변압기 오일은 전력 변압기 내에서 중요한 구성 요소로, 절연 및 열 소산에서 중추적 인 역할을합니다. 이 오일이 가열되면 일련의 물리적 및 화학적 변화가 발생하는데, 이는 변압기의 성능과 신뢰성에 영향을 미칩니다.

물리적 변화

점도 변경

가열시 변압기 오일의 즉각적인 물리적 변화 중 하나는 점도 감소입니다. 점도는 유체의 흐름에 대한 저항의 척도입니다. 정상적인 작동 온도에서, 변압기 오일은 변압기 내에서 매끄럽게 순환하여 효율적인 열 전달을 용이하게하는 특정 점도가 있습니다. 온도가 상승함에 따라 오일 분자의 운동 에너지가 증가합니다. 이 증가 된 에너지는 분자가 더 자유롭게 움직여서 함께 유지하는 분자간 힘을 줄입니다. 결과적으로, 오일은 점성이 떨어지고 더 쉽게 흐릅니다. 예를 들어, 내부 온도가 급상승 할 수있는 무거운 하중에서 작동하는 대형 전력 변압기에서 변압기 오일의 점도 감소를 통해 변압기 내의 모든 핫스팟에 빠르게 도달하여 냉각 공정을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 가열 후 온도가 크게 떨어지면 오일의 점도가 다시 증가하여 점도가 너무 높아지면 흐름을 방해 할 수 있습니다.

볼륨 확장

가열은 또한 변압기 오일의 팽창으로 이어진다. 대부분의 물질과 마찬가지로 트랜스포머 오일은 온도가 상승함에 따라 확장됩니다. 분자의 동역학 에너지가 증가하면 더 멀리 이동하여 부피가 증가하기 때문입니다. 변압기 오일의 열 팽창 계수는 비교적 작지만 변압기 설계에서 고려할 정도로 여전히 중요합니다. 밀봉 된 변압기 에서이 부피 확장은 내부 압력을 증가시킬 수 있습니다. 압력이 변압기 인클로저의 설계 한계를 초과하면 오일 누출 또는 씰 손상과 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 이 문제를 완화하기 위해 변압기에는 종종 보존 기와 같은 장치가 장착되어 있습니다. 보존 기는 메인 변압기 탱크에 연결된 작은 탱크입니다. 온도가 변할 때 오일이 팽창하고 수축 할 수있는 공간을 제공하여 변압기 내에서 비교적 안정적인 압력을 유지합니다.

화학적 변화

산화 가속도

변압기 오일이 가열되면, 특히 산소가있을 때 산화 속도가 가속화됩니다. 산화는 오일의 탄화수소가 산소와 반응하는 화학 반응입니다. 이 반응은 유기산, 과산화물 및 슬러지를 포함한 다양한 산화 생성물의 형성으로 이어질 수있다. 유기산은 오일의 pH를 낮추어 산성으로 만들 수 있습니다. 이 산도는 권선 및 탱크와 같은 변압기 내의 금속 성분을 부식시킬 수 있습니다. 과산화물은 오일과 추가로 반응하여 더 많은 분해를 유발할 수있는 불안정한 화합물입니다. 슬러지의 형성은 변압기 내의 냉각 채널과 필터를 막을 수 있기 때문에 특히 번거 롭다. 막힌 채널은 오일의 순환 능력을 감소시켜 냉각 효율을 손상시킵니다. 산화를 늦추기 위해, 항산화 제는 종종 제조 공정 동안 변압기 오일에 첨가된다. 이들 항산화 제는 산화 동안 생성 된 자유 라디칼과 반응함으로써 작용하여, 연쇄 반응을 방지하여 광범위한 오일 분해를 유발한다.

분해

고온에서 변압기 오일이 분해 될 수 있습니다. 오일의 복잡한 탄화수소 분자는 가스 (예 : G, 메탄, 에탄 및 수소) 및 휘발성 유기 화합물과 같은 간단한 화합물로 분해됩니다. 이 분해는 흡열 반응으로 열을 흡수합니다. 분해 공정은 금속 촉매 (변압기 구성 요소)의 존재, 고압 전기 응력 및 고온에 대한 장기 노출과 같은 인자에 의해 가속화 될 수 있습니다. 오일 내에서 가스의 형성은 심각한 문제가 될 수 있습니다. 가스 거품은 오일의 전기 절연 특성을 방해 할 수 있습니다. 고전압 응용 분야에서 이러한 기포는 전기 분해를위한 부위 역할을하여 변압기의 아크 및 잠재적 손상으로 이어질 수 있습니다. 또한, 휘발성 화합물의 방출은 변압기 근처에서 가연성 혼합물의 형성에 기여하여 화재 위험을 증가시킬 수있다.

변압기 성능에 미치는 영향

절연 저하

가열로 인한 변압기 오일의 물리적 및 화학적 변화는 단열 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 산화 생성물 및 분해로 인한 가스 기포로 인한 유전성 강도의 감소는 오일이 변압기 내의 전기 성분을 절연하는 데 덜 효과적이라는 것을 의미합니다. 결과적으로 전기 아크 및 짧은 회로의 위험이 증가합니다. 극단적 인 경우, 단열재의 완전한 고장이 발생하여 주요 전기 결함이 발생할 수 있습니다. 이로 인해 변압기가 실패하게 될뿐만 아니라 넓은 지역으로의 전원 공급 장치를 방해 할 수있어 경제적 손실이 심합니다.

냉각 비 효율성

가열 - 오일의 유도 변화는 또한 냉각 비 효율성을 유발할 수 있습니다. 산화 및 분해의 결과로 슬러지의 형성 및 냉각 채널의 막힘은 오일의 흐름을 방해합니다. 흐름이 감소하면 오일은 변압기의 핫스팟에서 열을 효과적으로 전달할 수 없습니다. 이로 인해 변압기 내의 온도가 더 높아져 악순환이 발생합니다. 더 높은 온도는 오일의 열화를 가속화하여 냉각 능력을 더욱 줄입니다. 냉각 비 효율성이 해결되지 않으면 변압기가 과열되어 와인딩 및 기타 중요한 구성 요소에 영구적 인 손상이 발생할 수 있습니다.

결론적으로, 가열 변압기 오일은 변압기의 성능과 신뢰성을 심각하게 손상시킬 수있는 일련의 물리적 및 화학적 변화를 유발합니다. 이러한 변화를 이해하는 것은 전력의 안전하고 효율적인 전달을 보장하기 위해 트랜스포머의 적절한 작동, 유지 보수 및 변압기 설계에 중요합니다.