Огляд альтернатив заміни використання ізоляційної оливи у високовольтному електрообладнанні

Відомо, що властивості ізоляційної рідини (як діелектрика і охолоджувача) і конструктивні особливості обладнання, де ця рідина застосовується, взаємопов'язані. Низка чинників (вид обладнання, клас напруги, умови експлуатації, економічні погляди та інше) впливає на прийняття кінцевих рішень про використання тієї чи іншої ізоляційної рідини в якійсь одиниці або групі одиниць обладнання. Жодна із існуючих рідин такого призначення не є універсальною стосовно виконання всіх вимог для випадків, що супроводжують як сам процес їх застосування, так і можливі наслідки від нього.

Через причини, про які йшла мова вище, на заміну ізоляційної оливи в останні приблизно 50 років розроблялись, досліджувались та знаходили своє місце у використанні ізоляційні рідини штучного, рослинного та науково-інноваційного походження [5-9]. Результати і досягнення напрацювань, а також шляхи пошуку та вдосконалення цих рідин є і зараз предметом обговорення в національних та міжнародних фахових організаціях. До них, зокрема, відносяться робочі групи СІГРЕ [9-11].

В запропонованому огляді виконана певна систематизація таких напрацювань де, крім загальних відомостей про перелічені вище ізоляційні рідини, будуть надані також окремі переваги та недоліки використання цих рідин, пов'язані з їх фізико-хімічними властивостями. Як правило, недоліки, притаманні різним рідинам, -- не однакові. Частина їх не підлягає усуненню з ряду причин (принципових, технологічних, економічних). Інша -- може бути предметом пошуку шляхів досягнення їх повної ліквідації або меншого прояву і висвітлюється в цій статті, як перспективний, на погляд авторів, напрямок подальших досліджень та аналізу їх результатів.

Об'єкт, мета та задачі дослідження

Походження ізоляційних рідин, їх фізико-хімічна природа визначають особливості властивостей цих рідин, а також поведінки названих рідин під час експлуатації в обладнанні. В представленому огляді саме такі особливості, притаманні різним рідинам і будуть об'єктом висвітлення та дослідження їх впливу на можливість використання за призначенням. З метою порівняння особливостей, буде виконана певна систематизація відомостей шляхом групування (за можливості) рідин, що містять речовини подібної хімічної будови. Це дозволить проаналізувати позитивні і негативні наслідки застосування тих або інших ізоляційних рідин в електрообладнанні, вказати перспективи їх використання для зменшення кількості обладнання з ізоляційною оливою, а також пріоритетні напрямки досліджень альтернативних рідин, які, на думку авторів, в найближчій перспективі будуть сприяти вирішенню проблеми, вказаної на початку статті.

Ізоляційні рідини, їх застосування та властивості

Внутрішня ізоляція високовольтного електрообладнання виконується, як правило, композиційною та містить декілька діелектриків. Здебільшого це поєднання твердих діелектриків з рідкими або газоподібними діелектриками. За атмосферного тиску рідкі діелектрики (ізоляційні рідини) мають переваги у порівнянні з газоподібними: більша електрична міцність; більша діелектрична проникність, а отже більша однорідність всієї ізоляції; більша теплопровідність. Тому ізоляційні рідини ще тривалий час будуть використовуватись за призначенням, і можна вважати не втраченою актуальність коригування властивостей існуючих або пошуку нових рідин з метою більш повного виконання вимог до їх експлуатації.

Загальну уяву про використання ізоляційних рідин в електрообладнанні надає табл. 1 [12].

Таблиця 1. Використання ізоляційних рідин в електрообладнанні

Примітка: + - знаходяться в експлуатації; 0 - загалом, не рекомендовані для використання в експлуатації, але десь ще знаходяться у використанні; - заборонені, а тому не повинні будь-де використовуватись; М/ДБТ -- моно/дибензилтолуол; ФКЕ -- феніл-ксиліл-етан; МІПБ -- моно ізопропіловьій біфеніл; ДОФ -- діоктилфталат; ДІФ -- ді-ізононіл фталат

З огляду на достатню чисельність рідин, представлених в табл. 1, спробуємо стисло охарактеризувати притаманні їм особливості (групуючи, за можливості, рідини, що містять речовини подібної хімічної будови).

