Pourquoi les transformateurs haute tension ont-ils besoin d'huile?

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Quelqu'un m'a dit que les transformateurs haute tension ont besoin d'huile car cela empêche les arcs. Cependant, en termes de claquage diélectrique, l'air n'est-il pas le plus fort?

Je me souviens des cours au collège que lorsque la constante diélectrique augmente, la tension de claquage diminue. Est-ce correct?

PJazz
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L'air est assez bas en fait extremeelectronics.co.uk/tables/…
JonRB
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L'air sec est un bon isolant (faible conductivité) mais n'a pas une tension de claquage diélectrique élevée. Vous mélangez peut-être ces deux concepts parce qu'ils sont liés. Un bon isolant a une résistance élevée à toutes les tensions, sauf si la tension de tenue diélectrique (ou l'intensité du champ) est dépassée.
mkeith
@JonRB cette page a l'air horrible; Je ne lui ferais pas beaucoup confiance, surtout compte tenu des références de notes de bas de page inexistantes ...
Nick T
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@NickT Je suis d'accord, mais c'était la référence la plus rapide montrant qu'il existe d'autres matériaux isolants avec une rigidité diélectrique plus élevée. Vous vous fiez aux chiffres? aucune idée approximative? oui car il montre de l'huile >> de l'air. allaboutcircuits.com/textbook/reference/chpt-3/…
JonRB
Juste pour votre information, il existe également des transformateurs isolés SF6 SF6 est un gaz appelé hexaflurure de soufre. (GIT ... transformateur isolé au gaz), ces transformateurs sont ininflammables et non explosifs, mais le SF6 a un grand impact en tant que gaz à effet de serre lorsqu'il est libéré. Il existe plusieurs postes de transformation entièrement isolés dans la technologie SF6, il est très compact et économise beaucoup d'espace par rapport à la méthode de construction classique.
Tom Kuschel

Réponses:

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3 raisons: rupture de tension beaucoup plus élevée, conductivité thermique et contaminants beaucoup plus faibles, y compris l'humidité de la condensation qui conduit à une décharge partielle, ce qui est moins cher à surveiller et à réparer dans l'huile que les types à époxy sec.

  • J'ai ajouté la troisième raison qui est plus complexe car il est plus facile d'éliminer les particules étrangères dans l'huile et la viscosité réduit l'énergie cinétique des particules accélératrices dans un champ E frappant un conducteur avec suffisamment d'énergie pour libérer de l'hydrogène, un gaz combustible de la molécule d'eau.

  • Les transformateurs secs existent <5MVA occupent une plus petite empreinte, plus silencieux, plus sûr, préféré pour certaines zones urbaines, mais moins efficace, coûtent plus cher et s'appuient sur une isolation plus chère avec du ruban Mica et des polymères époxy pour résister à l'humidité. Les transformateurs secs doivent combattre la tendance à absorber les molécules d'humidité, qui détériore rapidement la tension de claquage.

L'huile de qualité transformateur est au moins 8x et jusqu'à 25x meilleure que l'air pour la rupture diélectrique et au moins 6x meilleure conductivité thermique en [W / mK].


L'huile est principalement utilisée> 5 MVA en raison d'une meilleure efficacité électrique et de refroidissement. L'huile est nécessaire pour le refroidissement, la propagation thermique des points chauds et pour l'isolation électrique.

La décharge partielle (PD) concerne le flux d'ions dans le plasma, comme une aurore ou une couronne. Il a besoin de certains contaminants pour entrer en collision et provoquer une décharge.

D'après mes expériences sur l'huile de transformateur Nydas dans une usine de transformateurs à dépasser 25kV / mm. Avec des résultats typiques variant de 25 à 40 kV.

Avec un traitement plus coûteux pour éliminer les contaminants de niveau ppm, il peut atteindre 70 kV / mm. Ceux qui peuvent se permettre la machine de 50 000 $ et plus, les utilisent, mais une certaine compétence dans le traitement de la contamination invisible et le contrôle de la qualité des processus dans un environnement de salle blanche sont nécessaires.

