Analiza i mjerodavnost za otkazivanja izolacije u električnim transformatorima

Najšire korištene transformatori snage: Ugljikovodnički i suhi transformatori

Dva najšire korištena transformatora snage danas su ugljikovodnički transformatori i suhi transformatori. Izolacijski sustav transformatora snage, sastavljen od različitih izolacijskih materijala, fundamentalan je za njegovu ispravnu operaciju. Vrijeme službe transformatora uglavnom se određuje vremenom trajanja njegovih izolacijskih materijala (ugljikovodničko-papirnatih ili smole).

Na praktičnom nivou, većina propada transformatora rezultira oštećenjem izolacijskog sustava. Statistike pokazuju da izolacijski propadi čine preko 85% svih propada transformatora. Pravilno održavani transformatori s pozornosti posvećenoj upravljanju izolacijom mogu postići izuzetno dug život. Stoga, zaštita normalne operacije transformatora i jačanje razumne održavane izolacijskog sustava može u velikoj mjeri osigurati duže vrijeme rada transformatora, s preventivnim i prediktivnim održavanjem ključnim za poboljšanje dugotrajnosti transformatora i pouzdanosti opskrbe strujom.

1. Propadi čvrstog papirnate izolacije

U ugljikovodničkim transformatorima, glavni izolacijski materijali su izolacijsko ulje i čvrsti izolacijski materijali uključujući izolacijski papir, pritisna ploča i drvene blokove. Staranje izolacije transformatora odnosi se na dekompoziciju ovih materijala zbog okruženjskih faktora, što rezultira smanjenjem ili gubitkom izolacijske čvrstoće.

Čvrsta papirnata izolacija je jedan od glavnih sastavnika izolacijskog sustava ugljikovodničkog transformatora, uključujući izolacijski papir, ploče, podloge, rolle i vezne trake. Njegov glavni sastojak je celuloza s kemijskom formulom (C6H10O5)n, gdje n predstavlja stupanj polimerizacije (DP). Novi papir obično ima DP oko 1300, koji se smanji na otprilike 250 kada mehanička čvrstoća pada više od polovice.

Kada je ekstremno staro s DP od 150-200, materijal doseže kraj svoje životne dobi. Kako se izolacijski papir stari, njegov DP i tenzijska čvrstoća postupno padaju dok proizvodi vodu, CO, CO2 i furfural (furanski aldehyd). Ovi proizvodi staranja su u velikoj mjeri štetni električkom opremi, smanjujući slomnu naponsku čvrstoću i volumenski otpor izolacijskog papira, povećavajući dielektrični gubitak i smanjujući tenzijsku čvrstoću, potencijalno korodeći metalne komponente.

Čvrsta izolacija pokazuje neobrative karakteristike staranja, s degradacijom mehaničke i električne čvrstoće koje se ne mogu oporaviti. Budući da se vremenski rok transformatora uglavnom temelji na vremenu trajanja izolacijskog materijala, čvrsti izolacijski materijali ugljikovodničkog transformatora moraju imati odlične električne izolacijske osobine i mehaničke karakteristike, s sporoj degradacijom performansi tijekom godina operacije - što ukazuje na dobre karakteristike staranja.

1.1 Svojstva materijala vlakana papira

Izolacijski materijal vlakana papira je najvažniji izolacijski sastojak ugljikovodničkog transformatora. Vlakna papira su osnovni čvrsti tkivo sastojci biljaka. Na razliku od metala provodnika s obilnim slobodnim elektronima, izolacijski materijali praktički nemaju slobodnih elektrona, s minimalnim strujnim tokom primarno iz jonističkog provođenja. Celuloza sastoji se od ugljika, vodika i kisika. Zbog hidroksilnih grupa u svojoj molekularnoj strukturi, celuloza ima potencijal formirati vodu, dajući vlaknima papira karakteristike apsorbiranja vlažnosti.

Dodatno, ove hidroksilne grupe mogu se smatrati centrima okruženim različitim polarnim molekulama (poput kiselina i vode), vezanim vodonoćnim vezama, što čini vlakna osjetljivima na oštećenje. Vlakna papira također obično sadrže otprilike 7% nečistoća, uključujući vlagu. Zbog koloidne prirode vlakana, ova vlažnost se ne može potpuno ukloniti, utječeći na performanse vlakana papira.