Ізоляційна олива отримується в результаті очищення дистилятів -- одного із продуктів переробки нафти, що википає за температур від 300 °С до 400 °С. Вона містить, в основному, вуглеводневі компоненти. Склад молекул цих компонентів достатньо великий, але кожну із молекул можливо віднести до однієї із трьох груп: парафінові вуглеводні, нафтенові вуглеводні або ароматичні вуглеводні. Відсоткове співвідношення цих груп в оливі, а також особливості будови молекул в кожній із названих груп впливають практично на всі властивості отриманої рідини. В результаті цього змінюються такі суттєві показники експлуатаційної якості ізоляційної оливи, як електрична міцність, в'язкість, температура застигання, теплопровідність, термоокисна стабільність, вміст канцерогенних сполук [13-15]. Звідси стає зрозумілим, що для отримання ізоляційної оливи з потрібними показниками якості необхідно, аби чи первинна сировина (нафта) містила вуглеводневі компоненти в необхідних пропорціях, чи технологія очищення дистилятів дозволяла цей вміст у потрібних пропорціях змінювати. Причому, чим більшими будуть відхилення від потрібних пропорцій в нафті, тим складнішою та більшою за вартістю буде технологія отримання якісної ізоляційної оливи. Тобто не всі нафти придатні для отримання названого продукту з відносною дешевизною виробництва. Такий висновок отримано, навіть, попри те, що в цій статті автори не торкаються питань обмежень вмісту інших -- не вуглеводневих компонентів в ізоляційній оливі для її безпроблемного використання.

Серед технологій очищення дистилятів, які на цей час застосовуються, слід зазначити кислотно-лужне очищення, селективне очищення, гідро-крекінгове очищення, їх комбінації та модифікації [3, 4, 13, 16]. Вказані технології дозволяють отримувати високоякісні ізоляційні оливи, які можуть використовуватись в обладнанні 750 кВ і вище. Важливим тут є високе значення показника «імпульсна електрична міцність» -- показника, що визначає розміри ізоляційних проміжків в силових трансформаторах, а отже, в певній мірі, і габарити самих трансформаторів [17].

Суттєвим для пріоритету використання ізоляційної оливи в силових трансформаторах є її висока термоокисна стабільність, що забезпечується, в першу чергу, природою і складом молекул цієї рідини, а також наявністю серед них так званих природних інгібіторів окислення (сполук, що перешкоджають деструкції основних вуглеводневих компонентів). Для збільшення цієї стабільності в ізоляційні оливи вводять присадки-інгібітори (штучні домішки певного хімічного складу, які виконують роль інгібіторів). Присадок такого призначення є дуже багато, але всі вони, в тій чи іншій мірі, змінюють властивості оливи, саме як ізоляційної рідини. Єдиною, практично нейтральною до змін діелектричних характеристик оливи, виявилась присадка іонол (дибутилпаракризол) [13]. Саме ця присадка використовується для збільшення терміну використання оливи в обладнанні, де присутні можливі підвищення рівня температур та вмісту кисню (в першу чергу -- в силових трансформаторах). Існують також присадки іншого призначення.

З табл. 1 видно, що ізоляційна олива може використовуватись практично в усіх видах електрообладнання. Інша справа, що для деяких видів таке використання є проблематичним або неефективним. Так в вимикачах проблеми виникають через те, що олива в цьому обладнанні має таку температуру, як температура довкілля. Тобто для того, аби олива не застигала взимку, треба вмикати спеціальні нагрівачі, що створює додаткові складнощі. Але частково це вирішено шляхом виготовлення ізоляційної оливи спеціально для вимикачів. Вона, завдяки регулюванню складу вуглеводнів, має низьку температуру застигання, проте вже не придатна для використання в інших видах високовольтного електрообладнання. Через малу в'язкість ізоляційну оливу проблематично використовувати за призначенням в високовольтних кабелях. Пов'язано це із складністю рівномірного розподілення оливи протягом всієї довжини ізоляції кабелю та можливістю витікання її у разі пошкодження зовнішньої оболонки кабелю. Тому треба, як мінімум, ділити цю довжину на окремі ділянки, кожна з яких буде мати свій компенсаційний резервуар з оливою. Ізоляційну оливу можливо використовувати в конденсаторах, але там доцільно застосовувати ізоляційні рідини, які мають більшу діелектричну проникність і забезпечать, за однакових габаритів, отримання більшої ємності [5].

