliver større end omkring 1 MVA og over 33 kV, bliver det mere udfordrende at opnå en hermetisk forseglet konstruktion (på grund af termisk ekspansion og sammentrækning). Mellemstore og store effekttransformere vil typisk have en konservator, og selvom der anvendes en gummipose, bør brugen af naturlig ester overvejes nøje, for hvis der er iltindtrængning, vil den naturlige ester gennemgå meget hurtigere oxidation, end forsyningsselskaber er vant til med mineralolier. NYTRO® BIO 300X har ingen begrænsninger i forhold til brug i fuldstændigt frie udluftningstransformere takket være dens fremragende oxidationsstabilitet.
Hvorfor er lav viskositet vigtig?
En strømtransformer er først og fremmest en elektrisk maskine, men ved nærmere eftersyn er den en termisk maskine. Varme genereres på grund af varmetabet, og rumtemperaturen samt belastningssvingninger fører til temperaturændringer i selve enheden. Varme skal fjernes så effektivt som muligt for at sikre, at en transformer fungerer pålideligt i dens mange årtiers driftstid. Isoleringsvæsken fungerer som en varmeoverføringsvæske, og lavere viskositet betyder bedre varmeoverførsel og lavere temperaturer. Naturlige og syntetiske estere er meget tykkere og tyktflydende væsker end mineralolier, og sammenlignet med NYTRO® BIO 300X er de cirka 10 gange mere viskose. I praksis, hvis man tog en bestemt transformer og kun ændrede væsken og intet andet, ville den med NYTRO® BIO 300X have en væsentligt lavere vikling og hotspottemperatur, typisk 8 til 15 grader lavere end den, der er fyldt med ester, afhængigt af transformerens konstruktion. Væsker med lavere viskositet fører til lavere temperaturer for et givet design, især hvor der anvendes (flydende) naturlig konvektion [6]. Med NYTRO® BIO 300X, kan transformerkonstruktioner optimeres, så man potentielt kan spare på kobber og generel størrelse på grund af den forventede lavere temperatur for standardudgaven (mineralolie), og det giver således en væsentlig margen i forhold til de garanterede temperaturstigningskrav.
| Insulating Liguid | Viscosity at 40ºC |
| NYTRO BIO 300X | 3.7 |
| NAPHTHENIC MINERAL OILS | 7.0 – 11 cSt |
| SYNTHETIC ESTERS | 29 – 34 cSt |
| NATURAL ESTERS | 32 – 40 cSt |
Hvor vigtigt er flammepunktet?
Naturlige og syntetiske estere har højere flammepunkter end typiske mineralisolerende olier, men den positive indvirkning, dette har på transformerens pålidelighed, er ofte overdrevet. For det første fastsætter flammepunktet på en væske kun dets brændbarhed og ikke dets elektriske adfærd i transformeren. Faktisk er både naturlige og syntetiske estere mere tilbøjelige til at starte elektriske udladninger i visse situationer i en transformer end mineralolier, og deres evne til at slukke selve lysbuen er mindre effektiv, end den er i mineralolier [1-3, 7, 8]. Derfor er esterfyldte transformere normalt konstrueret med højere elektriske sikkerhedsmargener og er for det meste begrænset til spændingsomkoblere af vakuumtypen. Både mineralolie- og esterfyldte transformere kan eksplodere [9]. Risikoen for en eksplosion i en transformer har ikke noget at gøre med væskens flammepunkt, men snarere trykbølgen, som en pludselig elektrisk lysbue vil medføre, og om tanken kan håndtere trykbølgen. Det, der diskuteres, er den følgende brand. Det er velkendt i branchen, at historisk set var årsagen til størstedelen af transformerbrandene driftsfejl i bøsninger og spændingsomkoblere [10], men begge teknologier er blevet meget mere pålidelige i de senere år. Spørgsmålet, man bør undersøge og overveje nærmere i branchen, er: Hvis bøsning og spændingsomkobler er af en mere moderne og sikker type, bliver den samlede følgevirkning af transformerbrand så virkeligt forbedret betydeligt ved at gå over til en estervæske? Kombineret med det faktum, at estere har dårligere, ikke bedre, dielektriske egenskaber, og at dielektriske fejl ofte er det største problem i transformere [10], bør man nøje overveje den faktiske fordel ved et højere flammepunkt.
