Зачем высоковольтным трансформаторам нужно масло?

Кто-то сказал мне, что высоковольтным трансформаторам нужно масло, потому что оно предотвращает искрение. Однако, с точки зрения пробоя диэлектрика, воздух не самый сильный?

Я помню из уроков в колледже, что с увеличением диэлектрической проницаемости напряжение пробоя уменьшается. Это верно?

3 причины: гораздо более высокое падение напряжения, теплопроводность и намного меньшее количество загрязняющих веществ, в том числе влаги от конденсата, что приводит к частичному разряду, который дешевле контролировать и ремонтировать в масле, чем сухой эпоксидный тип.

• Я добавил третью причину, которая более сложна, так как легче удалить посторонние частицы в масле, и вязкость уменьшает кинетическую энергию ускоряющихся частиц в электронном поле, ударяя проводник с достаточной энергией, чтобы выпустить водород, горючий газ из молекулы воды.

• Сухие трансформаторы существуют <5MVA, занимают меньшую площадь, тише, безопаснее, предпочтительнее для некоторых городских районов, но менее эффективны, стоят дороже и полагаются на более дорогую изоляцию с помощью слюдяной ленты и эпоксидные полимеры для обеспечения влагостойкости. Сухие трансформаторы должны бороться с тенденцией поглощать молекулы влаги, что быстро ухудшает пробивное напряжение.

Масло трансформаторного качества по меньшей мере в 8 раз и в 25 раз лучше воздуха для пробоя диэлектрика и по меньшей мере в 6 раз лучше теплопроводности в [Вт / мК].

Масло используется преимущественно> 5MVA благодаря лучшей электрической эффективности и эффективности охлаждения. Масло необходимо для охлаждения, термического распространения горячих точек и для электрической изоляции.

Частичный разряд (PD) - это поток ионов в плазме, например, полярное сияние или корона. Это нуждается в некоторых загрязнителях, чтобы столкнуться и вызвать разгрузку.

Из моих экспериментов на трансформаторном масле Nydas на трансформаторном заводе было превышено 25 кВ / мм. С типичными результатами от 25 до 40 кВ.

С более дорогой обработкой для удаления загрязнений уровня ppm она может достигать 70 кВ / мм. Те, кто может позволить себе машину стоимостью более 50 тыс. Долларов, используют их, но для этого необходимы определенные навыки обработки невидимого загрязнения и контроля качества процесса в чистых помещениях.

Испытание проводится с рампой около 1 кВ / с с использованием сверхчистых больших (~ 2 см) латунных плоских электродов в чистом стеклянном стакане с коническими гладкими краями.

Как и в случае с воздухом, именно подвижные загрязняющие вещества и изменения давления могут привести к частичному разряду, который вызывает колебания напряжения пробоя BDV изолятора.

Для трансформаторного масла частичный выброс также разрушает большую углеводородную цепь до H2, который имеет нижний порог взрываемости 4% концентрации.

Разбивка по чистому воздуху составляет 3 кВ / мм, в то время как содержание грязного влажного воздуха составляет <500 В / мм от плоского к плоскому, в то время как точка-точка составляет около 1/3 от этих порогов напряжения.

Сверхнизкий вакуум дает высокий BDV, но частичный вакуум очень низок, так как восстановление молекул обеспечивает меньшее сопротивление и большую кинетическую энергию, когда ион воздуха попадает в проводник. (См. Закон Пашена.)

Трансформаторное масло не только предотвращает образование дуги, но и предотвращает перегрев трансформатора при его рабочей температуре.

Так разве воздух не лучший против падения напряжения?

Ну, ответ на этот вопрос - нет. Согласно моим экспериментам, это показывает, что да, воздух имеет пробой напряжения в зазоре 1 дюйм при напряжении 20000 вольт. Но у трансформаторного масла падение напряжения составляет 70000 вольт на дюйм.

Если вы говорите так, когда расстояние от двух проводников становится все больше и больше, напряжение пробоя диэлектрика, необходимое для дуги на этом расстоянии, становится больше.

Тогда да, вы правы.

Как вы держите провода на месте? Воздух не поможет. Это сделано с картоном, пропитанным маслом.

Кроме того, газы обладают неприятным свойством: они имеют очень низкое давление, поэтому случайно ионизированные атомы легко перемещаются электрическим полем. Если давление газа достаточно низкое для напряжения, ионы и свободные электроны достигают противоэлектрода, прежде чем они смогут рекомбинировать, поэтому у вас есть проводящий канал, и тепло от потока тока будет ионизировать еще больше атомов. Масло предотвращает это просто своей вязкостью.

Если вы хотите получить отличную изоляцию газом, вам пришлось использовать трудно ионизируемый газ с высокой вязкостью, например гексафторид серы.

Вам нужно охлаждение. И чистый воздух тяжело.

Ключ к вопросу заключается в том, куда они помещают трансформаторы - если бы они находились в помещении, это было бы очень увлекательно, но в действительности они расположены в грязных местах, полных пыли, снега, влаги и всех других загрязнителей окружающей среды, известных человеку. И это должно дать в основном не поддерживаемый срок службы в течение десятилетий.

Воздух не только для изоляции. Они могли бы сделать это с помощью слюды . Им также необходимо охладить трансформатор, чтобы они могли получить более полезный номинальный ток из того же количества меди и железа.

Поэтому они могут использовать воздух, но экологические проблемы делают невозможным обмен атмосферного воздуха. Таким образом, они должны были бы герметично запечатать это, разливая воздух внутрь во время производства, хотя, конечно, это мог быть какой-то другой газ, такой как азот или аргон.

Следующий вопрос - термическая эффективность материала как теплоносителя. Тепло - это уровень возбуждения атома. Нейтралы и протоны не накапливают тепло, поэтому масса не накапливает тепло, а атомы. Масло в массе более плотное, чем воздух, будучи жидким. Масло также увеличивается при нагревании (просто посмотрите на щуп вашего автомобиля), поэтому горячее масло легче по объему, чем холодное масло, гравитация заставляет его подниматься, и это вызывает конвекционную циркуляцию. Это можно использовать для циркуляции через охлаждающие ребра, поэтому не требуется насос охлаждающей жидкости.

Посмотрите на «сухой трансформатор», который сегодня широко используется. Один из них находится в огромной коробке для коммунальных услуг возле нашего здания. По крайней мере, в нашем случае трансформатор не подключен к силовому полюсу, поэтому он должен быть очень компактным и легким. Тяжелый xfrmr с дополнительным железом и более толстой медной обмоткой работает холоднее, поэтому не требует охлаждения масла и контуров радиатора. И, если небольшой размер не является серьезной проблемой, то обмотки EHT могут быть расположены далеко от стороны низкого напряжения, так что воздушный зазор обеспечивает достаточное предотвращение пробоя дуги.

Обратите внимание, что взрывы и пожары на масляных трансформаторах не являются неизвестными во время гроз и от укороченных бурями линий. Сухие трансформаторы лишены этих механизмов отказа.

Все вышеприведенные ответы хороши, но не в состоянии упомянуть экологические преимущества диоксина, который присутствует в масле многих старых трансформаторов.