Отже значна частина проблем, існуючих з огляду на недоліки використання ізоляційної оливи, вирішуються в той або інший спосіб. Навіть існування ризиків виникнення пожеж, можливо суттєво знизити за рахунок введення в оливу присадок-антипіренів. Проте поступове вичерпання родовищ нафти, придатної для виготовлення ізоляційної оливи, а також існування інших напрямків використання продуктів переробки нафти повинні, скоріш за все у невіддаленому майбутньому, призвести до заміни її іншими ізоляційними рідинами.

Галогенізовані вуглеводні використовувались для створення синтетичних (штучних) не горючих ізоляційних рідин, молекули яких, крім вуглецю та водню, містили атоми хлору або фтору [18]. До них, наприклад, відносились хлоровані рідини, що включали по- ліхлоровані бифеніли (у вітчизняній практиці подібні рідини були відомі під назвами «совол» та «совтол»), але виготовлення їх було заборонене через високу токсичність [5]. Розроблялись інші ізоляційні рідини, що містили хлор [19-21], проте саме він був причиною стримування їх використання [6, 8]. Широкому використанню ізоляційних рідин, які містять хімічні з'єднання з фтором, заважає ще їх висока вартість [8].

Кремнійорганічні ізоляційні рідини, з точки зору по- жежобезпечності, можуть розглядатись, як прийнятна заміна хлорованим ізоляційним рідинам. А от у порівнянні з ізоляційною оливою, вони мають меншу електричну міцність і більшу в'язкість, що буде призводити до зростання масогабаритнх параметрів обладнання та погіршення характеристик тепловідведення від внутрішніх частин цього обладнання, до того ж кремнійорганічні ізоляційні рідини практично не піддаються розкладу мікроорганізмами [6, 8, 22].

Високомолекулярні вуглеводні мають в своєму складі хімічні сполуки, подібні до тих, що містяться в ізоляційній оливі. Проте, саме завдяки своєму складу (парафінові та ізопарафінові вуглеводні, інші аліфатичні вуглеводні з довгими, у т. ч. розгалуженими, ланцюгами), рідини з такими вуглеводнями характеризуються більш високою температурою кипіння та молекулярною масою. Отже вони мають, у порівнянні з ізоляційною оливою, більшу температуру займання (вищу пожежобезпечність). Наслідком особливостей структури молекул цих вуглеводнів є також те, що рідини з ними мають підвищену в'язкість, аж до термопластичного стану (полібутени). В результаті чого, сфера застосування їх в електрообладнанні обмежена [18, 23, 24].

Ароматичні вуглеводні також відносяться до вуглеводневих сполук, що являються однією із складових ізоляційної оливи. Особливістю цих сполук є те, що вини відносяться до аліциклічних вуглеводнів з наявністю ненасичених зв'язків. Із зростанням вмісту таких вуглеводнів збільшується розчинююча здатність ізоляційної оливи, тобто більша кількість, наприклад, води або газів може бути в стані істинного розчину в такій оливі. Частина ароматичних вуглеводнів відноситься до антиоксидантів [13]. Це однозначно покращує експлуатаційні властивості ізоляційних олив, які містять вказані вуглеводні, а ізоляційні рідини, що являють собою різноманітні ароматичні вуглеводні, мають певне застосування в електрообладнанні, де їх переваги мають вагоме значення [6, 8]. Ароматичні вуглеводні, що застосовуються самостійно як ізоляційні рідин, це алкілбензоли та поліарілалкани (М/ДБТ, ФКЕ, МІПБ і ін.). Серед особливостей цих рідин слід відмітити (крім підвищеної розчинюючої здатності) низьку в'язкість, достатньо високу термоокисну стабільність, але вони мають більші, ніж у ізоляційної оливи, діелектричні втрати та гіршу здатність до біорозкладу. Ароматичні вуглеводні застосовуються також для утворенні сумішей з іншими ізоляційними рідинами з метою покращення їх властивостей.