Polarne vlakna lako apsorbiraju vlagu (voda je jako polarna sredstva). Kada vlakna papira apsorbiraju vodu, interakcija između hidroksilnih grupa slabi, uzrokujući brzo pogoršanje mehaničke čvrstoće pod uvjetima nestabilne strukture vlakana. Stoga se izolacijski sastojci papira obično podvrgavaju sušenju ili vakuum sušenju, nakon čega se impregniraju uljem ili izolacijskom smolom prije korištenja.

Svrha impregnacije je zadržati vlakna vlažna, osiguravajući veću izolacijsku i kemijsku stabilnost zajedno s poboljšanom mehaničkom čvrstoćom. Također, zapečenjivanje papira smolom smanjuje apsorpciju vlažnosti, sprečava oksidaciju materijala i ispunjava praznine kako bi se smanjilo formiranje mrljaka koji mogu utjecati na performanse izolacije i uzrokovati djelomičnu emitanciju i električni propad. Međutim, neki smatraju da može doći do toga da se smola nakon impregnacije postepeno otopi u ulje, utječeći na performanse ulja, što zahtijeva pažljivo promišljanje takvih aplikacija boja.

Prirodno, različite kompozicije materijala vlakana i različite kvalitete istih kompozicija vlakana imaju različite utjecaje i osobine. Na primjer, pamuk ima najveći udio vlakana, konoplja ima najjača vlakna, a određene uvozne izolacijske pritisne ploče s boljom obradom pokazuju značajno superiornu performansu u usporedbi s nekim domaćim kartonima. Većina izolacijskih materijala transformatora koristi različite forme papira (poput traka papira, pritisnih ploča i pritisnih papirnih komponenata) za izolaciju.

Stoga, odabir kvalitetnih vlaknenih izolacijskih materijala papira ključan je tijekom proizvodnje i održavanja transformatora. Vlakna papira nude posebne prednosti uključujući praktičnost, niske troškove, povoljnu obradu, jednostavnu formiranje i obradu na umjerenoj temperaturi, lagani težinu, umjerenu čvrstoću i laku apsorpciju impregnirajućih materijala (poput izolacijske smole i transformatorskog ulja).

1.2 Mehanička čvrstoća materijala izolacije papira

Za ugljikovodničke transformatori koji odabiru materijale izolacije papira, najvažniji faktori izvan kompozicije vlakana, gustoće, proljevljivosti i uniformnosti uključuju zahtjeve za mehaničkom čvrstoćom kao što su tenzijska čvrstoća, probna čvrstoća, čvrstoća odvlačenja i čvrstoća:

• Tenzijska čvrstoća: Maksimalni napon koji vlakna papira mogu izdržati bez loma pod tenzijskim opterećenjem.

• Probna čvrstoća: Mjera sposobnosti vlakana papira da izdrži pritisak bez loma.

• Čvrstoća odvlačenja: Sila potrebna za odvlačenje vlakana papira mora zadovoljavati relevantne standarde.

• Tvrdost: Jačina papira prilikom savijanja ili pressploče prilikom zakrivljenja mora zadovoljiti odgovarajuće zahtjeve.

Performanse čvrstog izolatora mogu se vrednovati uzorkovanjem kako bi se mjerila stupnjeva polimerizacije papira ili pressploče, ili korištenjem visokoučinkovite tekuće kromatografije za mjerenje sadržaja furfurala u ulju. 

To pomaže analizi da li unutarnji otkazi transformatora uključuju čvrsti izolatori ili je niskotemperaturno prekopljenje uzrokovalo lokalno starenje izolacije zavojnice, ili da bi se utvrdio stupanj starenja čvrstog izolatora. Za materijale izolacije od papirnih vlakana tijekom rada i održavanja, treba paziti na kontrolu nominalnog opterećenja transformatora, osigurati dobru cirkulaciju zraka i toplinsku razmjenu u radnom okruženju, sprečiti previše porast temperature transformatora i nedostatak ulja u rezervoaru. Mjere trebaju sprečiti kontaminaciju i deteroraciju ulja koje bi ubrzalo starenje vlakana, kompromitirajući performanse izolacije, vijek trajanja i siguran rad transformatora.

