Dlaczego transformatory wysokiego napięcia potrzebują oleju?

24

Ktoś powiedział mi, że transformatory wysokiego napięcia potrzebują oleju, ponieważ zapobiega wyładowaniu łukowemu. Jednak pod względem rozkładu dielektrycznego powietrze nie jest najsilniejsze?

Pamiętam z zajęć na studiach, że wraz ze wzrostem stałej dielektrycznej maleje napięcie przebicia. Czy to jest poprawne?

PJazz
źródło
2
Powietrze jest dość niskie w rzeczywistości extremeelectronics.co.uk/tables/…
JonRB
7
Suche powietrze jest dobrym izolatorem (niska przewodność), ale nie ma wysokiego napięcia przebicia dielektrycznego. Być może mieszacie te dwa pojęcia, ponieważ są ze sobą powiązane. Dobry izolator ma wysoką odporność na wszystkie napięcia, chyba że dielektryk wytrzymuje napięcie (lub natężenie pola).
mkeith,
@JRRB ta strona wygląda okropnie; Nie ufałbym temu zbytnio, zwłaszcza biorąc pod uwagę nieistniejące odnośniki do przypisów ...
Nick T
1
@NickT Zgadzam się, ale było to najszybsze odniesienie pokazujące, że istnieją inne materiały izolacyjne o wyższej wytrzymałości dielektrycznej. Opierając się na liczbach? nie ma szorstkiego pomysłu? tak, ponieważ pokazuje olej >> powietrze. allaboutcircuits.com/textbook/reference/chpt-3/…
JonRB
Dla twojej informacji istnieją również izolowane transformatory SF6 SF6 to gaz zwany heksaflurydem siarki. (GIT ... transformator w izolacji gazowej), transformatory te są niepalne i niewybuchowe, ale SF6 ma duży wpływ jako gaz cieplarniany po uwolnieniu. Istnieje kilka stacji transformatorowych w całości izolowanych w technologii SF6, jest bardzo kompaktowa i oszczędza dużo miejsca w porównaniu do klasycznej metody budowy.
Tom Kuschel,

Odpowiedzi:

27

3 powody: Znacznie wyższy przebicie napięcia, przewodność cieplna i znacznie niższe zanieczyszczenia, w tym wilgoć z kondensacji, która prowadzi do częściowego rozładowania, który jest tańszy w monitorowaniu i naprawie w oleju niż w przypadku suchych epoksydów.

  • Dodałem trzeci powód, który jest bardziej złożony, ponieważ łatwiej jest usunąć obce cząstki w oleju, a lepkość zmniejsza energię kinetyczną przyspieszających cząstek w polu E uderzających w przewodnik z wystarczającą energią do uwolnienia wodoru, gazu palnego z cząsteczki wody.

  • Suche transformatory istnieją <5MVA zajmują mniej miejsca, są cichsze, bezpieczniejsze, preferowane w niektórych obszarach miejskich, ale mniej wydajne, kosztują więcej i polegają na droższej izolacji taśmą Mica i polimerach epoksydowych, aby uczynić je odpornymi na wilgoć. Suche transformatory muszą zwalczyć tendencję do pochłaniania cząsteczek wilgoci, co szybko pogarsza napięcie przebicia.

Olej klasy transformatorowej jest co najmniej 8-krotnie i do 25-krotnie lepszy niż powietrze w przypadku przebicia dielektrycznego i co najmniej 6-krotnie lepsza przewodność cieplna w [W / mK].


Olej jest używany głównie> 5 MVA ze względu na lepszą wydajność elektryczną i chłodzenie. Olej jest niezbędny do chłodzenia, termicznego rozprzestrzeniania się gorących punktów i do izolacji elektrycznej.

Częściowe rozładowanie (PD) dotyczy przepływu jonów w plazmie, takich jak zorza polarna lub korona. Potrzebuje pewnych zanieczyszczeń, aby zderzyć się i spowodować zrzut.

Z moich eksperymentów na oleju Nydas Transformer w fabryce transformatorów do przekroczenia 25kV / mm. Z typowymi wynikami w zakresie od 25 do 40 kV.

Przy droższym przetwarzaniu w celu usunięcia zanieczyszczeń na poziomie ppm może osiągnąć 70kV / mm. Tych, którzy mogą sobie pozwolić na maszynę o wartości ponad 50 000 USD, używaj ich, ale konieczna jest pewna umiejętność w zakresie niewidzialnego przetwarzania zanieczyszczeń i kontroli jakości procesu w środowisku czystego pomieszczenia.

