Perché i trasformatori ad alta tensione hanno bisogno di olio?

Qualcuno mi ha detto che i trasformatori ad alta tensione hanno bisogno di olio perché impedisce l'arco. Tuttavia, in termini di guasto dielettrico, l'aria non è la più forte?

Ricordo dalle lezioni al college che all'aumentare della costante dielettrica, la tensione di rottura diminuisce. È corretto?

3 motivi: interruzione della tensione molto maggiore, conducibilità termica e contaminanti molto più bassi, compresa l'umidità da condensa che porta allo scarico parziale, che è più economico da monitorare e riparare in olio rispetto ai tipi epossidici a secco.

• Ho aggiunto la terza ragione, che è più complessa quanto più facile da rimuovere particelle estranee nell'olio e la viscosità riduce l'energia cinetica delle particelle in accelerazione in un campo E colpendo un conduttore con energia sufficiente a rilasciare idrogeno, un gas combustibile dalla molecola d'acqua.

• I trasformatori a secco esistono <5MVA occupano un ingombro minore, più silenzioso, più sicuro, preferito per alcune aree urbane, ma meno efficiente, costano di più e si basano su un isolamento più costoso con nastro di mica e polimeri epossidici per rendere resistente all'umidità. I trasformatori a secco devono combattere la tendenza ad assorbire molecole di umidità, che deteriora rapidamente la tensione di rottura.

L'olio di qualità per trasformatore è almeno 8 volte e fino a 25 volte migliore dell'aria per rottura dielettrica e conduttività termica almeno 6 volte migliore in [W / mK].

L'olio viene utilizzato prevalentemente> 5MVA a causa della migliore efficienza elettrica e di raffreddamento. L'olio è necessario per il raffreddamento, la diffusione termica dei punti caldi e l'isolamento elettrico.

La scarica parziale (PD) riguarda tutto il flusso di ioni nel plasma, come un'aurora o una corona. Ha bisogno di alcuni contaminanti per scontrarsi e causare scarichi.

Dai miei esperimenti sull'olio di Nydas Transformer in una fabbrica di trasformatori per superare i 25kV / mm. Con risultati tipici che variano da 25 a 40 kV.

Con un'elaborazione più costosa per rimuovere i contaminanti a livello di ppm, può raggiungere 70kV / mm. Quelli che possono permettersi la macchina da $ 50k +, li usano, ma sono necessarie alcune abilità nell'elaborazione invisibile della contaminazione e nei controlli di qualità del processo in un ambiente pulito.

Il test viene eseguito con una rampa di circa 1 kV / s con elettrodi piatti in ottone (~ 2 cm) ultraclean in un becher di vetro pulito con bordi lisci rastremati.

Come Air, sono i contaminanti mobili e le variazioni di pressione che possono portare a una scarica parziale che causa la variabilità della tensione di rottura BDV di un isolante.

Per l'olio del trasformatore, lo scarico parziale rompe anche la grande catena di idrocarburi in H2 che ha una soglia esplosiva inferiore della concentrazione del 4%.

La ripartizione dell'aria pulita è di 3kV / mm mentre l'aria umida sporca è <500V / mm da piatta a piatta, mentre il punto a punto è circa 1/3 di queste soglie di tensione.

Un vuoto ultra-basso produce un BDV elevato ma un vuoto parziale molto basso poiché la riduzione delle molecole consente una minore resistenza e una maggiore energia cinetica quando uno ione nell'aria colpisce il conduttore. (Vedi la legge di Paschen.)

L'olio del trasformatore non solo impedisce l'arco, ma impedisce anche al surriscaldamento del trasformatore alla sua temperatura di esercizio.

Quindi l'aria non è la migliore contro la caduta di tensione?

Bene, la risposta è no. Secondo i miei esperimenti Mi mostra che sì, l'aria ha una interruzione di tensione nell'intervallo di 1 pollice a una tensione di 20.000 volt. Ma l'olio del trasformatore ha una caduta di tensione di 70.000 volt per pollice.

Se la metti in questo modo, man mano che la distanza tra i due conduttori diventa sempre più grande, la tensione di rottura dielettrica necessaria per attraversare quella distanza aumenta.

Quindi sì, hai ragione.

Come si mantengono i cavi in ​​posizione? L'aria non aiuta. È fatto con cartone imbevuto di olio.

Inoltre, i gas hanno una proprietà cattiva: hanno una pressione molto bassa, quindi gli atomi ionizzati casualmente vengono facilmente spostati dal campo elettrico. Se la pressione del gas è abbastanza bassa per la tensione, gli ioni e gli elettroni liberi raggiungono il controelettrodo prima che possano ricombinarsi in modo da avere un canale conduttore e il calore del flusso di corrente ionizzerà ancora più atomi. L'olio lo impedisce semplicemente per la sua viscosità.

Se si desidera ottenere un eccellente isolamento con un gas, è necessario utilizzare un gas difficile da ionizzare ad alta viscosità, ad esempio esafluoruro di zolfo.

Hai bisogno di raffreddamento. E l'aria pulita è dura.

La chiave della domanda è dove inseriscono i trasformatori : se fossero in casa, sarebbe piuttosto appassionato, ma in realtà si trovano in luoghi disgustosi pieni di polvere, neve, umidità e ogni altro contaminante ambientale noto all'uomo. E deve dare una vita di servizio sostanzialmente non mantenuta nei decenni.

L'aria non è lì solo per isolare. Potrebbero farlo con la mica . Devono anche raffreddare il trasformatore in modo da poter ottenere una corrente nominale più utile dalla stessa quantità di rame e ferro.

Quindi possono usare l'aria, ma i problemi ambientali rendono impraticabile lo scambio di aria atmosferica. Quindi avrebbero dovuto sigillarlo ermeticamente, imbottigliando aria all'interno durante la produzione, anche se ovviamente potrebbe trattarsi di altri gas come azoto o argon.

La domanda successiva è l'efficienza termica del materiale come fluido termovettore. Il calore è un livello di eccitazione di un atomo. I neutri e i protoni non accumulano calore, quindi la massa non accumula calore, gli atomi lo fanno. Il petrolio è enormemente più denso di atomo dell'aria, essendo liquido. L'olio si espande anche quando riscaldato (basta guardare l'astina di livello della tua auto), quindi l'olio caldo è più leggero in volume rispetto all'olio freddo, la gravità lo costringe a salire e ciò provoca la circolazione per convezione. Questo può essere sfruttato per farlo circolare attraverso le alette di raffreddamento, quindi non è necessaria una pompa del refrigerante.

Cerca "trasformatore a secco", che oggi è di uso comune. Ce n'è uno in una grande scatola di servizi all'aperto vicino al nostro edificio. Almeno nel nostro caso il trasformatore non è montato su un palo di potenza, quindi ha meno bisogno di essere estremamente compatto e di peso ridotto. Un xfrmr pesante con ferro extra e avvolgimenti in rame più spessi funziona più fresco, quindi non ha bisogno di olio di raffreddamento e circuiti di raffreddamento. E, se le dimensioni ridotte non sono un grosso problema, gli avvolgimenti EHT possono essere distanziati dal lato a bassa tensione, in modo che il traferro fornisca una prevenzione sufficiente per la rottura dell'arco.

Si noti che le esplosioni e gli incendi dei trasformatori di petrolio non sono sconosciuti durante i temporali e dalle linee in corto circuito. I trasformatori di tipo a secco mancano di questi meccanismi di guasto.

Tutte le risposte di cui sopra sono buone, ma non menzionano i benefici ambientali della diossina che è presente nell'olio di molti trasformatori più vecchi.