Tại sao máy biến áp bị chìm trong dầu?

Trong mạng lưới rộng lớn và phức tạp của lưới điện, từ các nhà máy phát điện đến các trạm biến áp cục bộ, người ta sẽ liên tục tìm thấy một thiết bị quan trọng: Máy biến áp ngâm dầu . Một câu hỏi phổ biến từ những người bên ngoài lĩnh vực kỹ thuật điện là tại sao những thiết bị thiết yếu này chứa đầy hàng ngàn lít dầu khoáng. Câu trả lời nằm ở sự kết hợp của vật lý cơ bản và kỹ thuật thực tế, chủ yếu tập trung vào cách nhiệt và làm mát.

Chức năng chính: cách điện điện
Tại lõi của nó, một máy biến áp chứa một cuộn dây chính và thứ cấp cuộn quanh một lõi thép nhiều lớp. Khi hoạt động, các cuộn dây này mang điện ở điện áp cực cao, đôi khi vượt quá hàng trăm ngàn volt. Tiềm năng điện giữa các cuộn dây này và bể đất của máy biến áp là rất lớn.

Không khí là một chất cách điện kém ở các mức và khoảng cách điện áp này. Để ngăn chặn một vòng cung điện thảm khốc hoặc ngắn mạch giữa các thành phần, cần có một môi trường cách điện vượt trội. Dầu biến áp, một loại dầu khoáng tinh chất cao, sở hữu cường độ điện môi tuyệt vời cao hơn đáng kể so với không khí. Bằng cách nhấn chìm lõi và cuộn dây, dầu có hiệu quả ngăn ngừa sự cố điện, đảm bảo các thành phần bên trong được cách ly với nhau một cách an toàn và vỏ máy của máy biến áp.

Vai trò thứ cấp quan trọng: tản nhiệt
Máy biến áp không hiệu quả 100%. Năng lượng bị mất chủ yếu là nhiệt do tổn thất điện trở trong cuộn dây (tổn thất I2R) và tổn thất từ ​​tính ở lõi (dòng chảy xoáy và độ trễ). Nhiệt này phải được tiêu tan liên tục để ngăn ngừa quá nóng, có thể làm suy giảm giấy cách nhiệt xung quanh cuộn dây và cuối cùng dẫn đến sự cố biến áp.

Các máy biến áp được ngâm dầu tận dụng công suất nhiệt cao của dầu và các đặc tính đối lưu để làm mát. Khi dầu tiếp xúc với lõi và cuộn dây nóng lên, nó trở nên ít dày đặc hơn và tăng lên. Mát hơn, bồn rửa dầu dày đặc hơn để thay thế nó. Chu kỳ đối lưu tự nhiên này di chuyển nhiệt đến các vây tản nhiệt bên ngoài của máy biến áp, nơi nó bị biến thành không khí xung quanh. Trong các máy biến áp lớn hơn, quá trình này thường được hỗ trợ bởi các máy bơm và quạt để tăng cường khả năng lưu thông và làm mát.

Lợi ích chẩn đoán và bảo vệ bổ sung
Dầu phục vụ một số chức năng quan trọng khác:

Bảo tồn lõi và cuộn dây: Dầu tạo ra một môi trường bảo vệ giấy bên trong và cách nhiệt dựa trên cellulose khỏi độ ẩm và oxy, có thể gây ăn mòn và giảm các đặc tính cách điện theo thời gian.

Ức chế hồ quang: Trong trường hợp cung điện bên trong, dầu giúp dập tắt vòng cung và ngăn chặn sự lan truyền bền vững của nó, mặc dù một sự kiện như vậy thường tạo ra các loại khí cho thấy một lỗi nghiêm trọng.

Giám sát điều kiện: Bản thân dầu hoạt động như một chất lỏng chẩn đoán. Bằng cách thường xuyên lấy mẫu và phân tích dầu, các kỹ thuật viên có thể đánh giá sức khỏe của máy biến áp. Họ có thể kiểm tra cho:

Sức mạnh điện môi: Để xác nhận khả năng cách điện của nó vẫn còn cao.

Hàm lượng nước: Khi độ ẩm làm giảm tính chất cách điện.

Phân tích khí hòa tan (DGA): Sự hiện diện và nồng độ của các loại khí cụ thể hòa tan trong dầu (như hydro, metan và acetylen) là các chỉ số chính của việc phát triển các lỗi, như quá nóng, xả một phần hoặc arcing.

Cân nhắc và bảo trì
Trong khi hiệu quả cao, việc sử dụng dầu đưa ra những cân nhắc cụ thể. Dầu phải được giữ không có độ ẩm và các chất gây ô nhiễm hạt để duy trì tính chất cách điện của nó. Hơn nữa, như một chất dễ cháy, các biện pháp phải được áp dụng để chứa dầu và quản lý rủi ro hỏa hoạn, như lắp đặt các bức tường vụ nổ, hệ thống triệt tiêu lửa hoặc sử dụng este tổng hợp ít cháy hơn ở các khu vực có nguy cơ cao.

Do đó, bảo trì thường xuyên, bao gồm kiểm tra dầu, lọc và kiểm tra định kỳ, là bắt buộc để đảm bảo độ tin cậy và an toàn lâu dài của máy biến áp ngâm dầu.

Việc thực hành các máy biến áp chìm trong dầu không phải là một tạo tác lịch sử mà là một giải pháp tiếp tục, được thiết kế tốt cho các thách thức sinh đôi của cách nhiệt và quản lý nhiệt. Máy biến áp được ngâm dầu vẫn là nền tảng của cơ sở hạ tầng điện hiện đại do độ tin cậy, hiệu quả đã được chứng minh và dữ liệu chẩn đoán có giá trị mà dầu của nó cung cấp, đảm bảo truyền và phân phối điện ổn định và liên tục của năng lượng điện.