Jak krzemionka pełni rolę sorbentu wilgoci w systemie wentylacji transformatora

Rola żelu krzemu w systemach oddechowych transformatorów

Żel krzemu (Silica Gel) to powszechnie stosowany adsorbent o doskonałych właściwościach higroskopijnych, szeroko wykorzystywany w sprzęcie energetycznym do suszenia i zapobiegania wilgoci. W systemach oddechowych transformatorów żel krzemu głównie służy do absorpcji wilgoci z powietrza wpadającego do zbiornika transformatora, zapobiegając dostaniu się wody do oleju i materiałów izolacyjnych, co chroni izolację transformatora.

1. Zasada działania żelu krzemu

• Mechanizm adsorpcji: Żel krzemu ma na swojej powierzchni dużą liczbę mikropor, które mogą adsorbować cząsteczki wody z powietrza. Gdy powietrze przechodzi przez oddechownik transformatora, wilgoć jest adsorbowana przez żel krzemu, pozwalając suchemu powietrzu wejść do zbiornika.

• Odwracalność: Proces adsorpcji żelu krzemu jest odwracalny. Gdy jest nasycony wilgocią, można go regenerować poprzez ogrzewanie, uwalniając adsorbowaną wodę i przywracając jego zdolność higroskopijną. Pozwala to na ponowne użycie żelu krzemu, przedłużając jego żywotność.

2. Zastosowanie żelu krzemu w systemach oddechowych transformatorów

Oddechownik: Transformatory są zwykle wyposażone w oddechownik (znany również jako oddechownik adsorbcyjny), który łączy zbiornik oleju z atmosferą. Wewnątrz oddechownika żel krzemu filtruje wpływające powietrze, zapewniając, że tylko suche powietrze wchodzi do zbiornika. W miarę zmian temperatury wewnątrz transformatora, ciśnienie w zbiorniku również fluktuuje, powodując wymianę gazu między zbiornikiem a środowiskiem zewnętrznym. Żel krzemu w oddechowniku adsorbuje wilgoć z powietrza, zapobiegając dostaniu się wilgotnego powietrza do zbiornika.

System szczelności: W niektórych transformatorach żel krzemu jest również używany jako desorbitant w systemie szczelności, aby zapobiec dostaniu się wilgoci do zbiornika przez słabo uszczelnione obszary.

Konsekwencje niewystarczającej kontroli wilgotności

Jeśli kontrola wilgotności w transformatorze jest niewystarczająca, wilgoć może wejść do zbiornika i rozpuszczać się w oleju transformatorowym lub osadzać na materiałach izolacyjnych, prowadząc do szeregu problemów, które mogą poważnie wpływać na wydajność i żywotność transformatora. Poniżej przedstawiono główne konsekwencje niewystarczającej kontroli wilgotności:

1. Degradowanie wydajności izolacji

• Wpływ na materiały izolacyjne: Wilgoć obniża siłę dielektryczną zarówno oleju transformatorowego, jak i solidnych materiałów izolacyjnych (takich jak papier i włókno). Wraz ze wzrostem zawartości wilgoci, stała dielektryczna materiałów izolacyjnych rośnie, a napięcie przepięciowe maleje, co zwiększa prawdopodobieństwo lokalnych przepięć lub zwarcia.

• Przyspieszanie starzenia: Wilgoć przyspiesza proces starzenia materiałów izolacyjnych, skracając żywotność transformatora. W warunkach wysokich temperatur wilgoć może łączyć się z produktami utleniania w oleju, tworząc substancje kwasowe, które dalszy korodują materiały izolacyjne.

2. Deterioracja jakości oleju

• Nadmierna wilgoć w oleju: Gdy wilgoć wejdzie do oleju transformatorowego, zmienia ona właściwości fizyczne i chemiczne oleju. Wilgoć promuje reakcje utleniania w oleju, generując substancje kwasowe i osady, które obniżają zdolność antyutlenianą i sprawność chłodzącą oleju.

• Zaburzenie przewodzenia ciepła: Wilgoć obniża przewodność termiczną oleju, wpływając na odprowadzanie ciepła przez transformator. Może to prowadzić do wyższych temperatur pracy, przyspieszając starzenie i uszkodzenie materiałów izolacyjnych.