1.3 Degeneracija materijala od papirnih vlakana

Ovo uključuje uglavnom tri aspekta:

• Brittleness vlakana: Prekomjerna temperatura uzrokuje da se voda odvoji od materijala od vlakana, što ubrzava njihovu brittleness. Brittle, sljedni papir može dovesti do propusta izolacije i električnih nesreća pod mehaničkim vibracijama, elektrodinamičkim stresom i operativnim valnim udarcima.

• Smanjena mehanička čvrstoća materijala od vlakana: Mehanička čvrstoća materijala od vlakana smanjuje se s produženjem vremena zagrijavanja. Kada zagrijavanje transformatora uzrokuje da se voda ispali iz izolacijskih materijala, vrijednosti otpora izolacije mogu se povećati, ali mehanička čvrstoća značajno smanji, čime izolacijski papir ne može više podnijeti mehaničke sile od struja kratkog spoja ili impulsnog opterećenja.

• Kontrakcija materijala od vlakana: Nakon brittleness, materijali od vlakana se kontrahiraju, smanjujući silu škrtanja i potencijalno uzrokujući pomicanje. To može dovesti do pomaka zavojnice transformatora i trenja pod elektromagnetskim vibracijama ili impulsnim naprezanjima, oštećujući izolaciju.

2. Propusti likvidne uljane izolacije

Uljanotočni transformator smislio je američki znanstvenik Thompson 1887. godine, a General Electric i drugi promovirali su ga za primjene u transformatorima snage 1892. godine. Likvidna izolacija koja se ovdje spominje odnosi se na izolaciju transformatora uljem.

2.1 Karakteristike uljanotočnih transformatora:

① Značajno poboljšava električnu čvrstoću izolacije, skraćuje udaljenost izolacije i smanjuje volumen opreme; ② Značajno poboljšava učinkovitu prenosu i raspršivanje toplote, povećavajući dopušteno strujno gustoće u vodnicima, smanjujući težinu opreme. Toplina generirana od radnog jezgra transformatora prenosi se putem toplinskog cirkuliranja transformatora ulja na kućište transformatora i radijator za hlađenje, time poboljšavajući učinkovito hlađenje; ③ Uljanotočnost i zapečaćivanje smanjuju oksidaciju određenih unutarnjih dijelova i sklopova, proširujući vijek trajanja.

2.2 Svojstva transformatora ulja

Radno ulje transformatora mora imati stabilna, odlična svojstva izolacije i toplinske provodnosti. Ključna svojstva uključuju čvrstoću izolacije (tan δ), viskoznost, točku taljenja i kiselinsku vrijednost. Izolacijsko ulje profinjeno iz naftnog derivata je mješavina različitih uhidrata, resina, kiselina i drugih nečistoća s svojstvima koji nisu potpuno stabilni. Pod djelovanjem temperature, električnog polja i svjetlosnih efekata, ulje se neprestano oksidira. Pod normalnim uvjetima, ovaj proces oksidacije ide sporije; s pravilnim održavanjem, ulje može održati potrebnu kvalitetu bez starenja do 20 godina. Međutim, metali, nečistoće i plinovi miješani u ulje ubrzavaju oksidaciju, pogoršavaju kvalitetu ulja, tamnjaju boju, omamljuju prozirnost, povećavaju sadržaj vode, kiselinsku vrijednost i popljevljivost, time degradiraju svojstva ulja.

2.3 Uzroci deteroracije transformatora ulja

Deteroracija transformatora ulja može se podijeliti u faze kontaminacije i degradacije prema ozbiljnosti.

Kontaminacija se odnosi na miješanje vode i nečistoća u ulje—ovo nisu proizvodi oksidacije. Kontaminirano ulje iskazuje smanjenu performansu izolacije, smanjenu čvrstoću razbijanja električnog polja i povećan kut dielektrične gubitka.

Degradacija nastaje kao rezultat oksidacije ulja. Ova oksidacija ne odnosi se samo na oksidaciju uhidrata u čistom ulju, već uključuje nečistoće u ulju koje ubrzavaju proces oksidacije, posebno čestice bakra, željeza i aluminija.

Kiseonik potječe iz zraka unutar transformatora. Čak i u potpuno zapečaćenim transformatorima, oko 0,25% kiseonika ostaje prisutan. Kiseonik ima visoku rastvorljivost, zauzimajući visok postotak među rastvorenim plinovima u ulju.