Badanie odbywa się przy użyciu rampy o wartości około 1kV / s z ultracienkimi dużymi (~ 2 cm) mosiężnymi płaskimi elektrodami w czystej szklanej zlewce o zwężających się gładkich krawędziach.

Podobnie jak powietrze, są to ruchome zanieczyszczenia i zmiany ciśnienia, które mogą prowadzić do częściowego rozładowania, co powoduje zmienność napięcia przebicia BDV izolatora.

W przypadku oleju transformatorowego częściowe rozładowanie rozkłada również duży łańcuch węglowodorów na H2, który ma niższy próg wybuchowości wynoszący 4% stężenia.

Podział czystego powietrza wynosi 3 kV / mm, natomiast brudne wilgotne powietrze jest płaskie od płaskiego do płaskiego <500 V / mm, natomiast punkt do punktu wynosi około 1/3 tych progów napięcia.

Ultra niska próżnia daje wysoką BDV, ale cząstkowa próżnia jest bardzo niska, ponieważ redukcja cząsteczek pozwala na mniejszy opór i wyższą energię kinetyczną, gdy jon w powietrzu uderza w przewodnik. (Patrz prawo Paschen.)

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
źródło
26

Olej transformatorowy nie tylko zapobiega iskrzeniu, ale także zapobiega przegrzaniu transformatora w jego temperaturze roboczej.

Czy więc powietrze nie jest najlepsze w walce z awarią napięcia?

Odpowiedź brzmi: nie. Według moich eksperymentów Pokazuje mi, że tak, powietrze ma rozkład napięcia w szczelinie 1 cala przy napięciu 20 000 woltów. Ale olej transformatorowy ma rozkład napięcia 70 000 woltów na cal.

Jeśli ujmujesz to w ten sposób, wraz ze wzrostem odległości między dwoma przewodnikami rośnie napięcie przebicia dielektrycznego potrzebne do przejścia na łuk przez tę odległość.

Więc tak, masz rację.

Naukowiec Smith YT
źródło
11
Oprócz chłodzenia i izolacji olej umożliwia również wykrywanie usterek izolacji (w pewnym stopniu łagodzi również skutki uszkodzenia izolacji). Gdy wystąpi błąd izolacji, w oleju transformatorowym pojawi się gaz, który może zostać wykryty przez przekaźnik Buchholza ( en.wikipedia.org/wiki/Buchholz_relay ).
Klaws,
5
Powietrze ma wytrzymałość dielektryczną 3MV / m. Jeśli chcemy porównać to z rękami, kciukami lub innymi starożytnymi jednostkami miary, to dobrze, ale powinniśmy przynajmniej uwzględnić jednostki naukowe. W branży standardowe testery BDV używają szczeliny 2,5 mm, więc często słyszysz, że osoby na poziomie technologicznym odnoszą się do napięcia przebicia oleju transformatorowego bez kwalifikatora odległości - olej transformatorowy jest zwykle utrzymywany na poziomie minimum 30 kV BDV (według tego testu @ 2,5 mm) przed koniecznością wymiany, zapewniając minimalną wytrzymałość dielektryczną na poziomie 12 MV / m w porównaniu do 3 MV / m dla powietrza.
J ...
2
@J ... jeśli chcesz różnych jednostek, możesz po prostu wyszukać w Google „70000 na cal” i gotowe. Punktem odpowiedzi jest względna wydajność powietrza i oleju, jednostki są ledwo istotne
Carl Kevinson
2
@CarlKevinson Nie pytałem, jak przekonwertować jednostki, zasugerowałem użycie standardowych jednostek, ponieważ jest to jeden ze sposobów, w jaki można poprawić tę odpowiedź.
J ...
10

Jak utrzymujesz przewody na miejscu? Powietrze nie pomoże. Robi się to z tektury nasączonej olejem.

Ponadto gazy mają nieprzyjemną właściwość: mają bardzo niskie ciśnienie, więc losowo zjonizowane atomy są łatwo przenoszone przez pole elektryczne. Jeśli ciśnienie gazu jest wystarczająco niskie dla napięcia, jony i wolne elektrony docierają do przeciwelektrody, zanim będą mogły się zrekombinować, dzięki czemu powstanie kanał przewodzący, a ciepło z przepływu prądu zjonizuje jeszcze więcej atomów. Olej zapobiega temu po prostu ze względu na swoją lepkość.

