¿Por qué los transformadores de alto voltaje necesitan aceite?

El aceite del transformador no solo evita la formación de arcos, sino que también evita que el transformador se sobrecaliente a su temperatura de funcionamiento.

¿Entonces el aire no es el mejor contra la ruptura de voltaje?

Bueno, la respuesta a eso es no. Según mis experimentos, me muestra que sí, el aire tiene una ruptura de voltaje en la brecha de 1 pulgada a un voltaje de 20,000 voltios. Pero el aceite del transformador tiene una ruptura de voltaje de 70,000 voltios por pulgada.

Si lo pone de esta manera, a medida que la distancia de los dos conductores aumenta y aumenta, la tensión de ruptura dieléctrica necesaria para atravesar esa distancia aumenta.

Entonces sí, tienes razón.

El aceite de grado transformador es al menos 8x y hasta 25x mejor que el aire.

El aceite se usa predominantemente por debajo de 5MVA debido al menor costo del aceite en comparación con los tipos secos que utilizan cinta epoxi y mica. Es necesario para el enfriamiento, la propagación térmica de puntos de acceso y para el aislamiento eléctrico.

La descarga parcial (PD) tiene que ver con el flujo de iones en un plasma, como la aurora o la corona. Necesita algunos contaminantes para chocar y causar la descarga.

De mis experimentos con aceite de transformador Nydas en una fábrica de transformadores que supera los 25 kV / mm. Con resultados típicos variando de 25 a 40kV.

Con un procesamiento más costoso para eliminar los contaminantes a nivel de ppm, puede alcanzar 70kV / mm. Aquellos que pueden pagar la máquina de más de $ 50,000, los utilizan, pero se necesita cierta habilidad en el procesamiento de contaminación invisible y los controles de calidad del proceso en un ambiente de sala limpia.

La prueba se realiza con una rampa de aproximadamente 1 kV / s con electrodos planos de latón ultralimpios grandes (~ 2 cm) en un vaso de vidrio limpio con bordes lisos afilados.

Al igual que el aire, los contaminantes móviles y los cambios de presión pueden conducir a una descarga parcial que causa variabilidad en el voltaje de ruptura BDV de cualquier aislante.

Para el aceite de transformador, la Descarga parcial también descompone la gran cadena de hidrocarburos en H2, que tiene un umbral explosivo más bajo de concentración del 4%.

La descomposición del aire limpio es de 3kV / mm, mientras que el aire húmedo y sucio es de < 500 V / mm en plano a plano, mientras que punto a punto es aproximadamente 1/3 de estos umbrales de voltaje.

Un vacío ultra bajo proporciona un BDV alto, pero un vacío parcial muy bajo, ya que la reducción de las moléculas permite un menor arrastre y una mayor energía cinética cuando un ión en el aire golpea el conductor. (Ver la ley de Paschen).

¿Cómo mantienes los cables en su lugar? El aire no ayudará. Se hace con cartón empapado en aceite.

Además, los gases tienen una propiedad desagradable: tienen una presión muy baja, por lo que el campo eléctrico mueve fácilmente los átomos ionizados al azar. Si la presión del gas es lo suficientemente baja para el voltaje, los iones y los electrones libres alcanzan el contraelectrodo antes de que puedan recombinarse, por lo que tiene un canal conductor y el calor del flujo de corriente ionizará aún más átomos. El aceite evita que simplemente por su viscosidad.

Si desea tener un excelente aislamiento con un gas, debe usar un gas difícil de ionizar con alta viscosidad, por ejemplo, hexafluoruro de azufre.

Necesitas refrigeración. Y el aire limpio es difícil.

La clave de la pregunta es dónde colocan los transformadores : si estuvieran dentro de la casa, eso no tendría mucho que ver, pero en realidad están ubicados en lugares asquerosos, llenos de polvo, nieve, humedad y Todos los demás contaminantes ambientales conocidos por el hombre. Y debe dar una vida de servicio básicamente sin mantenimiento en las décadas.

El aire no está solo para aislar. Podrían hacer eso con mica . También necesitan enfriar el transformador para que puedan obtener una calificación actual más útil de la misma cantidad de cobre y hierro.

Para que puedan usar el aire, pero los problemas ambientales hacen que el intercambio de aire atmosférico sea impracticable. Así que tendrían que sellarlo herméticamente, embotellar el aire en el interior en el momento de la fabricación, aunque, por supuesto, podría ser algún otro gas como el nitrógeno o el argón.

La siguiente pregunta es la eficiencia térmica del material como fluido de transferencia de calor. El calor es un nivel de excitación de un átomo. Los neutrales y los protones no almacenan calor, por lo que la masa no almacena calor, los átomos lo hacen. El aceite es masivamente más denso en átomos que el aire, siendo líquido. El aceite también se expande cuando se calienta (solo mire la varilla medidora de su automóvil), de modo que el aceite caliente es más liviano por volumen que el aceite frío, la gravedad lo obliga a subir y eso causa la circulación por convección. Esto puede aprovecharse para hacer que circule a través de las aletas de enfriamiento, por lo que no se necesita una bomba de refrigerante.

Busque el "transformador de tipo seco", que hoy en día son de uso común. Hay uno de estos en una enorme caja de servicios al aire libre cerca de nuestro edificio. Al menos en nuestro caso, el transformador no está arriba en un poste de energía, por lo que tiene menos necesidad de ser extremadamente compacto y de poco peso. Un xfrmr pesado con hierro adicional y bobinas de cobre más gruesas se enfría, por lo que no necesita aceite de refrigeración ni lazos del radiador. Y, si el tamaño pequeño no es un problema importante, entonces los devanados EHT se pueden separar del lado de baja tensión, de modo que el espacio de aire proporciona una prevención suficiente de la ruptura del arco.

Tenga en cuenta que las explosiones y los incendios de los transformadores de aceite no son desconocidos durante las tormentas y las líneas de cortocircuito provocadas por tormentas de viento. Los transformadores de tipo seco carecen de estos mecanismos de falla.