Tijekom oksidacije transformatora ulja, voda kao katalizator i toplina kao ubrzivač dovode do toga da transformator ulja proizvodi mulj. Ovo utječe na performanse uglavnom kroz: velike česticu prašine pod utjecajem električnog polja; koncentraciju nečistoća u regijama najjačeg električnog polja, formirajući vodljive "mostove" preko izolacije transformatora; neuniformnu prašinu formira odvojene duge trake koje se mogu poravnati s linijama električnog polja, sprečavajući toplinsku razmjenu, ubrzavajući starenje materijala izolacije, uzrokujući smanjenje otpora izolacije i smanjenje razine izolacije.

2.4 Proces degradacije transformatora ulja

Tijekom degradacije ulja, glavni proizvodi uključuju peroxide, kiseline, alkohole, ketone i mulj.

Rani faza degradacije: Ulje generira peroxide koji reagiraju s izolacijskim materijalima od vlakana formirajući oksidirani celulozu, smanjujući mehaničku čvrstoću izolacijskih vlakana, uzrokujući brittleness i skupljanje izolacije. Generirane kiseline su lepkave masne kiseline. Iako su manje korozivne od mineralnih kiselina, njihov stopa rasta i utjecaj na organske izolacijske materijale su značajni.

Kasnija faza degradacije: Slama nastaje kada kiseline korode bakar, željezo, izolacijski lak i druge materijale, reagirajući na formiranje slame – viskoznog, asfaltopodobnog polimernog vodljivog tvari. Ujedno se umjereno otopi u ulju i brzo se stvara pod utjecajem električnog polja, lepi se na izolacijske materijale ili rubove transformatora, depone na uljnim cijevima i lamelama hlađivača, povećavajući radnu temperaturu transformatora i smanjujući dielektričnu čvrstoću.

Proces oksidacije ulja sastoji se od dvije glavne reakcijske situacije: prvo, previsoka vrijednost kiseline u transformatoru, što čini ulje kiselim; drugo, oksidi rastvoreni u ulju pretvaraju se u spojeve neroztovarni u ulju, postupno smanjujući kvalitetu transformatorskog ulja.

2.5 Analiza procjena i održavanje transformatorskog ulja

① Degradacija izolacijskog ulja: Promijenile su se i fizičke i kemijske svojstva, smanjujući električne performanse. Testiranjem kiselosti ulja, međuslojnog napetosti, usidrenja slame i vrednosti vodljive kiseline može se utvrditi da li ovaj tip defekta postoji. Regenerativna obrada ulja može eliminirati proizvode degradacije, iako proces može ukloniti i prirodne anioxidante.

② Kontaminacija izolacijskog ulja vodom: Voda je jako polarna tvar koja se lako jonizira i razgrađuje pod utjecajem električnog polja, povećavajući vodljivi strujni tok u izolacijskom ulju. Čak i najmanja vlažnost značajno povećava dielektričnu gubitke u izolacijskom ulju. Testiranjem sadržaja vlažnosti ulja može se identificirati ovaj tip defekta. Filtracija ulja pod tlakom i vakuumom obično eliminira vlagu.

③ Mikrobiološka kontaminacija izolacijskog ulja: Tijekom instalacije glavnog transformatora ili dizanja jezgra, insekti na izolacijskim komponentama ili ostaci znoja ljudi mogu nositi bakterije, kontaminirajući izolacijsko ulje; ili ulje može biti već inficirano mikroorganizmima. Glavni transformatori obično funkcioniraju u okruženjima od 40-80°C, vrlo prikladno za rast i razmnožavanje mikroorganizama. Budući da minerali i proteini u mikroorganizmima i njihovim ekskretima imaju daleko niže izolacijske svojstva od izolacijskog ulja, oni povećavaju dielektrične gubitke ulja. Ovaj defekt je težak za rješavanje na mjestu cirkulacijom, jer neki mikroorganizmi uvijek ostaju na čvrstoj izolaciji. Nakon obrade, izolacija transformatora može privremeno oporaviti, ali radno okruženje povoljno je za ponovni rast mikroorganizama, što dovodi do godinjeg smanjenja izolacije.