Jeśli chcesz mieć doskonałą izolację z gazem, musiałeś użyć twardego do jonizacji gazu o wysokiej lepkości, na przykład sześciofluorku siarki.

Janka
źródło
Wysokie ciśnienia mogą być stosowane zarówno do gazów, jak i cieczy. Nie ma nieprzyjemnej właściwości gazów o bardzo niskim ciśnieniu.
Uwe,
3

Potrzebujesz chłodzenia. A czyste powietrze jest trudne.

Kluczem do pytania jest to, gdzie umieścili transformatory - gdyby były w pomieszczeniu, byłoby to neatystycznie nastawione, ale w rzeczywistości są umieszczone w obrzydliwych miejscach pełnych pyłu, śniegu, wilgoci i każdego innego zanieczyszczenia środowiska znanego człowiekowi. I musi zapewnić zasadniczo nieokreślony okres użytkowania przez dziesięciolecia.

Powietrze nie służy tylko izolacji. Mogliby to zrobić za pomocą miki . Muszą także schłodzić transformator, aby uzyskać bardziej użyteczny prąd z tej samej ilości miedzi i żelaza.

Mogą więc używać powietrza, ale problemy środowiskowe sprawiają, że wymiana powietrza atmosferycznego jest niewykonalna. Musieliby więc hermetycznie uszczelnić, napełniając powietrze w czasie produkcji, choć oczywiście może to być jakiś inny gaz, taki jak azot lub argon.

Kolejnym pytaniem jest sprawność cieplna materiału jako płynu przenoszącego ciepło. Ciepło to poziom wzbudzenia atomu. Neutralne i protony nie magazynują ciepła, więc masa nie magazynuje ciepła, tak jak atomy. Ropa naftowa ma masę większą gęstość atomową niż powietrze, ponieważ jest płynna. Olej rozszerza się również po podgrzaniu (wystarczy spojrzeć na bagnet samochodu), więc gorący olej jest lżejszy niż objętość zimnego oleju, grawitacja zmusza go do wzrostu, a to powoduje obieg konwekcyjny. Można to wykorzystać, aby krążyć przez żebra chłodzące, więc nie ma potrzeby stosowania pompy płynu chłodzącego.

Harper - Przywróć Monikę
źródło
2

Wyszukaj „transformator suchy”, który dziś jest powszechnie używany. Jeden z nich znajduje się w ogromnym polu na zewnątrz w pobliżu naszego budynku. Przynajmniej w naszym przypadku transformator nie znajduje się na słupie zasilania, więc musi być wyjątkowo kompaktowy i lekki. Ciężki xfrmr z dodatkowym żelazem i grubszymi miedzianymi uzwojeniami działa chłodniej, więc nie potrzebuje oleju chłodzącego i pętli chłodnicy. A jeśli mały rozmiar nie jest poważnym problemem, wówczas uzwojenia EHT mogą być oddalone od siebie od strony niskiego napięcia, dzięki czemu szczelina powietrzna zapewnia wystarczające zapobieganie przebiciu łuku.

Zwróć uwagę, że wybuchy i pożary transformatorów olejowych nie są nieznane podczas burzy i linii o zwarciu. W transformatorach suchych brakuje tych mechanizmów awarii.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

wbeaty
źródło
Istnieją zabezpieczenia dla transformatorów olejowych, takie jak przekaźnik Buchholza . Do ochrony zwarć w linii.
Uwe
-1

Wszystkie powyższe odpowiedzi są dobre, ale nie wspominają o środowiskowych korzyściach dioksyn, które są obecne w oleju wielu starszych transformatorów.

richard1941
źródło
Myślę, że masz na myśli poli-chloro-bifenole (PCB), ale to nie dotyczy pytania. Pamiętaj, że „powyższe odpowiedzi” nie działają na StackExchange, gdzie odpowiedzi unoszą się w górę iw dół według głosów lub preferencji sortowania użytkownika - chyba że zamierzasz jakoś pozostać na dole!
Tranzystor
Korzyści dla dioksyn dla środowiska ”? Z pewnością masz na myśli wpływ dioksyn na środowisko !
duskwuff