なぜ高圧変圧器にはオイルが必要なのですか？

誰かが私に、高電圧変圧器はアーク放電を防ぐのでオイルが必要だと言った。しかし、絶縁破壊の観点から見ると、空気は最強ではありませんか？

大学のクラスから、誘電率が増加するにつれて絶縁破壊電圧が低下することを覚えています。これは正しいです？

3つの理由：電圧降下、熱伝導率が非常に高く、結露による水分を含む汚染物質がはるかに少ないため、部分的な放電が発生します。これは、乾式エポキシ型よりも安価に監視および修理できます。

• 油中の異物を除去しやすく、粘度が水分子から可燃性ガスである水素を放出するのに十分なエネルギーで導体に衝突する電界内の加速粒子の運動エネルギーを減らすため、より複雑な3番目の理由を追加しました。

• 乾式変圧器は存在しますが、5MVA未満は、より小さな設置面積、より静かで安全、一部の都市部で好まれますが、効率が悪く、コストが高く、Micaテープとエポキシポリマーによるより高い絶縁に依存して耐湿性を実現します。乾式変圧器は、水分の分子を吸収する傾向に対処する必要があり、これにより絶縁破壊電圧が急速に低下します。

変圧器グレードのオイルは、絶縁破壊のために空気の少なくとも8倍から最大25倍、熱伝導率in [W / mK]で少なくとも6倍優れています。

オイルは、電気効率と冷却効率の向上により、主に5MVAを超えて使用されます。オイルは、冷却、ホットスポットの熱拡散、および電気絶縁に必要です。

部分放電（PD）とは、オーロラやコロナのようなプラズマ内のイオンの流れのことです。衝突して放電を引き起こすには、いくつかの汚染物質が必要です。

25kV / mmを超える変圧器工場でのNydas Transformerオイルに関する私の実験から。典型的な結果は25〜40kVです。

ppmレベルの汚染物質を除去するためのより高価な処理により、70kV / mmに達する可能性があります。5万ドル以上のマシンを購入できるユーザーは、それらを使用しますが、クリーンルーム環境での目に見えない汚染処理とプロセス品質管理のスキルが必要です。

このテストは、テーパーが付いた滑らかなエッジを備えたきれいなガラスビーカー内の超きれいな大きな（〜2cm）真鍮フラット電極で約1kV / sのランプで行われます。

空気と同様に、絶縁体の絶縁破壊電圧BDVの変動を引き起こす部分的な放電を引き起こす可能性があるのは、モバイル汚染物質と圧力変化です。

変圧器オイルの場合、部分放電は、大きな炭化水素鎖をH2に分解します。H2は4％濃度のより低い爆発しきい値を持ちます。

クリーンエアの故障は3kV / mmであり、汚れた湿った空気はフラットからフラットで500V / mm未満であり、ポイントツーポイントはこれらの電圧しきい値の約1/3です。

超低真空では高いBDVが得られますが、分子内の還元により空気中のイオンが導体に衝突したときに抗力が小さくなり、運動エネルギーが高くなるため、部分真空は非常に低くなります。（パッシェンの法律を参照。）

トランスオイルはアーク放電を防ぐだけでなく、トランスが動作温度で過熱するのを防ぎます。

それで、電圧破壊に対して空気は最高ではないでしょうか？

それに対する答えはノーです。私の実験によれば、はい、空気は20,000ボルトの電圧で1インチのギャップで電圧破壊があることがわかります。しかし、変圧器オイルの電圧破壊は1インチあたり70,000ボルトです。

このようにすると、2本の導体からの距離が大きくなるにつれて、その距離をアークするのに必要な絶縁破壊電圧が大きくなります。

はい、あなたは正しいです。

どのようにワイヤを所定の位置に保ちますか？空気は役に立ちません。油に浸した段ボールでできています。

さらに、ガスには厄介な特性があります。非常に低い圧力であるため、ランダムにイオン化された原子は電界によって容易に移動します。ガス圧が電圧に対して十分に低い場合、イオンと自由電子は再結合する前に対電極に到達するため、伝導チャネルができ、電流からの熱がさらに多くの原子をイオン化します。オイルは、単にその粘度によってそれを防ぎます。

ガスを使用して優れた分離を実現するには、六フッ化硫黄などの高粘度のイオン化しにくいガスを使用する必要がありました。

冷却が必要です。そして、きれいな空気は難しいです。

質問の鍵は、彼らが変圧器をどこに置くかです-彼らが屋内にいれば、それはネイトの熱心さでしょうが、実際には、彼らはほこり、雪、湿気、人に知られている他のすべての環境汚染物質でいっぱいの汚い場所にあります。そして、それは何十年も基本的にメンテナンスされていない耐用年数を与えなければなりません。

空気は断熱するだけではありません。 彼らはマイカでそれをすることができました。また、同じ量の銅と鉄からより有用な電流定格を得るために、変圧器を冷却する必要があります。

したがって、彼らは空気を使用できますが、環境問題により、大気の交換は実行不可能になります。そのため、製造時に内部を空気で満たして密閉する必要がありますが、もちろん窒素やアルゴンなどの他のガスでもかまいません。

次の問題は、熱伝達流体としての材料の熱効率です。熱は、原子の励起レベルです。中性粒子と陽子は熱を貯蔵しないので、質量は熱を貯蔵しません、原子は貯蔵します。オイルは空気よりもはるかに原子密度が高く、液体です。オイルは加熱されると膨張します（車のディップスティックを見てください）ので、熱いオイルは冷たいオイルよりも体積が軽いため、重力が上昇し、対流循環を引き起こします。これを利用して冷却フィンを循環させることができるため、冷却剤ポンプは不要です。

今日一般的に使用されている「乾式変圧器」を調べてください。私たちの建物の近くにある巨大な屋外ユーティリティボックスにこれらの1つがあります。少なくとも私たちの場合、変圧器は電柱の上に載っていないので、非常にコンパクトで軽量である必要はほとんどありません。余分な鉄と厚い銅巻線を備えた重いxfrmrは、より低温で動作するため、冷却オイルとラジエーターループは必要ありません。また、小さなサイズが大きな問題ではない場合、EHT巻線を低電圧側から大きく離すことができるため、エアギャップによってアーク破壊を十分に防止できます。

雷雨時や暴風がショートしたラインからの石油変圧器の爆発と火災は不明であることに注意してください。乾式変圧器にはこれらの故障メカニズムがありません。

上記の答えはすべて良いですが、多くの古い変圧器のオイルに存在するダイオキシンの環境上の利点については言及していません。