④ Alikotna smola izolacijskog laka s polarnim spojevima koji se otopljuju u ulju: Pod utjecajem električnog polja, polarni spojevi podliježu dipolnoj relaksacijskoj polariaciji, trošeći energiju tijekom procesa AC polariacije, povećavajući dielektrične gubitke ulja. Iako izolacijski lak podliježe termičkoj obradi prije otpreme, nekompletna obrada može ostati. Nakon nekog vremena rada, nekompletno obrađeni lak postupno otopljuje u ulju, postupno smanjujući izolacijske performanse. Vrijeme pojavljivanja ovog defekta ovisi o kompletnosti obrade laka; jedna ili dvije adsorpcijske obrade mogu postići određenu učinkovitost.

⑤ Ulje kontaminirano samo vodom i šljunkom: Ova kontaminacija ne mijenja osnovna svojstva ulja. Vlaga se može ukloniti sušenjem; šljunka se može ukloniti filtracijom; zrak u ulju se može ukloniti vakuum pumpanjem.

⑥ Mešanje dva ili više različitih izvora izolacijskog ulja: Svojstva ulja trebaju zadovoljavati relevantne specifikacije; specifična težina, točka zamrzavanja, viskoznost i točka isparavanja ulja trebaju biti slične; i stabilnost mešanog ulja treba zadovoljavati zahtjeve. Za degenerirano mešano ulje potrebni su kemijski regenerativni metodi kako bi se odvojili proizvodi degradacije i obnovila svojstva.

3. Suho-resinska izolacija transformatora i karakteristike

Suhi transformatori (ovdje se odnosi na epoksidno resinski izolirane transformatore) uglavnom se koriste na lokacijama s visokim zahtjevima za požarnom sigurnošću, poput visokih zgrada, aerodroma i naftnih baza.

3.1 Vrste resinske izolacije

Epoksidno resinski izolirani transformatori mogu se klasificirati u tri vrste prema karakteristikama proizvodnog procesa: vakuum presipanje mješavine epoksi-quartz pijeska, vakuum diferencijalno tlakovo presipanje armirano alkali-besplatnim staklenim vlaknama i impregnacija omotačem bezalkalinih staklenih vlakana.

① Izolacija vakuum presipanja mješavine epoksi-kvartza: Ovi transformatori koriste kvarts piasek kao punilac za epoksidnu smolu. Bobine omotane i obradene izolacijskim lakom stavljaju se u lisnice za presipanje i vakuum presipaju se mješavina epoksidne smole i kvarts piaska. Zbog izazova u procesu presipanja u skladu s kvalitativnim zahtjevima, poput ostataka bubnjava, lokalne neravnomjernosti mješavine i potencijalnog lokalnog termalnog stres-crkvenja, ovi izolirani transformatori nisu prikladni za vlažna, vruća okruženja i područja s značajnim varijacijama opterećenja.

② Epoksidno alkali-besplatno stakleno vlakno armirano vakuum diferencijalno tlakovo presipanje izolacije: Ovo koristi kratka alkali-besplatna staklena vlakna ili staklene matice kao vanjsku sloj izolacije između slojeva namota. Debljina najvanjskog sloja izolacije obično iznosi tanak izolacijski sloj od 1-3mm. Nakon miješanja s materijalom za presipanje epoksidne smole u odgovarajućim proporcijama, bubnjevi se uklanjaju pod visokim vakuumom prije presipanja. Budući da je debljina omotača izolacije tanka, loša impregnacija lako može formirati točke parcijalnog ispitivanja. Stoga mješavina materijala za presipanje mora biti kompletna, vakuum degazacija mora biti temeljita, a niska viskoznost i brzina presipanja moraju se kontrolirati kako bi se osigurala visokokvalitetna impregnacija paketa bobina tijekom presipanja.

③ Omotač izolacije impregnacije bezalkalinih staklenih vlakana: Ovi transformatori istovremeno završavaju tretiranje slojeva izolacije i impregnaciju bobina tijekom namotavanja. Ne zahtijevaju forme za namotavanje potrebne u prethodnim dvama procesima impregnacije, ali zahtijevaju niskoviskoznu smolu koja ne bi trebala zadržavati mikrobubnjeve tijekom namotavanja i impregnacije.