Ізоляційні рідини на основі ефірів являють собою достатньо широкий клас органічних з'єднань. Значна частина таких рідин має показники, що вигідно відрізняють їх від ізоляційної оливи, а саме: вищу температуру займання, більшу відносну діелектричну проникність, більшу розчинюючу здатність, кращу здатність до біо- розкладу (наприклад, прості ефіри, тетраефіри, петна- еритритоли) [20, 22, 24, 25]. Проте вони мають вищу в'язкість, а деякі із них (наприклад, фталати, фосфористі ефіри) є шкідливими для екології [5]. Певні недоліки та відносно велика вартість названих рідин стримує їх широке використання за призначенням, тому вони застосовуються самостійно для того електрообладнання, де переваги їх характеристик є відчутними або у якості добавок для створення сумішей з іншими ізоляційними рідинами [26].

До окремої групи названих рідин належать ізоляційні рідини рослинного походження, основу яких складають ефіри жирних (карбонових) кислот. Вони мають ряд суттєвих позитивних відмінностей, і тому в цьому огляді приділимо їм трохи більше уваги, у порівнянні з рештою ізоляційних рідин, вказаних в табл. 1.

Ізоляційні рідини рослинного походження -- легко доступні натуральні продукти, які повністю піддаються біологічному розкладанню [27-30] і можуть бути основою створення рідких ізоляційних середовищ для потреб електроенергетики. Інтерес до ізоляційних рідин рослинного походження (ІРРП), як альтернативи ізоляційним оливам, виник на початку 1990-х років насамперед тому, що, по-перше, ІРРП є екологічно безпечними через швидке розкладання під дією оточуючих біосферних умов, а по-друге -- на відміну від ізоляційних олив, ресурси сировини для них безмежні. В іноземній технічній літературі для назви таких охолоджувальних та ізолюючих рідин (або композицій) широко використовується словосполучення «natural esters» (природні ефіри) [30].

Одним з перших був виданий патент на нову ізоляційну композицію з ІРРП в США у 1998 р. [31], а в 1999 р. -- на трансформатор із вказаною композицією [32]. Це стало поштовхом до активізації робіт у цьому напрямку в усьому світі. З'явилися десятки патентів і повідомлень про дослідження та застосування таких композицій в силових розподільних трансформаторах.

Активно працюють у цьому напрямку такі компанії як «Siemens», «Merlin Germ», «Schneider Electric», «AREVA» та ряд інших. На основі розроблених рідин були випущені силові трансформатори компаніями: «Cooper Power Systems» (США) -- композиція «Envirotemp FR 3» на основі рапсового насіння (патент 1999 р.); «ABB Power T&D Company Inc.» (США) -- композиція «BIOTEMP» на основі насіння соняшнику та сої (патент 1999 р.); «M&I MATERIALS» (Великобританія) -- композиція «Midel®eN» на основі рапсового насіння.

Є повідомлення про розробку, виготовлення та поставку фірмою «AREVA» розподільних трансформаторів на 132 кВ, 90 МВ-А з об'ємом електроізоляційної рідини приблизно 30 т [33]. Компанія «Cooper Power Systems» розробила шунтуючий реактор на 245 кВ, 22 МВ-А, з рідкою ізоляцією типу «Envirotemp FR 3» та ін.

Перший патент в Російській Федерації був виданий в 2009 р. на електроізоляційну композицію під назвою «EcoTransOil©», характеристики якої виявилися, за заявами авторів, не гіршими від їх зарубіжних аналогів [34].

Перспективність робіт з даної тематики підтверджує і той факт, що загальна кількість виданих в 1994-2014 р.р. патентів наближається до тисячі. За даними зарубіжних джерел на теперішній час у світі знаходиться в експлуатації кілька десятків тисяч «зелених» трансформаторів з ізоляційною рідиною, складеною на основі ІРРП [33].