Le test est effectué avec une rampe d'environ 1 kV / s avec de grandes électrodes plates en laiton ultraclean (~ 2 cm) dans un bécher en verre propre avec des bords lisses effilés.

Comme l'air, ce sont les contaminants mobiles et les changements de pression qui peuvent conduire à une décharge partielle qui entraîne une variabilité de la tension de claquage BDV d'un isolant.

Pour l'huile de transformateur, la décharge partielle décompose également la grande chaîne d'hydrocarbures en H2 qui a un seuil explosif inférieur de 4% de concentration.

La ventilation de l'air propre est de 3 kV / mm tandis que l'air humide sale est <500 V / mm plat à plat, tandis que le point à point représente environ 1/3 de ces seuils de tension.

Un vide ultra-bas donne un BDV élevé mais un vide partiel très faible car la réduction des molécules permet moins de traînée et une énergie cinétique plus élevée lorsqu'un ion dans l'air frappe le conducteur. (Voir loi Paschen.)

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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L'huile du transformateur empêche non seulement la formation d'arcs, mais elle empêche également le transformateur de surchauffer à sa température de fonctionnement.

Alors, l'air n'est-il pas le meilleur contre les coupures de tension?

Eh bien, la réponse est non. Selon mes expériences, cela me montre que oui, l'air a une rupture de tension dans l'intervalle de 1 pouce à une tension de 20 000 volts. Mais l'huile de transformateur a une rupture de tension de 70 000 volts par pouce.

Si vous l'exprimez de cette façon, à mesure que la distance entre les deux conducteurs devient de plus en plus grande, la tension de claquage diélectrique nécessaire pour faire un arc sur cette distance augmente.

Alors oui, vous avez raison.

Scientifique Smith YT
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En plus du refroidissement et de l'isolement, l'huile permet également la détection des défauts d'isolement (elle atténue également les effets d'un défaut d'isolement dans une certaine mesure). Lorsqu'un défaut d'isolement se produit, du gaz apparaît dans l'huile du transformateur qui peut être détecté par un relais Buchholz ( en.wikipedia.org/wiki/{holz_relay ).
Klaws
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L'air a une rigidité diélectrique de 3MV / m. Si nous voulons comparer cela aux mains, aux pouces ou à d'autres anciennes unités de mesure, c'est bien, mais nous devrions au moins inclure les unités scientifiques. Dans l'industrie, les testeurs BDV standard utilisent un écart de 2,5 mm, donc vous entendrez souvent des personnes de niveau technologue dans cette industrie se référer à la tension de claquage de l'huile de transformateur sans qualificatif de distance - l'huile de transformateur est généralement maintenue à un minimum de 30 kV BDV (par ce test @ 2,5 mm) avant de devoir être remplacé, ce qui donne une rigidité diélectrique minimale de 12MV / m par rapport à 3MV / m pour l'air.
J ...
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@J ... si vous voulez des unités différentes, vous pouvez simplement google "70000 par pouce" et le voilà. Le point de la réponse est la performance relative de l'air et du pétrole, les unités sont à peine pertinentes
Carl Kevinson
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@CarlKevinson Je n'ai pas demandé comment convertir les unités, j'ai suggéré d'utiliser des unités standard car c'est une façon d'améliorer cette réponse.
J ...
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Comment gardez-vous les fils en place? L'air n'aidera pas. C'est fait avec du carton imbibé d'huile.

De plus, les gaz ont une propriété désagréable: ils ont une pression très basse, donc les atomes ionisés de manière aléatoire sont facilement déplacés par le champ électrique. Si la pression du gaz est suffisamment basse pour la tension, les ions et les électrons libres atteignent la contre-électrode avant de pouvoir se recombiner, vous avez donc un canal conducteur et la chaleur du flux de courant ionisera encore plus d'atomes. L'huile empêche cela simplement par sa viscosité.