3.2 Karakteristike izolacije i održavanje resinskih transformatora

Razina izolacije resinskih transformatora nije značajno različita od uljanih transformatora; ključne razlike leže u mjerenju temperature i parcijalnog ispitivanja.

① Karakteristike porasta temperature: Epoksi transformatori imaju veći srednji porast temperature od uljačkih transformatora, što zahtijeva upotrebu izolacijskog materijala s višim stupnjem otpornosti na toplinu. Međutim, srednji porast temperature ne odbija najtopliju temperaturu u zavojnicama. Ako se stupanj otpornosti na toplinu izolacijskog materijala odabere samo temeljem srednjeg porasta temperature, ili ako se pogrešno odabere, ili ako epoksi transformatori rade pod dugotrajnim preopterećenjem, to će utjecati na životni vijek transformatora.

Budući da mjerena temperatura porasta često ne odbija najtopliju temperaturu, kad je moguće, trebalo bi koristiti infracrvene termometre za provjeru najtoplih točaka epoksi transformatora tijekom rada pod maksimalnim opterećenjem. Smjer i kut hladnog ventilatora trebalo bi prilagoditi kako bi se kontrolirao lokalni porast temperature i osigurala sigurna operacija transformatora.

② Karakteristike djelomične razlake: Veličina djelomične razlike u epoksi transformatorima povezana je s raspodjelom električnog polja, uniformnošću mješavine epoksi i postojanjem ostataka bubnjava ili pukotina u epoksi. Velika djelomična razlika utječe na performanse, kvalitetu i životni vijek epoksi transformatora. Stoga mjerenje i prihvaćanje razine djelomične razlike služi kao kompleksna procjena proizvodnog procesa i kvalitete. Mjerenje djelomične razlike treba obaviti tijekom prijema epoksi transformatora i nakon velikih popravaka, s promjenama u djelomičnoj razlici koje se koriste za procjenu stabilnosti kvalitete i performansi.

S obzirom na sve veću rasprostranjenost suhih transformatora, prilikom odabira transformatora, trebalo bi detaljno razumjeti strukturu proizvodnog procesa, dizajn izolacije i konfiguraciju izolacije. Trebalo bi odabrati proizvode proizvođača s potpunim proizvodnim procesima, strogo sustavom jamstva kvalitete, rigoroznim upravljanjem proizvodnjom i pouzdanim tehničkim performansama kako bi se osigurala kvaliteta i toplinski životni vijek transformatora, time unaprijedivši sigurnu operaciju i pouzdanost snabdijevanja strujom.

4. Glavni faktori koji utječu na propad izolacije transformatora

Glavni faktori koji utječu na performanse izolacije transformatora uključuju: temperaturu, vlažnost, metode zaštite od ulja i efekte preopterećenja naponom.

4.1 Efekti temperature

Električni transformatori koriste uljačku izolaciju s različitim ravnotežama između vlažnosti u ulju i papiru na različitim temperaturama. Općenito, kada temperatura raste, vlažnost u papiru se prenosi u ulje; obratno, papir apsorbira vlažnost iz ulja. Stoga, na višim temperaturama, mikro-vlažnost u izolacijskom ulju je veća; obratno, mikro-vlažnost je manja.

Različite temperature uzrokuju različite stupnjeve otvaranja celuloznog prstena, preloma lanaca i stvaranja gasova. Na određenoj temperaturi, brzine proizvodnje CO i CO2 ostaju konstantne, što znači da se sadržaj CO i CO2 u ulju linearno povećava s vremenom. Kako temperatura neprekidno raste, brzine proizvodnje CO i CO2 često eksponencijalno rastu. Stoga, sadržaj CO i CO2 u ulju direktno ovisi o toplinskom starjenju izolacijskog papira i može poslužiti kao jedan kriterij za procjenu anomalija u slojevima papira zatvorenih transformatora.

Životni vijek transformatora ovisi o stupnju starjenja izolacije, koji opet ovisi o radnoj temperaturi. Na primjer, uljački transformator pod nominiranim opterećenjem ima srednji porast temperature zavojnice od 65°C i najtopliji porast temperature od 78°C. S prosječnom okružnu temperaturom od 20°C, najtoplija temperatura doseže 98°C, omogućujući 20-30 godina rada. Ako transformator radi pod preopterećenjem s povećanom temperaturom, životni vijek se skraćuje.

