トランスオイルは、電力変圧器内の重要な成分であり、断熱と熱散逸において極めて重要な役割を果たします。このオイルが加熱されると、一連の物理的および化学的変化が発生しますが、これは遠くにあります。変圧器の性能と信頼性に影響を与えます。

物理的な変化

粘度の変化

加熱時のトランスオイルの即時の物理的変化の1つは、粘度の低下です。粘度は、流れに対する流体の抵抗の尺度です。通常の動作温度では、トランスオイルには特定の粘度があり、変圧器内でスムーズに循環することができ、効率的な熱伝達が促進されます。温度が上昇すると、油分子の運動エネルギーが増加します。このエネルギーの増加により、分子はより自由に動き、それらをまとめる分子間力を減らします。その結果、オイルの粘性が少なくなり、より簡単に流れるようになります。たとえば、内部温度が舞い上がる可能性のある重い負荷の下で動作する大規模な電力変圧器では、変圧器オイルの粘度が低下すると、変圧器内のすべてのホットスポットに迅速に到達し、冷却プロセスが強化されます。ただし、加熱後に温度が大幅に低下すると、オイルの粘度が再び増加し、粘度が高すぎると流れを妨げる可能性があります。

ボリューム拡張

加熱はまた、トランスオイルの拡大につながります。ほとんどの物質と同様に、温度が上昇するとトランスオイルが拡大します。これは、分子の運動エネルギーの増加により、それらがさらに離れて移動し、体積が増加するためです。トランスオイルの熱膨張係数は比較的小さくなりますが、トランス設計で考慮するのに十分なほど重要です。密閉された変圧器では、このボリュームの膨張は内圧の増加を引き起こす可能性があります。圧力が変圧器のエンクロージャーの設計制限を超えると、オイルの漏れやシールの損傷などの問題につながる可能性があります。この問題を緩和するために、トランスフォーマーには多くの場合、保護者のようなデバイスが装備されています。保護者は、メイントランスタンクに接続された小さなタンクです。これは、温度が変化するにつれてオイルが拡大して収縮するためのスペースを提供し、変圧器内の比較的安定した圧力を維持します。

化学変化

酸化加速

特に酸素の存在下で変圧器オイルが加熱されると、酸化速度が加速します。酸化は、油の炭化水素が酸素と反応する化学反応です。この反応は、有機酸、過酸化物、スラッジなど、さまざまな酸化生成物の形成につながる可能性があります。有機酸は油のpHを下げることができ、より酸性になります。この酸性度​​は、巻線やタンクなど、変圧器内の金属成分を腐食させる可能性があります。過酸化物は不安定な化合物であり、油とさらに反応し、より多くの分解を引き起こす可能性があります。スラッジの形成は、変圧器内の冷却チャネルとフィルターを詰まらせる可能性があるため、特に面倒です。詰まったチャネルは、オイルの循環能力を低下させ、それが冷却効率を損ないます。酸化を遅くするために、製造プロセス中に抗酸化物質がトランスオイルに加えられることがよくあります。これらの抗酸化物質は、酸化中に生成されたフリーラジカルと反応することにより機能し、それにより、広範なオイルの分解につながる連鎖反応を防ぎます。

分解

高温では、変圧器オイルが分解できます。油中の複雑な炭化水素分子は、ガス（メタン、エタン、水素など）や揮発性有機化合物などのより単純な化合物に分解します。この分解は吸熱反応であり、熱を吸収します。分解プロセスは、金属触媒（変圧器の成分から）の存在、高電圧電気応力、高温への長時間の曝露などの要因によって加速できます。オイル内のガスの形成は深刻な問題になる可能性があります。ガス気泡は、オイルの電気断熱特性を破壊する可能性があります。高電圧アプリケーションでは、これらのバブルは電気分解の部位として機能し、アークングと変圧器の潜在的な損傷につながる可能性があります。さらに、揮発性化合物の放出は、変圧器の近くで可燃性混合物の形成に寄与し、火災リスクを高めます。

トランスのパフォーマンスへの影響

断熱性の分解

加熱によるトランスオイルの物理的および化学的変化は、断熱特性に直接影響を与えます。分解による酸化生成物とガス気泡によって引き起こされる誘電強度の低下は、変圧器内の電気成分の絶縁に油があまり効果的でないことを意味します。その結果、電気アークと短い回路のリスクが増加します。極端な場合、断熱材の完全な故障が発生し、大きな電気障害が発生する可能性があります。これにより、変圧器が故障するだけでなく、大規模な領域への電源供給を破壊する可能性もあり、その結果、経済的損失が大きくなります。

冷却非効率性

加熱 - 油の誘導変化は、冷却の非効率性にもつながる可能性があります。スラッジの形成と酸化と分解の結果としての冷却チャネルの詰まりにより、オイルの流れが妨げられます。流れが減少すると、オイルは変圧器のホットスポットから効果的に熱を移すことができません。これにより、変圧器内の温度がさらに上昇し、悪循環が生じます。高温がオイルの劣化を加速し、冷却能力をさらに低下させます。冷却の非効率性に対処しない場合、変圧器は過熱する可能性があり、巻線やその他の重要な成分に永久的な損傷を引き起こす可能性があります。

結論として、加熱器オイルは、変圧器の性能と信頼性を著しく損なう可能性のある一連の物理的および化学的変化を引き起こします。これらの変更を理解することは、トランスの適切な操作、メンテナンス、設計にとって重要であり、電力の安全で効率的な送達を確保します。