V niektorých prípadoch nie je dovolené inštalovať transformátory izolované minerálnym olejom z dôvodu horľavosti minerálneho oleja. Už v 30. rokoch 20. storočia syntetický olej vyrobený z polychlórovaných bifenylov (PCB) čiastočne spĺňal predpisy obmedzujúce používanie transformátorového oleja. Polychlórované bifenyly vzhľadom na svoju nebiologickú odbúrateľnosť nie sú priaznivé pre životné prostredie a nakoniec sa dostanú do potravinového reťazca. Navyše tento materiál úzko súvisí so škodlivou látkou dioxínom, preto mnohé krajiny sveta prestali tento materiál používať na výrobu transformátorového izolačného oleja.
Silikónový olej a syntetický esterový izolačný olej majú vysoký bod vzplanutia, dobrú tepelnú vodivosť a nízku viskozitu pri nízkych teplotách. Vďaka týmto vlastnostiam je v súčasnosti celosvetovo široko používaný. Tento komplexný výkon môže spĺňať potreby konštruktérov a výrobcov transformátorov pri výrobe nehorľavých transformátorov. Preto so zmiznutím polychlórovaných bifenylov sa trh s týmto typom izolačného oleja naďalej rozširuje. Všeobecne povedané, tieto transformátory majú konvenčnú štruktúru, plnené mierne vylepšeným minerálnym olejom alebo polychlórovanými bifenylmi. Ak sa využijú výhody tohto oleja, môžu normálne fungovať pri teplotách mierne vyšších ako minerálny olej. Najdôležitejšie je najprv hľadať alternatívy k izolačnému papieru; Po druhé, vysoká prevádzková teplota sa rovná vysokej prúdovej hustote, čo vedie k vysokým stratám záťaže a zvýšeným prevádzkovým nákladom, ktoré sa odchyľujú od počiatočnej hodnoty nákladového rozpočtu.
Odborníci z viacerých inštitúcií vyvinuli metódy na extrakciu polychlórovaných bifenylov z transformátorov, vstrekovanie iných kvapalín do transformátorov a správne zaobchádzanie s polychlórovanými bifenylmi. Tento postup je však ťažko realizovateľný, pretože mnohé krajiny majú legislatívu, ktorá stanovuje veľmi nízke limity pre obsah polychlórovaných bifenylov. Je ťažké eliminovať stopové množstvá polychlórovaných bifenylov z transformátorov a náklady sú extrémne vysoké. Polychlórbifenyl môže zostať v medzerách medzi izoláciou, drôtmi a plechmi železného jadra, takže po opätovnom naolejovaní po určitú dobu dosiahne neprijateľnú úroveň. Výsledkom opätovného naolejovania je zníženie spoľahlivosti transformátora a transformátory naplnené týmto izolačným olejom by sa mali bezpečne evakuovať alebo vymeniť.
1. Silikónový olej
Silikónový olej je typ produktu Duokaoning bežne používaný v transformátoroch, ktorý má obmedzený výkon spaľovania. Silikónový olej je syntetický materiál bežne známy ako polydimetylsiloxán, ktorý sa vyznačuje svojou tepelnou stabilitou a chemickými vlastnosťami. Silikónový olej je už mnoho rokov široko používaný v oblasti medicíny, kozmetiky a podobných priemyselných odvetviach a dosahuje dobré aplikačné výsledky.
Bod vzplanutia silikónového oleja je veľmi vysoký. Keď je teplota oleja nižšia ako 350 stupňov, nebude horieť, aj keď je na povrchu oleja otvorený plameň. Teplo vznikajúce pri spaľovaní silikónového oleja je oveľa nižšie ako u organických kvapalín. Má veľmi nízku hodnotu spaľovania a jeho unikátnou vlastnosťou je, že kremíková vrstva vytvorená na povrchu silikónového oleja môže výrazne obmedziť vstup vzduchu. Distribučné transformátory používajú silikónový olej už mnoho rokov. V súčasnosti sú v prevádzke tisíce transformátorov na distribúciu silikónového oleja. Menovitá kapacita týchto transformátorov je hlavne 250kV · A~3MV · A, s napäťovými úrovňami 11~36kV. Okrem toho boli vyrobené distribučné transformátory do 9 MV · A a napäťové úrovne 66 kV
2. Syntetická esterová kvapalina
Kompozitné estery alebo bránené estery sa široko používajú vo vysokoteplotných{0}}mazacích olejoch a hydraulických prevodových poliach, najmä v plynových turbínach, a zvyčajne sa používajú ako kvapaliny na prenos tepla. V tomto ohľade syntetické estery výrazne nahradili ropu a mnohé nestabilné alebo toxické syntetické oleje.
Bol vyvinutý podobný syntetický esterový olej, ktorý môže spĺňať technické požiadavky vysokonapäťového izolačného oleja. Ako izolačný olej sa stále viac používa v transformátoroch a prepínačoch odbočiek.