Međunarodna elektrotehnička komisija (IEC) navodi da za transformatore s izolacijom klase A koji rade između 80-140°C, za svaki porast temperature od 6°C, stopa smanjenja efektivnog životnog vijeka izolacije transformatora udvostručuje se - poznato kao 6°C pravilo, što ukazuje na stroža toplinska ograničenja od prihvaćenog 8°C pravila.

4.2 Efekti vlažnosti

Prisutnost vlage ubrzava degradaciju celuloze. Stoga, proizvodnja CO i CO2 ovisi o vlažnosti materijala celuloze. Pri konstantnoj vlažnosti, veća vlažnost proizvodi više CO2; obratno, manja vlažnost proizvodi više CO.

Sljedovi vlažnosti u izolacijskom ulju su značajan faktor koji utječe na karakteristike izolacije. Sljedovi vlažnosti u izolacijskom ulju znatno štete električkim i fizikalno-kemijskim svojstvima izolacijskog medija. Vlažnost može smanjiti naponsku razinu iskrenja u izolacijskom ulju, povećati faktor dielektričnih gubitaka (tan δ), ubrzati starenje izolacijskog ulja i pogoršati performanse izolacije. Izlaganje opreme vlagi ne samo smanjuje operativnu pouzdanost i životni vijek električne opreme, već može uzrokovati oštećenje opreme i čak ugroziti osobnu sigurnost.

4.3 Efekti metoda zaštite od ulja

Kiseonik u transformatorskom ulju ubrzava reakcije dekompozicije izolacije, s količinom kiseonika vezanom uz metode zaštite od ulja. Također, različite metode zaštite uzrokuju različite uvjete rastvaranja i difuzije CO i CO2 u ulju. Na primjer, CO ima nisku rastvorljivost, što mu omogućuje lako difundiranje do površine ulja u otvorenim transformatorima, obično ograničavajući volumenski udio CO na ne više od 300×10-6. U zatvorenim transformatorima, budući da je površina ulja izolirana od zraka, CO i CO2 teško isparavaju, rezultirajući većim količinama.

4.4 Efekti preopterećenja naponom

① Efekti privremene prekomjerne napona: Trofazni transformatori tijekom normalne operacije generiraju fazno-zemljano napona na 58% fazno-faznog napona. Međutim, tijekom jednofaznih grešaka, glavni izolacijski napon se povećava za 30% u sustavima s neutralom spojenom na zemlju i za 73% u sustavima bez zemljenja, što može oštetiti izolaciju.

② Efekti prekomjernog napona od munje: Prekomjerne napone od munje imaju uske talase, što uzrokuje vrlo nejednaku distribuciju napona duž longitudinalne izolacije (spojnice-spoinice, sloj-sloj, disk-disk), što može ostaviti tragove razlika na izolaciji i oštetiti čvrstu izolaciju.

③ Efekti prekidačkih prenapona: Prekidački prenaponi imaju relativno postepene talase, što rezultira gotovo linearnom distribucijom napona. Kada se prekidački prenaponski valovi prenose s jednog zavojnice na drugu, napon je približno proporcionalan omjeru zavojnica između ta dva zavoja, čime se lako može doći do deteroracije i oštećenja glavne izolacije ili faza-faza izolacije.

4.5 Elektrodinamički efekti kratkog spoja

Elektrodinamičke sile tijekom izlaznih kratkih spojeva mogu deformirati zavoje transformatora i pomaknuti vode, mijenjajući originalne udaljenosti izolacije, uzrokujući zagrijavanje izolacije, ubrzavajući starenje ili oštećenje što dovodi do iscrpljenja, lukova i grešaka kratkog spoja.

5.Zaključak

Ukratko, razumijevanje performansi izolacije snaga transformatora i primjena razumanog održavanja i rada direktno utječe na sigurnost transformatora, vijek trajanja i pouzdanost opskrbe strujom. Kao ključna oprema u sustavima snage, osoblje koje operira i održava transformatore te menadžeri moraju razumjeti i savladati strukturu izolacije transformatora, osobine materijala, kvalitetu procesa, metode održavanja i znanstvene dijagnostičke tehnologije. Samo kroz optimiziranu i razumanu upravljačku praksu može se osigurati učinkovitost, vijek trajanja i pouzdanost opskrbe strujom transformatora.