Si vous voulez avoir une excellente isolation avec un gaz, vous avez dû utiliser un gaz difficile à ioniser avec une viscosité élevée, par exemple l'hexafluorure de soufre.

Janka
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Des pressions élevées peuvent être appliquées aux gaz ainsi qu'aux liquides. Il n'y a aucune propriété désagréable des gaz ayant des pressions très basses.
Uwe
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Vous avez besoin de refroidissement. Et l'air pur est difficile.

La clé de la question est de savoir où ils ont mis des transformateurs - s'ils étaient à l'intérieur, ce serait bien net, mais en réalité, ils sont situés dans des endroits sales pleins de poussière, de neige, d'humidité et de tout autre contaminant environnemental connu de l'homme. Et il doit donner une durée de vie pratiquement non entretenue au cours des décennies.

L'air n'est pas là uniquement pour isoler. Ils pourraient le faire avec du mica . Ils doivent également refroidir le transformateur pour obtenir une intensité nominale plus utile avec la même quantité de cuivre et de fer.

Ils peuvent donc utiliser l'air, mais les problèmes environnementaux rendent l'échange d'air atmosphérique impraticable. Ils auraient donc besoin de le sceller hermétiquement, d'embouteiller de l'air à l'intérieur au moment de la fabrication, bien que cela puisse bien sûr être un autre gaz comme l'azote ou l'argon.

La question suivante est l'efficacité thermique du matériau en tant que fluide caloporteur. La chaleur est le niveau d'excitation d'un atome. Les neutres et les protons ne stockent pas la chaleur, donc la masse ne stocke pas la chaleur, les atomes le font. Le pétrole est massivement plus dense en atomes que l'air, étant liquide. L'huile se dilate également lorsqu'elle est chauffée (il suffit de regarder la jauge de votre voiture), de sorte que l'huile chaude est plus légère en volume que l'huile froide, la gravité la force à augmenter, ce qui provoque une circulation de convection. Cela peut être exploité pour le faire circuler à travers les ailettes de refroidissement, donc pas besoin de pompe de refroidissement.

Harper - Rétablir Monica
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Recherchez les «transformateurs de type sec», qui sont aujourd'hui couramment utilisés. Il y en a un dans une énorme boîte de service extérieur près de notre immeuble. Au moins dans notre cas, le transformateur n'est pas sur un poteau électrique, il a donc moins besoin d'être extrêmement compact et de faible poids. Un xfrmr lourd avec du fer supplémentaire et des enroulements de cuivre plus épais fonctionne plus froid, donc n'a pas besoin d'huile de refroidissement et de boucles de radiateur. Et, si la petite taille n'est pas un problème majeur, les enroulements EHT peuvent être espacés loin du côté basse tension, de sorte que l'entrefer offre une prévention suffisante de la rupture de l'arc.

Notez que les explosions et les incendies de transformateurs d'huile ne sont pas inconnus pendant les orages et les lignes court-circuitées. Les transformateurs de type sec n'ont pas ces mécanismes de défaillance.

entrez la description de l'image ici

wbeaty
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Il existe des dispositifs de sécurité pour les transformateurs d'huile comme un relais Buchholz pour la protection des lignes court-circuitées.
Uwe
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Toutes les réponses ci-dessus sont bonnes, mais ne mentionnent pas les avantages environnementaux de la dioxine présente dans l'huile de nombreux transformateurs plus anciens.

richard1941
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Je pense que vous voulez dire les poly-chloro-biphénols (PCB), mais ce n'est pas pertinent pour la question. Notez que les "réponses ci-dessus" ne fonctionnent pas sur StackExchange où les réponses flottent de haut en bas par les votes ou les préférences de tri des utilisateurs - sauf si vous avez l'intention de rester en bas d'une manière ou d'une autre!
Transistor
" Avantages environnementaux de la dioxine" ?? Vous parlez sûrement de l' impact environnemental de la dioxine!
duskwuff