中文简体Nella vasta e complessa rete della griglia elettrica, dagli impianti di generazione di energia alle sottostazioni di distribuzione locale, si troveranno costantemente un equipaggiamento critico: il Trasformatore immerso nell'olio . Una domanda comune da parte di coloro che sono al di fuori del campo dell'ingegneria elettrica è il motivo per cui questi dispositivi essenziali sono riempiti con migliaia di litri di olio minerale. La risposta sta in una combinazione di fisica fondamentale e ingegneria pratica, principalmente incentrata sull'isolamento e il raffreddamento.
La funzione principale: isolamento elettrico
Nel suo centro, un trasformatore contiene un avvolgimento di avvolgimento primario e secondario attorno a un nucleo in acciaio laminato. In funzione, questi avvolgimenti trasportano elettricità a tensioni estremamente elevate, a volte superano centinaia di migliaia di volt. Il potenziale elettrico tra questi avvolgimenti e il serbatoio a terra del trasformatore è immenso.
L'aria è un scarso isolante a questi livelli di tensione e distanze. Per prevenire un arco elettrico catastrofico o un corto circuito tra i componenti, è richiesto un mezzo isolante superiore. L'olio di trasformatore, un olio minerale altamente raffinato, possiede un'eccellente resistenza dielettrica, significativamente più alta dell'aria. Submergendo il nucleo e gli avvolgimenti, l'olio impedisce efficacemente la rottura elettrica, garantendo che i componenti interni siano isolati in modo sicuro l'uno dall'altro e il recinto del trasformatore.
Il ruolo secondario critico: dissipazione del calore
I trasformatori non sono efficienti al 100%. L'energia viene persa principalmente come calore a causa di perdite resistive negli avvolgimenti (perdite I2R) e perdite magnetiche nel nucleo (correnti parassite e isteresi). Questo calore deve essere dissipato continuamente per prevenire il surriscaldamento, che può degradare la carta isolante che circonda gli avvolgimenti e alla fine portare a fallimento del trasformatore.
I trasformatori immersi di petrolio sfruttano l'elevata capacità termica dell'olio e le proprietà convettive per il raffreddamento. Mentre l'olio a contatto con il nucleo e gli avvolgimenti si riscalda, diventa meno denso e aumenta. Più fresco, olio più denso per prendere il suo posto. Questo ciclo di convezione naturale sposta il calore sulle pinne del radiatore esterno del trasformatore, dove viene dissipata nell'aria circostante. In trasformatori più grandi, questo processo è spesso assistito da pompe e ventole a migliorare la circolazione e la capacità di raffreddamento.
Ulteriori vantaggi protettivi e diagnostici
L'olio svolge diverse altre importanti funzioni:
Preservazione del nucleo e degli avvolgimenti: l'olio crea un ambiente che protegge l'isolamento interno di carta e cellulosa dall'umidità e dall'ossigeno, che può causare corrosione e ridurre le proprietà isolanti nel tempo.
Soppressione dell'arco: in caso di un arco elettrico interno, l'olio aiuta a estinguere l'arco e prevenirne la propagazione sostenuta, sebbene un tale evento genera in genere gas che indicano un grave guasto.
Monitoraggio delle condizioni: l'olio stesso funge da liquido diagnostico. Campionando e analizzando regolarmente il petrolio, i tecnici possono valutare la salute del trasformatore. Possono testare:
Resistenza dielettrica: per confermare la sua capacità isolante rimane elevata.
Contenuto dell'acqua: poiché l'umidità riduce le proprietà isolanti.
Analisi dei gas disciolti (DGA): la presenza e la concentrazione di gas specifici disciolti nell'olio (come idrogeno, metano e acetilene) sono indicatori chiave dello sviluppo di guasti, come surriscaldamento, scarico parziale o arco.
Considerazioni e manutenzione
Sebbene altamente efficace, l'uso del petrolio introduce considerazioni specifiche. L'olio deve essere tenuto libero da umidità e contaminanti da particolato per mantenere le sue proprietà isolanti. Inoltre, come sostanza infiammabile, devono essere in atto misure per contenere l'olio e gestire il rischio di incendio, come l'installazione di pareti di esplosione, i sistemi di soppressione antincendio o l'utilizzo di esteri sintetici meno inframmabili in aree ad alto rischio.
La manutenzione regolare, compresi i test dell'olio, la filtrazione e l'ispezione periodica, è quindi obbligatoria per garantire l'affidabilità e la sicurezza a lungo termine di un trasformatore immerso in olio.
La pratica di immergere i trasformatori nel petrolio non è un artefatto storico ma una soluzione continua e ben ingegnosa alle sfide gemelle dell'isolamento e della gestione termica. Il trasformatore immerso nell'olio rimane una pietra miliare della moderna infrastruttura elettrica a causa della sua comprovata affidabilità, efficienza e preziosi dati diagnostici che il suo olio fornisce, garantendo la trasmissione e la distribuzione stabile e continua della potenza elettrica.
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