Oleje mineralne stosuje się do izolowania i chłodzenia transformatorów, urządzeń sprowadzających napięcie do poziomu, jaki znamy z domowych gniazdek.

Kiedy olej należy wymienić? W samochodzie sprawa jest prosta, bo instrukcji w tym zakresie dostarczają producenci. W kuchni robi się to na wyczucie. W energetyce jest trudniej, bo w stacji transformatorowej znajduje się od kilku do kilkunastu ton oleju, więc oprócz kosztu w grę wchodzi też czas. Nie można tak po prostu przyjść i przepompować całej objętości, bo to oznacza przerwę w dostawie energii elektrycznej. Z tego względu oleje używane w transformatorach bada się pod kątem tego, czy wciąż nadają się do pełnienia swojej funkcji, czy też wymagają regeneracji albo wymiany. Konstruktorem jednego z takich urządzeń jest prof. Maciej Zdanowski z Politechniki Opolskiej.

– Problem polega na tym, że podczas pracy w transformatorze olej się elektryzuje. W niekorzystnych warunkach, np. wtedy, kiedy olej jest już zdegenerowany, może to doprowadzić do uszkodzenia, a nawet zapłonu urządzenia. Wybuch transformatora jest destrukcyjny dla budynków znajdujących się w najbliższym otoczeniu, więc nie ma chyba innej infrastruktury elektroenergetycznej, o którą tak się dba – tłumaczy naukowiec. Ktoś może zapytać – po co więc stosować oleje? Odpowiedź jest zaskakująca – bo mają doskonałe właściwości izolacyjne i cieplne.

Eureka! DGP

Eureka! DGP

źródło: Dziennik Gazeta Prawna

Jednak na skutek ocierania się o różne powierzchnie wewnątrz transformatora w oleju spontanicznie dochodzi do tworzenia się ładunku elektrycznego. Tu wystarczy przypomnieć sobie lekcje fizyki w szóstej klasie szkoły podstawowej i pocieranie szmatką laski ebonitowej – chodzi o to samo zjawisko. Mówiąc językiem nauki, ładunek elektrostatyczny powstaje zawsze na styku dwóch środowisk o małej przewodności elektrycznej. Dla przykładu: zamieniamy się w chodzący generator takich ładunków podczas spaceru na ulicy.

Gdyby olej przewodził, nie byłoby z tym problemu, bo po prostu odprowadziłby nadmiar zebranego ładunku do ziemi. Ponieważ jednak nie przewodzi, roznosi go ze sobą po całym urządzeniu, co może być niebezpieczne. – Gdyby porównać transformator do organizmu, to sercem jest pompa oleju. Uzwojenia i rdzeń to organy, które trzeba schłodzić. Rury to naczynia krwionośne, a olej to krew. W kontakcie z tymi wszystkimi elementami olej elektryzuje się i unosi ze sobą ładunki jak krew wirusy czy bakterie podczas infekcji – mówi prof. Zdanowski.

>>> Czytaj też: Wzrost gospodarczy z nadmiernym wkładem energii

Pytanie brzmi, jak zmierzyć, czy w „krwi” zebrało się już niebezpiecznie wiele „mikrobów”. Do takiego badania służy opracowane przez prof. Zdanowskiego stanowisko badawcze: próbkę oleju podaje się do górnego zbiornika, z którego spływa ona do dolnego, pokonując drogę przez zestaw rurek wykonanych z różnych materiałów, z jakich zrobiony jest transformator. W ten sposób na tym samym stanowisku badawczym jesteśmy w stanie przekonać się, jak olej zachowuje się w różnych punktach urządzenia.

Do takiego zestawu podłączony jest elektrometr, który służy do pomiaru prądu elektryzacji. Urządzenie musi być bardzo dokładne, bo mowa o natężeniach rzędu pikoamperów – to miliard razy mniej niż w przypadku prądu, jakiego używamy do ładowania komórki. Do stanowiska oczywiście podłączony jest komputer, który, biorąc pod uwagę wszystkie zmierzone wskaźniki, przelicza na wartość nazywaną „objętościową gęstością ładunku na granicy kontaktu fazy stałej i ciekłej”. Ona dopiero stanowi jeden z wielu parametrów, jakie bierze się pod uwagę przy ocenie stanu oleju i decyzji, co z nim zrobić dalej.

Urządzenie zostało już przetestowane w boju na zlecenie koncernu ABB, z którego transformatorów korzysta polska energetyka. A oprócz tego nadaje się ono do badania właściwości elektrostatycznych innych produktów ropy naftowej. Pod tym kątem badane są również oleje pochodzenia naturalnego, którymi coraz częściej chce się zastępować szkodliwe dla środowiska oleje mineralne.

– Chociaż transformatory wykorzystywane są od ponad 100 lat, to wciąż nie mamy o nich pełnej wiedzy, bo zachodzi w nich mnóstwo zjawisk fizycznych: ich różne elementy poddawane są różnym naprężeniom, w różny sposób się zużywają i reagują ze sobą. Zresztą na specjalistycznych konferencjach nawet ludzie, którzy całe kariery poświęcili badaniu zjawisk w tych urządzeniach, wciąż mówią, że niewiele o nich wiedzą – mówi prof. Zdanowski.

>>> Czytaj też: Czy duży przemysł będzie energetycznie niezależny?

Eureka! DGP

Trwa piąta edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.