3. Lokalne przepięcia i uszkodzenia łukowe

• Lokalne przepięcia: Wilgoć obniża napięcie przepięciowe oleju, zwłaszcza w transformatorach wysokiego napięcia, zwiększając prawdopodobieństwo lokalnych przepięć. Lokalne przepięcia nie tylko uszkadzają materiały izolacyjne, ale mogą również prowadzić do uszkodzeń łukowych, powodując nagłe wyłączenia transformatora.

• Uszkodzenia łukowe: Ciężkie zalanie wilgocią może prowadzić do uszkodzeń łukowych, potencjalnie powodując pożary lub eksplozje, stanowiąc istotne ryzyko dla bezpieczeństwa systemu energetycznego.

4. Korozyja rdzenia i cewek

• Korozyja elementów metalowych: Wilgoć wchodząca do zbiornika transformatora może stykać się z elementami metalowymi, takimi jak rdzeń i cewki, powodując korozję. Ten efekt jest przyspieszany, gdy olej zawiera substancje kwasowe, osłabiając wytrzymałość mechaniczną elementów metalowych i wpływając na normalną pracę transformatora.

• Deformacja cewek: Wilgoć może powodować mięknienie lub napęcznienie warstw izolacyjnych cewek, prowadząc do deformacji cewek lub zwarcia. W skrajnych przypadkach cewki mogą wymagać wymiany, zwiększając koszty utrzymania.

5. Wpływ na niezawodność transformatora

• Częste wyłączenia: Ze względu na degradację wydajności izolacji, pogorszenie jakości oleju i inne problemy, transformator może doświadczać częstych awarii, wymagających wyłączeń do konserwacji, co może wpływać na stabilność i niezawodność systemu energetycznego.

• Skrócony okres użytkowania: Długotrwała niewystarczająca kontrola wilgotności może przyspieszyć starzenie transformatora, skracając jego żywotność i zwiększając koszty utrzymania i wymiany.

Zapewnienie skutecznej kontroli wilgotności

Aby zapewnić skuteczną kontrolę wilgotności i uniknąć powyższych problemów, niezbędne są następujące środki:

• Regularne kontrole stanu żelu krzemu: Żel krzemu zmienia kolor (zazwyczaj z niebieskiego na różowy) po adsorpcji wilgoci. Powinien być szybko wymieniany lub regenerowany, gdy jest nasycony, aby utrzymać jego zdolność higroskopijną.

• Utrzymanie wentylacji oddechownika: Upewnij się, że oddechownik pozostaje niewybrzuszony, umożliwiając powietrzu przenikanie przez żel krzemu w celu odpowiedniego suszenia. Unikaj zablokowań, które mogłyby uniemożliwić przepływ powietrza.

• Wzmocnienie szczelności: Regularnie inspekcjonuj system szczelności transformatora, aby upewnić się, że zbiornik jest dobrze uszczelniony, zapobiegając dostaniu się wilgoci przez słabo uszczelnione obszary.

• Monitorowanie zawartości wilgoci w oleju: Okresowo pobieraj próbki i analizuj zawartość wilgoci w oleju transformatora, aby wczesne wykryć niewystarczającą kontrolę wilgotności i podjąć odpowiednie działania korygujące.

• Montaż urządzeń odwilżających: Dla dużych transformatorów lub tych działających w wilgotnym środowisku, rozważ montaż urządzeń odwilżających (takich jak generatory suchego powietrza), aby wzmocnić kontrolę wilgotności.

Podsumowanie

Żel krzemu odgrywa kluczową rolę w systemach oddechowych transformatorów, efektywnie adsorbując wilgoć z powietrza wpadającego do zbiornika, chroniąc wydajność izolacji i jakość oleju transformatora. Jeśli kontrola wilgotności jest niewystarczająca, wilgoć może wejść do zbiornika, prowadząc do szeregu problemów, takich jak degradacja wydajności izolacji, pogorszenie jakości oleju, lokalne przepięcia, korozja elementów metalowych i zmniejszenie niezawodności oraz żywotności transformatora. Dlatego zapewnienie dobrego stanu żelu krzemu i implementacja skutecznych środków kontroli wilgotności są niezbędne do utrzymania bezpiecznej i stabilnej pracy transformatorów.