Серед основних переваг ізоляційних рідин такого типу можна виділити:

- екологічну чистоту, обумовлену високою здатністю до розкладання в атмосферних умовах і, як наслідок, зниження проблем і вартості утилізації;

- високу температуру займання (350-370 °С) та спалаху (300-320 °С), що різко знижують ймовірність пожежі і вибуху, та підвищують можливість збільшення навантажувальної здатності;

- майже однакові з ізоляційними оливами діелектричні характеристики;

- поліпшений розподіл поля в конструкціях з паперово-масляною ізоляцією через більш високу діелектричну проникність;

- більш високу гігроскопічність, ніж у традиційної ізоляційної оливи, що може сприяти покращенню властивостей діелектричної композиції «целюлозна ізоляція -- ІРРП»;

- сумісність з целюлозною ізоляцією;

- невичерпні запаси сировини, можливість використання генно-модифікованих рослин;

- можливість вторинного використання відпрацьованої ІРРП, наприклад, в якості палива для дизельних двигунів, сировини для лаків і фарб і т. п.;

- відсутність шкідливого впливу на здоров'я персоналу.

Нижче наведені деякі параметри, що характеризують ІРРП.

Після первинної переробки природної сировини (насіння рапсу, соняшника тощо), отримані рідини мають темний колір і містять як тверду (залишки лушпиння, волокна, що повинні потім видалятись), так і рідку фракції. Остання являє собою складну суміш насичених та ненасичених тригліцеридних ефірів жирних кислот. Застигання насичених тригліцеридів стається вже за кімнатної температури, а ненасичених -- відбувається в широкому діапазоні температур: від майже 0 °С до мінус 15 °С і навіть до мінус 30 °С. Зниження температури застигання на 10 °C, з незначною зміною питомої електричної провідності, може бути досягнута також додаванням присадок, наприклад, похідною полімети- лметакрилату в концентраціях нижче 1 %. У деяких випадках присадки містять антибактеріальну речовину або мідний дезактиватор [5, 27-30]. Однак температуру застигання ІРРП не вдається знизити нижче мінус 30 °C, навіть після додавання присадок.

Проте в [5] описаний експеримент по охолодженню трансформатора наповненого ІРРП до температури мінус 50 °С в термокамері лабораторії. Після включення охолодженого трансформатора на номінальну напругу пробоїв в ізоляції зафіксовано не було. Пояснюється це тим фактом, що, оскільки ця рідина являє собою суміш складних ефірів, які застигають за різних температур, то немає раптового різкого переходу в твердий стан або (при збільшенні температури) в рідкий. Це, судячи з усього, запобігає формуванню тріщин і повітряних порожнин, які могли б викликати часткові розряди. Крім цього, під час роботи трансформаторів, їх ізоляційна рідина буде знаходитись в рідкому стані за будь-яких умов, навіть коли зовнішня температура буде дуже низькою.

При створенні ІРРП для силових трансформаторів можна вказати на необхідність вирішення двох основних задач. По-перше -- забезпечити тривалий термін їх експлуатації (30-40 років), що вимагає високої стабільності характеристик. Однак, в ІРРП завжди присутні компоненти, які розкладаються за відносно короткий проміжок часу. Крім цього присутність в трансформаторах міді (як провідника) посилює тенденцію окислення. Тому необхідно в таких рідинах передбачити використання сильних інгібіторів окислення. По-друге -- забезпечити високу чистоту композицій на основі ІРРП, тобто виключити наявність твердих домішок, хоча б на рівні аналогічних вимог для ізоляційної оливи. Враховуючи це цікавим може бути аналіз досвіду вирішення таких проблем «піонерами» створення та використання ІРРП, а саме, фірмами АВВ (ІРРП «BIOTEMP») або фірмою «Cooper Power Systems» (ІРРП «Envirotemp FR 3»).