Bliver transformerkonstruktionen ændret?
Da NYTRO® BIO 300X har meget tilfælles med de bedste mineralisoleringsolier, vil de fleste transformerkonstruktioner forblive uændret. Væskens lavere viskositet (bedre varmeoverførsel) vil faktisk stimulere optimering af det termiske design. Gennem tæt samarbejde mellem førende producenter af transformere og spændingsomkoblere samt forskningsinstitutioner er der allerede opnået omfattende videnskabelig knowhow om produktet. Typisk kan man anvende klassificeringen af spændingsomkoblere, der bruges til mineralolier, (hvorimod der normalt er behov for en større sikkerhedsmargen for estere [1]), og det forventes, at transformernes samlede dielektriske design generelt forbliver uændret (hvorimod der for estere normalt kræves ændringer i de elektriske designregler [2]). Som allerede nævnt er der på grund af fremragende oxidationsstabilitet ingen begrænsning for typen af konserveringssystem, og frie udluftningstransformere kan anvendes.
Kan jeg bruge eksisterende diagnostik?
NYTRO® BIO 300X er en kulbrintebaseret væske, der meget mere ligner mineralolier end estervæsker. Estervæsker har en helt anden kemisk sammensætning, og derfor har der været mange spørgsmål om, hvilken type gasser de vil producere ved driftsfejl, og om de nuværende DGA-regler finder anvendelse. Desuden indeholder estervæsker normalt forskellige antioxidantadditiver (og flere af dem) end der bruges i inhiberede mineralolier, så der er også spørgsmål om flydende aldring og håndtering af inhibering. Til NYTRO® BIO 300X anvendes den samme inhibitor, som anvendes i andre NYTRO® naftenbaserede inhiberede isoleringsvæsker, og der gælder de samme regler for overvågning af inhibering og efterfyldning. Med hensyn til DGA forventes ingen væsentlige forskelle i DGA-fortolkning af eksisterende mineralisoleringsolier på grund af ligheden i kemisk sammensætning med andre mineral- og kulbrintebaserede isoleringsvæsker. Ikke desto mindre vil igangværende og løbende forskning supplere vidensniveauet i de kommende år.
Hvordan ændrer tingene sig på lokationen?
En ekstra praktisk udfordring, som estervæsker skaber, er behovet for to sæt oliebehandlingsudstyr samt forskellige påfyldningsmetoder på stedet. For det første kan krydskontaminering mellem en ester og en mineralisoleringsolie ødelægge mineraloliens egenskaber – for eksempel kan egenskaber såsom grænsefladespænding (Inter Facial Tension – IFT) og dielektrisk tabsfaktor (dielectric dissipation factor – DDF) ændre sig drastisk. Som følge heraf er der behov for produktadskillelse mellem mineralolier og estervæsker. Estervæsker har højere viskositet og højere vandretention end mineralolier og vil derfor kræve forskellige behandlingshastigheder i olierensningsanlæg. Påfyldningsprocessen i transformeren vil også tage længere tid og være mere kompleks, da isoleringsimprægneringen vil tage længere tid for estervæsker [11-13].
For NYTRO® BIO 300X vil skylning mellem produkter være tilstrækkelig til at muliggøre brugen af de samme renseanlæg og rør, og påfyldningsprocessen kan forblive den samme som for mineralolie. Faktisk vil isoleringsimprægneringshastigheden være hurtigere end for mineralolier på grund af produktets lave viskositet.
Konklusioner og opsummering
NYTRO® BIO 300X er en af de mest spændende nyskabelser inden for isoleringsvæsker i de senere år. Med den store interesse på markedet vil NYTRO® BIO 300X være på forkant med bestræbelserne på forbedring af transformeres bæredygtighed. Dette opnås ved selve materialets lavere klimaaftryk kombineret med potentialet for en transformer med lavere energiaftryk. Hvis transformerdesigneren udnytter den forbedrede varmeoverførsel, som væsken tilbyder, og transformeren har en lavere viklingstemperatur end specifikationsgrænsen, så vil man opnå et reduceret belastningstab ved den samme belastning. NYTRO® BIO 300X har mange ligheder med de bedste mineralisoleringsolier men har derudover ekstra fordele ved at være fuldt biobaseret, nemt biologisk nedbrydelig og med ultra-lav viskositet.
