Трансформаторное масло является критическим компонентом в силовых трансформаторах, играя ключевую роль в изоляции и тепловой рассеивании. Когда это масло нагревается, происходит серия физических и химических изменений, которые имеют далеко идут последствия для производительности и надежности трансформатора.

Физические изменения

Изменение вязкости

Одним из непосредственных физических изменений в трансформаторном масле при нагревании является снижение вязкости. Вязкость является мерой сопротивления жидкости к потоку. При нормальных рабочих температурах трансформаторное масло имеет определенную вязкость, которая позволяет ему плавно циркулировать внутри трансформатора, способствуя эффективному теплопередаче. Когда температура повышается, кинетическая энергия молекул масла увеличивается. Эта повышенная энергия заставляет молекулы двигаться более свободно, уменьшая межмолекулярные силы, которые удерживают их вместе. Следовательно, масло становится менее вязким и течет легче. Например, в крупном трансформаторе, работающем при тяжелой нагрузке, где внутренняя температура может взлетать, уменьшенная вязкость трансформаторного масла позволяет быстро достигать всех горячих точек внутри трансформатора, усиливая процесс охлаждения. Однако, если температура значительно падает после нагрева, вязкость масла снова увеличится, что потенциально может препятствовать его потоку, если вязкость станет слишком высокой.

Расширение объема

Нагревание также приводит к расширению трансформаторного масла. Подобно большинству веществ, трансформаторное масло расширяется по мере повышения температуры. Это связано с тем, что повышенная кинетическая энергия молекул заставляет их двигаться дальше, что приводит к увеличению объема. Коэффициент термического расширения трансформаторного масла является относительно малым, но все же достаточно значительным, чтобы рассматриваться в конструкции трансформатора. В герметичных трансформаторах это расширение объема может вызвать увеличение внутреннего давления. Если давление превышает границы конструкции корпуса трансформатора, оно может привести к таким проблемам, как утечка масла или повреждение уплотнений. Чтобы смягчить эту проблему, трансформаторы часто оснащены такими устройствами, как консерваторы. Консерватор представляет собой небольшой резервуар, соединенный с основным трансформатором. Он обеспечивает пространство для расширения и сжимания масла при изменении температуры, поддерживая относительно стабильное давление внутри трансформатора.

Химические изменения

Ускорение окисления

Когда трансформаторное масло нагревается, особенно в присутствии кислорода, скорость окисления ускоряется. Окисление - это химическая реакция, когда углеводороды в масле реагируют с кислородом. Эта реакция может привести к образованию различных продуктов окисления, включая органические кислоты, пероксиды и ил. Органические кислоты могут снизить рН масла, что делает его более кислотным. Эта кислотность может корродировать металлические компоненты внутри трансформатора, таких как обмотки и бак. Пероксиды представляют собой нестабильные соединения, которые могут в дальнейшем реагировать с маслом, вызывая большую деградацию. Формирование осадка особенно неприятно, поскольку он может забивать каналы охлаждения и фильтры в трансформаторе. Забитые каналы уменьшают способность масла распространяться, что, в свою очередь, ухудшает эффективность охлаждения. Чтобы замедлить окисление, антиоксиданты часто добавляют в трансформаторное масло во время производственного процесса. Эти антиоксиданты работают, реагируя со свободными радикалами, генерируемыми во время окисления, тем самым предотвращая цепную реакцию, которая приводит к обширному деградации нефти.

Разложение

При высоких температурах трансформаторное масло может разложить. Сложные молекулы углеводородов в нефти разбиваются на более простые соединения, такие как газы (например, метан, этан и водород) и летучие органические соединения. Это разложение является эндотермической реакцией, то есть оно поглощает тепло. Процесс разложения может быть ускорен с помощью таких факторов, как наличие металлических катализаторов (из компонентов трансформатора), электрического напряжения высокого напряжения и длительного воздействия высоких температур. Формирование газов в нефти может быть серьезной проблемой. Газовые пузырьки могут нарушить электрические изоляционные свойства нефти. В приложениях с высоким напряжением эти пузырьки могут выступать в качестве участков для электрического расщепления, что приводит к вздущению и потенциальному повреждению трансформатора. Кроме того, высвобождение летучих соединений может способствовать образованию легковоспламеняющихся смесей в окрестностях трансформатора, увеличивая риск пожара.

Влияние на производительность трансформатора

Деградация изоляции

Физические и химические изменения в трансформаторном масле из -за нагрева оказывают прямое влияние на его изоляционные свойства. Снижение диэлектрической прочности, вызванное продуктами окисления и пузырьками газа от разложения, означает, что нефть менее эффективно изоляции электрических компонентов внутри трансформатора. В результате риск электрического артирования и коротких цепей увеличивается. В крайних случаях может произойти полная разбивка изоляции, что приводит к серьезной электрической разломе. Это не только приводит к выходу из строя трансформатора, но также может нарушить источник питания до большой территории, что приводит к значительным экономическим потерям.

Охлаждение неэффективности

Нагревание - индуцированные изменения в масле также могут привести к неэффективности охлаждения. Образование осадка и засорение каналов охлаждения в результате окисления и разложения препятствуют потоку масла. С уменьшенным потоком масло не может эффективно переносить тепло от горячих точек в трансформаторе. Это приводит к дальнейшему повышению температуры в трансформаторе, создавая порочный цикл. Более высокие температуры ускоряют деградацию нефти, еще больше уменьшая возможности охлаждения. Если неэффективность охлаждения не рассматривается, трансформатор может перегреться, что может нанести постоянный повреждение обмоток и других критических компонентов.

В заключение, нагревательное трансформатор нефть запускает серию физических и химических изменений, которые могут серьезно поставить под угрозу производительность и надежность трансформаторов. Понимание этих изменений имеет решающее значение для правильной работы, технического обслуживания и конструкции трансформаторов, чтобы обеспечить безопасную и эффективную доставку электрической мощности.