Після відділення твердих складових, ІРРП обробляють (відбілюють) спеціальними розчинниками, щоб видалити небажані компоненти. Відбілювання зазвичай робиться глинистими фільтр-пресами, які додатково очищають рідину. Дезодорація паром видаляє леткі компоненти. Після виконання зазначених процедур питомі електропровідності рідин знаходяться в межах 5-50 пСм/м. Для використання в трансформаторах бажано мати питому електропровідність 1 пСм/м або нижчу. Щоб досягти цього показника, виробники ІРРП використовують спеціальні глини з поліпшеною здатністю до адсорбції.

Заключний етап -- дегазування та сушка ІРРП. Через свою гігроскопічність, ІРРП при кімнатній температурі можуть абсорбувати воду в кількості 1200 ppm (частин на мільйон) чи навіть більше. Бажано знизити цей показник до 100 ppm.

Для стабілізації в отриману композицію ІРРП додають необхідні антиоксиданти. Застосування звичайних інгібіторів, однак, не дає задовільних результатів, тому для вирішення цієї задачі використовуються оригінальні суміші, склад яких виробниками ІРРП не наводиться.

На підставі проведених дослідницько-технологічних робіт, вказаним вище фірмам вдалося отримати ІРРП, які задовольняють вимогам чинних норм, та які можуть використовуватись у високовольтних силових трансформаторах.

У табл. 2 представлено деякі фізичні, хімічні та електричні властивості ІРРП, спеціально розроблених для використання у якості ізоляційної рідини високовольтних трансформаторів. З метою порівняння, в табл. 2 також наведені аналогічні характеристики ізоляційної оливи та кремнійорганічної ізоляційної рідини, що використовуються в трансформаторах [5, 13, 28, 33].

У процесі експлуатації ізоляційні рідини в трансформаторах піддаються тепловим та електричним впливам. Наслідком таких впливів є, зокрема, виділення газів. Кількість і тип газів служить достовірною інформацією про наявність в обладнанні дефектів та їх розвиток.

Лабораторією Doble Engineering проведені випробування ІРРП «BIOTEMP» та «Envirotemp FR 3» протягом 22 днів при 250 °С [36]. Перш за все, можна сказати, що склад газів, які виділилися, для обох рідин практично однаковий (крім водню в ІРРП типу «Envirotemp FR 3», концентрація якого була приблизно 9 %).

У порівнянні з ізоляційними оливами, основна відмінність газового складу полягає в присутності значно більшої кількості газів СО і СО2. Поясненням цього може служити той факт, що на відміну від вуглеводневих рідин, ефірні рідини містять карбонільну групу -- СОО, яка в результаті теплових та електричних впливів руйнується з виділенням СО та CO2.

Крім цього, водень не повинен зазвичай з'являтися під час термічного розкладання, але певні компоненти або присадки в ІРРП можуть призвести до появи водню, що і було помічено в композиції «Envirotemp FR 3».

Результати дослідження ІРРП і ізоляційної оливи щодо розкладання їх під дією часткових розрядів представлено у роботі [37]. Аналіз даних вказує, що в ІРРП присутні водень, метан, СО і CO2. Поява СО і CO2 має ту ж природу, що і в попередньому випадку -- а саме через розрив карбонільної групи СОО. Генерація метану і водню подібна до тої, що отримана з ізоляційної оливи, і спричинена вилученням водневих атомів з молекулярної основи цих рідин в електричному полі.

Порівняння газоутворення у разі впливу дугового розряду на ІРРП типу «BIOTEMP» і звичайну ізоляційну оливу [37] показало, що в цьому випадку виділяються, головним чином, водень і ацетилен у приблизно рівних кількостях в обох рідинах. Крім цього у вказаній ІРРП також з'являється достатня кількість СО та CO2. Причина аналогічна -- присутність в рідині карбонільної групи СОО.

Ресурсні випробування нових ізоляційних рідин, проводяться, зокрема, за стандартом ANSI/IEEE С 57.100-1986. Вони являють собою функціональні ресурсні випробування на реальному трансформаторі під повним навантаженням і напругою, але за підвищеної температури, щоб викликати прискорене старіння його ізоляції. Це дає змогу багаторічне старіння замінити випробуваннями, обмеженими розумними часовими рамками в кілька тижнів.

