چرا ترانسفورماتورها در روغن غوطه ور می شوند؟

در شبکه گسترده و پیچیده شبکه الکتریکی ، از گیاهان تولید برق گرفته تا زیرزمین های توزیع محلی ، به طور مداوم یک قطعه مهم تجهیزات را پیدا می کند: ترانسفورماتور غوطه ور بشر یک سؤال متداول از افراد خارج از حوزه مهندسی برق این است که چرا این دستگاه های اساسی پر از هزاران لیتر روغن معدنی است. پاسخ در ترکیبی از فیزیک اساسی و مهندسی عملی است که در درجه اول متمرکز بر عایق و خنک کننده است.

عملکرد اصلی: عایق الکتریکی
در هسته آن ، یک ترانسفورماتور حاوی یک سیم پیچ اولیه و ثانویه است که در اطراف یک هسته فولادی لمینت قرار دارد. در هنگام بهره برداری ، این سیم پیچ ها برق را در ولتاژهای بسیار بالایی حمل می کنند ، که گاهی اوقات بیش از صدها هزار ولت است. پتانسیل الکتریکی بین این سیم پیچ ها و مخزن زمینی ترانسفورماتور بسیار زیاد است.

هوا در این سطح و ولتاژ و مسافت ها عایق ضعیف است. برای جلوگیری از یک قوس الکتریکی فاجعه بار یا مدار کوتاه بین قطعات ، یک محیط عایق برتر مورد نیاز است. روغن ترانسفورماتور ، یک روغن معدنی بسیار تصفیه شده ، دارای قدرت دی الکتریک عالی است - از نظر قابل توجهی بالاتر از هوا. روغن با غوطه ور کردن هسته و سیم پیچ ها ، روغن به طور موثری از خرابی الکتریکی جلوگیری می کند ، و اطمینان می دهد که اجزای داخلی با خیال راحت از یکدیگر و محوطه ترانسفورماتور عایق بندی می شوند.

نقش ثانویه بحرانی: اتلاف گرما
ترانسفورماتورها 100 ٪ کارآمد نیستند. انرژی در درجه اول به دلیل ضرر مقاومت در سیم پیچ (تلفات I2R) و تلفات مغناطیسی در هسته (جریانهای گرداب و هیسترزیس) از بین می رود. این گرما باید به طور مداوم از بین برود تا از گرمای بیش از حد جلوگیری شود ، که می تواند کاغذ عایق را در اطراف سیم پیچ ها تخریب کند و در نهایت منجر به خرابی ترانسفورماتور شود.

ترانسفورماتورهای غوطه ور روغن از ظرفیت حرارتی بالای روغن و خواص همرفتی برای خنک کننده استفاده می کنند. هرچه روغن در تماس با هسته و سیم پیچ ها گرم می شود ، متراکم تر می شود و بالا می رود. روغن خنک کننده و متراکم تر برای گرفتن جای خود غرق می شود. این چرخه همرفت طبیعی گرما را به باله های رادیاتور خارجی ترانسفورماتور منتقل می کند ، جایی که در هوای اطراف آن از بین می رود. در ترانسفورماتورهای بزرگتر ، این فرآیند اغلب توسط پمپ ها و فن ها برای افزایش ظرفیت گردش خون و خنک کننده کمک می شود.

مزایای محافظتی و تشخیصی اضافی
روغن چندین کارکرد مهم دیگر را ارائه می دهد:

حفظ هسته و سیم پیچ: روغن محیطی را ایجاد می کند که از عایق کاغذ داخلی و سلولز در برابر رطوبت و اکسیژن محافظت می کند ، که می تواند باعث خوردگی و کاهش خواص عایق در طول زمان شود.

سرکوب قوس: در صورت وجود یک قوس الکتریکی داخلی ، روغن به خاموش کردن قوس و جلوگیری از انتشار پایدار آن کمک می کند ، اگرچه چنین رویدادی به طور معمول گازهایی تولید می کند که نشان دهنده یک تقصیر جدی است.

نظارت بر وضعیت: خود روغن به عنوان یک مایع تشخیصی عمل می کند. با نمونه گیری منظم و تجزیه و تحلیل روغن ، تکنسین ها می توانند سلامت ترانسفورماتور را ارزیابی کنند. آنها می توانند برای:

قدرت دی الکتریک: برای تأیید توانایی عایق خود زیاد است.

محتوای آب: از آنجا که رطوبت خواص عایق را کاهش می دهد.

تجزیه و تحلیل گاز محلول (DGA): حضور و غلظت گازهای خاص حل شده در روغن (مانند هیدروژن ، متان و استیلن) ​​شاخص های اصلی در حال توسعه گسلها مانند گرمای بیش از حد ، ترشحات جزئی یا قوس هستند.

ملاحظات و نگهداری
در حالی که بسیار مؤثر است ، استفاده از روغن ملاحظات خاصی را معرفی می کند. روغن باید از رطوبت و آلاینده های ذرات عاری از رطوبت نگه داشته شود تا خواص عایق آن حفظ شود. علاوه بر این ، به عنوان یک ماده قابل اشتعال ، باید اقدامات لازم برای مهار روغن و مدیریت خطر آتش سوزی مانند نصب دیواره های انفجار ، سیستم های سرکوب آتش یا استفاده از استرهای مصنوعی کمتر با گاز در مناطق پرخطر انجام شود.

نگهداری منظم ، از جمله آزمایش نفت ، تصفیه و بازرسی دوره ای ، از این رو برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت و ایمنی یک ترانسفورماتور غوطه ور روغن الزامی است.

عمل به ترانسفورماتورهای غوطه ور در روغن یک مصنوع تاریخی نیست بلکه یک راه حل مداوم و به خوبی مهندسی برای چالش های دوقلوی عایق و مدیریت حرارتی است. ترانسفورماتور غوطه ور روغن به دلیل قابلیت اطمینان ، کارآیی و داده های تشخیصی ارزشمند روغن آن ، سنگ بنای زیرساخت های الکتریکی مدرن است.