Spoločnosť Mica and Insulators Limited vo Veľkej Británii vyvinula syntetický ester s názvom Middle7131 Transformer Insulation Oil. Má vysoký bod vzplanutia 310 stupňov a bod samovznietenia 435 stupňov. Tento syntetický ester má tiež vynikajúcu mazaciu schopnosť a môže byť použitý v rôznych typoch zariadení s núteným chladením (čerpadlá).
Syntetický esterový materiál Midel 7131 bol pôvodne veľkým množstvom rastlinných- zlúčenín a jeho toxicita bola preukázaná ako veľmi nízka. V niektorých prípadoch je jeho toxicita mnohonásobne nižšia ako u vysoko rafinovanej ropy. Môže dosiahnuť úplnú biologickú odbúrateľnosť a je neškodný pre morský život.
3. Prírodné estery
Hoci fyzikálne vlastnosti syntetických esterových kvapalín z nich robia najlepšie dielektrikum z hľadiska požiarnej odolnosti, vysoká cena esterových kvapalín obmedzuje ich široké použitie v porovnaní so všetkými ostatnými existujúcimi izolačnými kvapalinami. Ale od konca 90-tych rokov, s výrazným znížením nákladov na esterové kvapaliny a vývojom syntetických esterových kvapalín, ktoré môžu byť úplne biologicky odbúrateľné, začala mať určitý trh. Táto esterová kvapalina, vyvinutá spoločnosťou Cooper Power Systems v Spojených štátoch amerických, je v USA široko používaná od roku 2006. Jej obchodný názov je EnvirotempFR3. Táto izolačná kvapalina je vyrobená z repkového oleja a má nepochybne úplnú biologickú odbúrateľnosť.
Bod vznietenia kvapaliny EnvirotempFR3 je 360 stupňov a bod vzplanutia je 330 stupňov. Preto má najvyššiu odolnosť proti vznieteniu z nehorľavých kvapalín v súčasnosti na trhu.
Výkon esterových kvapalín možno porovnať s inými izolačnými materiálmi a komponentmi bežne používanými pri výrobe transformátorov. Má vynikajúcu chemickú stabilitu, ktorá zostáva nezmenená v priebehu času. Jeho vynikajúce dielektrické vlastnosti postačujú na uspokojenie potrieb prepínačov odbočiek a záťažových skratových-spínačov. Pre transformátory naplnené olejom sa môže použiť ako recyklovaná kvapalina na naplnenie transformátora. Pri plnení recykláciou však treba uznať, že v súčasnosti existuje veľa kvapalín strednej kvality s nižšími bodmi vznietenia, ktoré ovplyvnia zápalnosť zmiešanej kvapaliny.
V porovnaní s minerálnym olejom majú esterové kvapaliny nízku viskozitu a lepší chladiaci výkon ako všetky nehorľavé kvapaliny. Má dobrú afinitu k vode a jeho rozpustnosť vo vode je oveľa vyššia ako u minerálneho oleja. Výrobca uzatvára, že túto vlastnosť možno považovať za jednu z jeho hlavných výhod. Ak sa EnvirotempFR3 použije na naplnenie transformátora izolačným materiálom s vysokou vlhkosťou, jeho schopnosť rýchlej absorpcie vody bude mať dobrý absorpčný účinok na vlhkosť v izolačnom papieri. Výrobca tiež dospel k záveru, že tento efekt absorpcie vody obmedzí rozpad molekulových reťazcov v izolačnom papieri, takže sa zdá, že tiež pomôže predĺžiť životnosť transformátorov.
Na druhej strane kvapalina EnvirotempFR3 má zlú oxidačnú stabilitu. Pri bežných prevádzkových teplotách rýchlo oxiduje. Preto sa transformátory naplnené olejom musia vyhýbať vstupu do vzduchu a musia mať tesniace zariadenia typu membrány. Keď je kvapalina v stave tenkého filmu, oxidácia sa zintenzívni. Preto väčšina výrobcov potrebuje „prebaliť“ kliny pre aktívne komponenty odstránené z olejovej nádrže do vinutia a upnúť prípadné zmrštenie spôsobené ponorením a sušením, aby sa čo najrýchlejšie obmedzil vstup vzduchu. V dôsledku oxidácie môžu molekuly esterov vytvárať polyméry s dlhým-reťazcom, čo vedie k vytvoreniu oxidovanej „povrchovej vrstvy“, ktorá prichádza do kontaktu so vzduchom. Pri oxidácii zostanú molekuly s dlhým-reťazcom v kvapaline a zvýšia jej viskozitu, čím ovplyvnia prietok a chladiaci účinok oleja
Tolerančná doba esterovej tekutej náplne musí byť o niečo vyššia ako pri minerálnej olejovej náplni, pretože jej bublinková difúzia je pomalšia ako pri minerálnej olejovej náplni. Monitorovanie stavu EmvirotempFR3 je rovnaké ako pri minerálnom oleji a môžu sa odoberať vzorky na analýzu. Vodík produkovaný týmto kvapalným výbojom je však nižší ako u minerálneho oleja a nadmerné tepelné namáhanie povedie k zvýšeniu objemu plynu. EnvirotempFR3 je nekompatibilný s kremičitými kvapalinami.
