Transformatoren sind für die effiziente Übertragung und Verteilung elektrischer Energie in Stromnetzen unerlässlich. Transformatoröl, ein wichtiger Bestandteil dieser Geräte, erfüllt mehrere wichtige Funktionen wie Isolierung, Kühlung und Lichtbogenlöschung. Bei der TransformatorölWird Öl erhitzt, kommt es zu einer Reihe physikalischer und chemischer Veränderungen, die sich erheblich auf die Leistung und Lebensdauer des Transformators auswirken können.

Körperliche Veränderungen

1.Viskositätsreduzierung

Wenn Transformatoröl erhitzt wird, sinkt seine Viskosität. Die Viskosität ist ein Maß für den Fließwiderstand einer Flüssigkeit. Bei normalen Betriebstemperaturen hat Transformatoröl eine relativ niedrige Viskosität, wodurch es frei im Transformator zirkulieren und Wärme effektiv übertragen kann. Durch die Erwärmung erhalten die Moleküle im Öl mehr kinetische Energie, wodurch die intermolekularen Kräfte, die sie zusammenhalten, abnehmen. Diese reduzierte Viskosität ermöglicht dem Öl ein leichteres Fließen und verbessert so seine Kühlleistung. Beispielsweise kann in einem großen Leistungstransformator unter hoher Last die Öltemperatur steigen. Die verringerte Viskosität stellt sicher, dass das Öl alle Teile des Transformators schnell erreichen und Wärme von Hotspots wie den Wicklungen abführen kann.

2.Volumenerweiterung

Durch Erhitzen dehnt sich Transformatoröl aus. Dies liegt an der zunehmenden Distanz zwischen den Molekülen, da diese mehr Energie aufnehmen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Transformatoröl ist relativ gering, aber dennoch signifikant genug, um bei der Transformatorkonstruktion berücksichtigt zu werden. Bei geschlossenen Transformatoren kann diese Ausdehnung zu einem Anstieg des Innendrucks führen. Ein zu hoher Druck kann Probleme wie Öllecks oder Schäden am Transformatorgehäuse verursachen. Um dem entgegenzuwirken, sind Transformatoren häufig mit Vorrichtungen wie Ausdehnungsgefäßen ausgestattet, die die Volumenänderungen des Öls beim Erhitzen und Abkühlen ausgleichen.

Chemische Veränderungen

1.Oxidation

Beim Erhitzen von Transformatoröl, insbesondere in Gegenwart von Sauerstoff, kann es zu Oxidation kommen. Luftsauerstoff reagiert mit den Kohlenwasserstoffen im Öl und führt zur Bildung verschiedener Oxidationsprodukte. Zu diesen Produkten können organische Säuren, Peroxide und Schlamm gehören. Oxidation mindert nicht nur die Qualität des Öls, sondern verringert auch seine Durchschlagsfestigkeit. Mit der Zeit können sich angesammelte Oxidationsprodukte in den Kühlkanälen des Transformators festsetzen, den Ölfluss behindern und die Kühlleistung verringern. Um die Oxidation zu mildern, werden dem Transformatoröl während des Herstellungsprozesses häufig Antioxidantien zugesetzt. Diese Antioxidantien können die Oxidationsreaktion verlangsamen, indem sie mit den im Oxidationsprozess entstehenden freien Radikalen reagieren.

2.Zersetzung

Bei hohen Temperaturen kann sich Transformatoröl zersetzen. Die langkettigen Kohlenwasserstoffe im Öl zerfallen in kleinere Moleküle, beispielsweise Gase (z. B. Methan, Ethan und Wasserstoff) und flüchtige Verbindungen. Diese Zersetzung ist eine komplexe chemische Reaktion, die durch Faktoren wie das Vorhandensein von Metallkatalysatoren (aus den Transformatorkomponenten), elektrische Hochspannungsbelastung und die Dauer der Erhitzung beschleunigt werden kann. Die Bildung von Gasen kann Gasblasen im Öl bilden. Diese Blasen können die elektrischen Isolationseigenschaften des Öls beeinträchtigen und das Risiko eines elektrischen Durchschlags erhöhen. In extremen Fällen kann die Zersetzung des Transformatoröls zu einem erheblichen Verlust seiner Isolier- und Kühleigenschaften führen und möglicherweise einen Transformatorausfall verursachen.

Auswirkungen auf die Transformatorleistung

1.Verschlechterung der Isolierung

Die physikalischen und chemischen Veränderungen des Transformatoröls durch Erhitzung können zu einer Verschlechterung der Isolierung führen. Die durch Oxidation und zersetzende Gasblasen verursachte Verringerung der Durchschlagsfestigkeit führt dazu, dass das Öl Hochspannungsunterschieden weniger standhält. Dies erhöht das Risiko von Lichtbögen und Kurzschlüssen im Transformator. Ein vollständiger Versagen der Isolierung kann zu einem schwerwiegenden elektrischen Defekt führen, der Stromausfälle und kostspielige Reparaturen zur Folge hat.

2.Kühlineffizienz

Die Bildung von Schlamm durch Oxidation und das Verstopfen von Kühlkanälen kann die Wirksamkeit des Öls als Kühlmittel verringern. Mit abnehmender Kühlleistung steigt die Temperatur im Transformator weiter an. Dies führt zu einem Teufelskreis, da höhere Temperaturen die physikalischen und chemischen Veränderungen im Öl beschleunigen. Schließlich kann der Transformator überhitzen und seine Wicklungen und andere Komponenten beschädigen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erwärmung von Transformatoröl eine Reihe physikalischer und chemischer Veränderungen auslöst, die weitreichende Folgen für die Leistung und Zuverlässigkeit von Transformatoren haben können. Das Verständnis dieser Veränderungen ist entscheidend für den ordnungsgemäßen Betrieb, die Wartung und die Konstruktion von Transformatoren, um eine sichere und effiziente Stromübertragung zu gewährleisten.