Prečo sú transformátory ponorené do oleja?

V rozsiahlej a zložitej sieti elektrickej mriežky, od rastlín výroby energie po miestne distribučné rozvodne Olejový transformátor . Bežnou otázkou tých, ktorí sú mimo oblasti elektrotechniky, je dôvod, prečo sú tieto základné zariadenia plné tisícov litrov minerálneho oleja. Odpoveď spočíva v kombinácii základnej fyziky a praktického inžinierstva, predovšetkým zameraných na izoláciu a chladenie.

Primárna funkcia: elektrická izolácia
V jadre obsahuje transformátor primárny a sekundárny vinutý stočený okolo laminovaného oceľového jadra. Keď sú v prevádzke, tieto vinutia nesú elektrinu pri extrémnom vysokom napätí, niekedy presahujúca stovky tisíc voltov. Elektrický potenciál medzi týmito vinutiami a uzemnenou nádržou transformátora je obrovský.

Vzduch je zlým izolátorom pri týchto úrovniach napätia a vzdialenostiach. Aby sa zabránilo katastrofickému elektrickému oblúku alebo skratu medzi komponentmi, je potrebné vynikajúce izolačné médium. Transformátorový olej, vysoko rafinovaný minerálny olej, má vynikajúcu dielektrickú pevnosť - významne vyššiu ako vzduch. Ponorením jadra a vinutia olej účinne zabraňuje elektrickému rozkladu, čím sa zabezpečí bezpečne izolované vnútorné komponenty od seba a krytu transformátora.

Kritická sekundárna úloha: rozptyl tepla
Transformátory nie sú 100% efektívne. Energia sa stráca predovšetkým ako teplo v dôsledku odporových strát vo vinutí (straty I2R) a magnetických strát v jadre (vírivé prúdy a hysteréza). Toto teplo sa musí neustále rozptýliť, aby sa zabránilo prehriatiu, čo môže degradovať izolačný papier obklopujúci vinutia a nakoniec viesť k zlyhaniu transformátora.

Transformátory ponorené na olej využívajú vysokú tepelnú kapacitu oleja a konvektívne vlastnosti na chladenie. Keď sa olej v kontakte s jadrom a vinutiami zahrieva, stáva sa menej hustá a stúpa. Chladnejšie, hustejšie olejové umývadlá, aby sa umiestnili. Tento prírodný konvekčný cyklus presunie teplo na vonkajšie žiarivé plutvy transformátora, kde sa rozptýli do okolitého vzduchu. Vo väčších transformátoroch sa tomuto procesu často pomáhajú čerpadlami a ventilátormi na zlepšenie obehu a chladiacej kapacity.

Dodatočné ochranné a diagnostické výhody
Olej slúži niekoľkým ďalším dôležitým funkciám:

Zachovanie jadra a vinutia: Olej vytvára prostredie, ktoré chráni izoláciu vnútorného papiera a celulózy pred vlhkosťou a kyslíkom, čo môže spôsobiť koróziu a v priebehu času znižovať izolačné vlastnosti.

Potlačenie ARC: V prípade vnútorného elektrického oblúka olej pomáha uhasiť oblúk a zabrániť jeho trvalému šíreniu, hoci takáto udalosť zvyčajne vytvára plyny, ktoré naznačujú vážnu poruchu.

Monitorovanie stavu: Samotný olej pôsobí ako diagnostická tekutina. Pravidelným odberom vzoriek a analýzou ropy môžu technici vyhodnotiť zdravie transformátora. Môžu testovať:

Dielektrická pevnosť: Potvrdenie jej izolačnej schopnosti zostáva vysoká.

Obsah vody: Keďže vlhkosť znižuje izolačné vlastnosti.

Analýza rozpusteného plynu (DGA): Prítomnosť a koncentrácia špecifických plynov rozpustených v oleji (ako vodík, metán a acetylén) sú kľúčovými ukazovateľmi vyvíjajúcich sa porúch, ako je prehrievanie, čiastočné výtoky alebo oblúk.

Úvahy a údržba
Aj keď je vysoko efektívny, použitie ropy zavádza konkrétne úvahy. Olej sa musí udržiavať bez vlhkosti a kontaminantov častíc, aby sa udržali svoje izolačné vlastnosti. Ďalej, ako horľavá látka, musia byť zavedené opatrenia na obmedzenie rizík oleja a riadenie rizika požiaru, ako je inštalácia výbuchových stien, systémy potlačenia požiaru alebo použitie menej Pokynových syntetických esterov vo vysokorizikových oblastiach.

Pravidelná údržba vrátane testovania ropy, filtrácie a periodickej kontroly je preto povinná, aby sa zabezpečila dlhodobá spoľahlivosť a bezpečnosť transformátora ponoreného na ropu.

Prax ponorenia transformátorov v rope nie je historickým artefaktom, ale pokračujúcim dobre vybaveným riešením dvojitých výziev izolácie a tepelného riadenia. Transformátor ponorený olejom zostáva základným kameňom modernej elektrickej infraštruktúry z dôvodu jej osvedčenej spoľahlivosti, účinnosti a cenných diagnostických údajov, ktoré jej olej poskytuje, čím sa zabezpečuje stabilný a nepretržitý prenos a distribúcia elektrickej energie.