Transformatoröl ist eine kritische Komponente innerhalb von Krafttransformatoren, die eine zentrale Rolle bei Isolierung und Wärmeabteilung spielt. Wenn dieses Öl erhitzt wird, treten eine Reihe physikalischer und chemischer Veränderungen auf, die weitaus Auswirkungen auf die Leistung und Zuverlässigkeit des Transformators haben.

Physische Veränderungen

Viskositätsveränderung

Eine der unmittelbaren körperlichen Veränderungen des Transformatoröls beim Erhitzen ist eine Verringerung der Viskosität. Die Viskosität ist ein Maß für den Flüssigkeitswiderstand gegen Flüssigkeit. Bei normalen Betriebstemperaturen hat Transformatoröl eine bestimmte Viskosität, die es ihm reibungslos im Transformator zirkulieren und eine effiziente Wärmeübertragung erleichtert. Wenn die Temperatur steigt, nimmt die kinetische Energie der Ölmoleküle zu. Diese erhöhte Energie führt dazu, dass sich die Moleküle freier bewegen und die intermolekularen Kräfte verringert, die sie zusammenhalten. Folglich wird das Öl weniger viskoös und fließt leichter. Zum Beispiel ermöglicht die reduzierte Viskosität des Transformatoröls in einem großen Stromtransformator, bei dem die Innentemperatur steigen kann, alle Hotspots innerhalb des Transformators schnell, wodurch der Kühlprozess verbessert wird. Wenn die Temperatur jedoch nach dem Erhitzen signifikant sinkt, steigt die Viskosität des Öls erneut an, was möglicherweise ihren Fluss behindern könnte, wenn die Viskosität zu hoch wird.

Volumenerweiterung

Die Heizung führt auch zur Ausdehnung des Transformatoröls. Ähnlich wie bei den meisten Substanzen dehnt sich das Transformatoröl mit zunehmendem Temperatur aus. Dies liegt daran, dass die erhöhte kinetische Energie der Moleküle dazu führt, dass sie sich weiter auseinander bewegen, was zu einer Zunahme des Volumens führt. Der Koeffizient der thermischen Expansion von Transformatoröl ist relativ klein, aber immer noch signifikant genug, um im Transformatordesign berücksichtigt zu werden. Bei versiegelten Transformatoren kann diese Volumenausdehnung zu einem Anstieg des Innendrucks führen. Wenn der Druck die Konstruktionsgrenzen des Transformatorgehäuse überschreitet, kann dies zu Problemen wie Öllecks oder Schäden an den Dichtungen führen. Um dieses Problem zu mildern, sind Transformatoren häufig mit Geräten wie Konservatoren ausgestattet. Ein Konservator ist ein kleiner Tank, der mit dem Haupttransformatortank verbunden ist. Es bietet einen Raum, in dem sich das Öl bei der Temperatur erweitert und zusammenzieht und einen relativ stabilen Druck innerhalb des Transformators beibehält.

Chemische Veränderungen

Oxidationsbeschleunigung

Wenn Transformatoröl insbesondere in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt wird, beschleunigt die Oxidationsrate. Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der die Kohlenwasserstoffe im Öl mit Sauerstoff reagieren. Diese Reaktion kann zur Bildung verschiedener Oxidationsprodukte führen, einschließlich organischer Säuren, Peroxide und Schlamm. Organische Säuren können den pH -Wert des Öls senken, was es saurer macht. Dieser Säure kann die Metallkomponenten innerhalb des Transformators wie die Wicklungen und den Tank korrodieren. Peroxide sind instabile Verbindungen, die weiter mit dem Öl reagieren können, was zu mehr Abbau führt. Die Bildung von Schlamm ist besonders problematisch, da sie die Kühlkanäle und Filter innerhalb des Transformators verstopfen kann. Verstopfte Kanäle verringern die zirkulierende Fähigkeit des Öls, was wiederum die Kühlungseffizienz beeinträchtigt. Um die Oxidation zu verlangsamen, werden Antioxidantien während des Herstellungsprozesses häufig zu Transformatoröl zugesetzt. Diese Antioxidantien reagieren mit den während der Oxidation erzeugten freien Radikalen, wodurch die Kettenreaktion verhindert wird, die zu einem umfassenden Ölabbau führt.

Zersetzung

Bei hohen Temperaturen kann sich Transformatoröl zersetzen. Die komplexen Kohlenwasserstoffmoleküle im Öl zerlegen in einfachere Verbindungen wie Gase (z. B. Methan, Ethan und Wasserstoff) und flüchtige organische Verbindungen. Diese Zersetzung ist eine endotherme Reaktion, was bedeutet, dass sie Wärme absorbiert. Der Zersetzungsprozess kann durch Faktoren wie das Vorhandensein von Metallkatalysatoren (aus den Komponenten des Transformators), hoher Spannung elektrischer Spannung und längerer Exposition gegenüber hohen Temperaturen beschleunigt werden. Die Bildung von Gasen innerhalb des Öls kann ein ernstes Problem sein. Gasblasen können die elektrischen Isolationseigenschaften des Öls stören. In hohen Spannungsanwendungen können diese Blasen als Stellen für den elektrischen Zusammenbruch fungieren, was zu Lichtbogen und potenziellen Schäden am Transformator führt. Darüber hinaus kann die Freisetzung von flüchtigen Verbindungen zur Bildung brennbarer Gemische in der Nähe des Transformators beitragen, wodurch das Brandrisiko erhöht wird.

Auswirkungen auf die Transformatorleistung

Isolationsabbau

Die physikalischen und chemischen Veränderungen des Transformatoröls aufgrund von Heizung haben einen direkten Einfluss auf seine Isolationseigenschaften. Die Verringerung der dielektrischen Festigkeit, die durch Oxidationsprodukte und Gasblasen aus der Zersetzung verursacht wird, bedeutet, dass das Öl bei der Isolierung der elektrischen Komponenten innerhalb des Transformators weniger wirksam ist. Infolgedessen steigt das Risiko von elektrischem Lichtbögen und kurzen Schaltkreisen. In extremen Fällen kann eine vollständige Aufschlüsselung der Isolierung auftreten, was zu einem größeren elektrischen Fehler führt. Dies führt nicht nur dazu, dass der Transformator scheitert, sondern kann auch die Stromversorgung eines großen Gebiets stören, was zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führt.

Ineffizienz abkühlen

Erwärmung - Induzierte Veränderungen im Öl können auch zu Kühlungseffizienz führen. Die Bildung von Schlamm und das Verstopfen von Kühlkanälen infolge von Oxidation und Zersetzung beeinträchtigen den Fluss des Öls. Bei reduziertem Fluss kann das Öl nicht die Wärme von den Hotspots im Transformator effektiv wegtragen. Dies führt dazu, dass die Temperatur innerhalb des Transformators weiter steigt und einen Teufelskreis erzeugt. Höhere Temperaturen beschleunigen den Abbau des Öls und verringern die Kühlkapazitäten weiter. Wenn die Ineffizienz der Kühlung nicht angesprochen wird, kann der Transformator überhitzt, was zu dauerhaften Schäden an Wicklungen und anderen kritischen Komponenten führen kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Heiztransformatoröl eine Reihe physikalischer und chemischer Veränderungen auslöst, die die Leistung und Zuverlässigkeit von Transformatoren stark beeinträchtigen können. Das Verständnis dieser Veränderungen ist für den ordnungsgemäßen Betrieb, die Wartung und das Design von Transformatoren von entscheidender Bedeutung, um die sichere und effiziente Abgabe der elektrischen Leistung zu gewährleisten.