Виконані згідно з вказаним стандартом прискорені випробування за температури 200 °С [5] показали, що ІРРП перевершили нормальний період ресурсного випробування без відмов трансформаторів в окремих коротких циклах. Окреме тривале старіння показало, що ці рідини продовжують термін служби паперової ізоляції значно більше ніж ізоляційні оливи, які використовуються в трансформаторах.

Таблиця 2.Властивості трансформаторних ізоляційних рідин

Примітка: a -- для ІРРП типу BIOTEMP; b -- змінюється залежно від класів напруги трансформатора

Криогенні рідини використовуються як охолоджувальні та ізоляційні рідини в обладнанні з надпровідними матеріалами. Після відкриття в 1986 році високотемпературних надпровідних (ВТНП) матеріалів, що мають вищу температуру переходу в надпровідний стан, ніж низькотемпературні надпровідні (НТНП) матеріали, основні пошукові роботи зі створення трансформаторів нового покоління ведуться саме в напрямку використання ВТНП-матеріалів і рідин. Ці роботи зосереджені в двох основних напрямках: силові та тягові ВТНП- трансформатори. На даний час, переважним чином в Сполучених Штатах, Європі, Японії, Китаї та Кореї вже існує декілька діючих експериментальних зразків. Обмотки цих ВТНП-трансформаторів виготовлені з матеріалів на основі з'єднань Bi2Sr2CaCu2O (Bi-2212) або Bi2Sr2Ca2Cu3O (Bi-2223) [38]. З самого початку робіт завдяки своїм відмінним діелектричним якостям рідкий азот вважається основною ізоляційною та охолоджувальною рідиною для ВТНП-трансформаторів [39]. Крім того, ця криогенна рідина має одну з найвищих температур кипіння серед інших (77 К або мінус 196 °С у рідкого азоту проти 4 К або мінус 269 °С у рідкого гелію). Надпровідники, що охолоджуються криогенними рідинами будуть і надалі залишатись предметом перспективних досліджень, оскільки дозволяють суттєво збільшити щільність струму та не мають джоулевих втрат.

Змішані ізоляційні рідини були запропоновані для отримання рідин зі стійкими заданими діелектричними та теплофізичними властивостями з метою використання їх в електрообладнанні, до якого пред'являються підвищені вимоги стосовно вказаних властивостей. Це стосується обладнання спеціального призначення, у т. ч. виготовленого для постачання згідно з окремими вимогами замовника.

Можна вказати наступні приклади змішаних ізоляційних рідин [12]:

- ізоляційну оливу, змішану з синтетичним ефіром, використовують в розподільчих трансформаторах для збільшення температури запалювання та здатності до біологічного розкладання;

- ізоляційна олива, змішана з тетрахлоретиленом є незаймистою рідиною, яка так само використовується в розподільчих трансформаторах;

- ізоляційну оливу, змішану з алкілбензолом використовують в конденсаторах, де для зменшення газоутворення папір просочується ізоляційною рідиною. Можливо навести і інші приклади, де присутні різні змішувані складові, а керування фізико-хімічними властивостями змішаних рідин здійснюється зміною співвідношення компонент, які входять в суміш [12, 40].

Нанорідина -- це рідина, яка містить присадки у вигляді дрібнодисперсних часток з характерним розміром 0,1-100 нм (наночасток) та певним хімічним складом. Ці присадки можна розділити на три групи: провідні наночастки (Fe3O4, Fe2O3, ZnO, SiC), напів- провідні наночастки (TiO2, CuO, Cu2O) та діелектричні наночастки (Al2O3, SiO2, BN) [41]. Вказані наночастки додають до ізоляційних олив або ІРРП, в результаті чого, отримані під час випробувань значення пробивних напруг для таких рідин зростають. Механізм, через який додавання наночасток збільшує діелектричну міцність ізоляційних рідин, до цього часу повністю не вивчений [41] і є предметом подальших досліджень. Перевагою нанорідин є саме збільшена пробивна напруга, яка дозволить створити більш компактне електрообладнання, що містить рідкі діелектрики.

Висновки