Energiaátalakítók izolációs hibáinak elemzése és orvosló intézkedések
A leggyakrabban használt átalakítók: olajöntött és szárazszerszámos átalakítók
A mai két leggyakrabban használt átalakító az olajöntött átalakító és a szárazszerszámos átalakító. Az átalakító izolációs rendszere, amely különböző izoláló anyagokból áll, alapvető fontosságú a megfelelő működéshez. Az átalakító élettartama elsősorban az izoláló anyagok (olaj-papír vagy szerszám) élettartamától függ.
Gyakorlatban a legtöbb átalakító hiba az izolációs rendszer sérülésének következménye. A statisztikák szerint az izolációval kapcsolatos hibák 85%-nál nagyobb arányban fordulnak elő az összes átalakító-balesetben. Jól karbantartott átalakítók, amelyek figyelembe veszik az izoláció kezelését, meglehetősen hosszú élettartamot tudnak elérni. Ezért az átalakító normális működésének védelme és az izolációs rendszer megfelelő karbantartásának erősítése jelentősen hozzájárulhat a hosszabb élettartamhoz, a preventív és prediktív karbantartás pedig kulcsfontosságú a hatékonyság növelésében és a villamosenergiaellátás megbízhatóságának javításában.
1. Szilárd papírizolációs hibák
Az olajöntött átalakítókban a fő izoláló anyagok az izoláló olaj és a szilárd izoláló anyagok, beleértve az izoláló papírt, nyomtatott deszkát és fa blokkokat. Az átalakító izolációinak öregedése a környezeti tényezők miatti ezeknek az anyagoknak a bomlása, ami csökkentett vagy elveszett izoláló erejhez vezet.
A szilárd papírizoláció az olajöntött átalakító izolációs rendszereinek egyik fő összetevője, beleértve az izoláló papírt, deszkákat, polstereket, rövidítményeket és kötelet. Fő összetevője a cellulóz, amely kémiai képlete (C6H10O5)n, ahol n a polimerizációs fok (DP). Az új papír DP-ja általában körülbelül 1300, ami a mechanikai erő csökkenésével 250-ra csökken.
Amikor a papír nagyon öregedett, a DP 150-200 között van, a anyag végére ér. Ahogy az izoláló papír öregszik, a DP-je és a húzóerője lassan csökken, miközben vízzel, CO-val, CO2-vel és furfural (furán aldehid) termelkedik. Ezek az öregedési melléktermékek nagymértékben károsak az elektromos berendezések számára, csökkentve az izoláló papír töréspontját és a térfogati ellenállást, miközben növelik a dielektrikus veszteséget és csökkentik a húzóerőt, potenciálisan leerdítve a fém alkatrészeket is.
A szilárd izoláció irreverzibilis öregedési jellemzőket mutat, ahol a mechanikai és elektrikai erő csökkenése nem helyreállítható. Mivel az átalakító élettartama elsősorban az izoláló anyag élettartamától függ, az olajöntött átalakítók szilárd izoláló anyagai kiváló elektrikai izoláló tulajdonságokkal és mechanikai jellemzőkkel kell, hogy rendelkezzenek, lassan romló teljesítménnyel évek során - ami jó öregedési jellemzőket jelent.
1.1 Papírvezetékanyagok tulajdonságai
Az izoláló papírvezetékanyag a legfontosabb izoláló összetevő az olajöntött átalakítókban. A papírvezeték a növények alapvető szilárd cseppkomponense. Ellentétben a bőséges szabad elektronokkal rendelkező fémes vezetőkkel, az izoláló anyagok szinte nincsenek szabad elektronokkal, a minimális vezető áram elsősorban iónvezetésből ered. A cellulóz szén, hidrogén és oxigénből áll. A molekuláris szerkezetében lévő hidroxilcsoportok miatt a cellulóznak a vizet alkotó potenciálya van, ami a papírvezetéknek nedvességfelvételi jellemzőket ad.
Ezen felül ezek a hidroxilcsoportok olyan központokként tekinthetők, amelyek körül különböző polaritású molekulák (például savak és víz) találhatók, hidrogénkapcsolatok révén, ami a vezetékek károsodásához vezethet. A papírvezetékek általában körülbelül 7% vegyületeket tartalmaznak, beleértve a nedvességet is. A vezetékek kolloid természete miatt ezt a nedvességet nem lehet teljesen eltávolítani, ami befolyásolja a papírvezeték teljesítményét.
A polaritású vezetékek könnyen felvehetik a nedvességet (a víz erősen polaritású médium). Amikor a papírvezetékek felvehetik a vizet, a hidroxilcsoportok közötti interakció gyengül, ami instabil vezetéki struktúrában gyorsan rombolja a mechanikai erőt. Ezért az izoláló papíralkatrészek általában először szárításra vagy vákuumszárításra kerülnek, majd olaj vagy izoláló festék impregnációjával kezelik.
Az impregnáció célja, hogy a vezetékek nedvességgel tartsák, biztosítva magasabb izolációt és kémiai stabilitást, valamint javítva a mechanikai erőt. Ezenkívül a festékkel bevonatkozott papír csökkenti a nedvességfelvételt, megelőzi az anyag oxidálódását, és kitölti a lyukakat, hogy minimalizálja a pislák hatását, ami befolyásolhatja az izoláció teljesítményét, részleges kibocsátást és elektrikai törést okozhat. Ugyanakkor néhányan azt hiszik, hogy a festék impregnációja után az olajba való betöltés valamennyi festéket lassan feloldhatja az olajban, ami befolyásolhatja az olaj teljesítményét, ezért óvatosan kell megközelíteni ilyen festék alkalmazását.
Természetesen, a különböző vezetékanyagok összetétele és ugyanazon összetételű vezetékek különböző minőségi szintjei különböző hatással vannak és tulajdonságokkal bírnak. Például a pamut a legmagasabb vezetékanyagtartalmat, a kanapa a legerősebb vezetékeit, és bizonyos importált izoláló nyomtatott deszkák, amelyek jobb feldolgozással rendelkeznek, jelentősen jobb teljesítményt mutatnak néhány hazai papírdobozhoz képest. A legtöbb átalakító izoláló anyagai különböző formájú papírokat (például papírszalag, nyomtatott deszka és nyomásra formált papíralkatrészek) használnak izolációnak.
Ezért fontos, hogy minőségi vezetékanyagos izoláló papíranyagokat válasszunk az átalakítók gyártása és karbantartása során. A vezetékpapír speciális előnyökkel rendelkezik, mint például a praktikusság, a költséghatékonyság, a kényelmes feldolgozás, egyszerű formálás és kezelés mérsékelt hőmérsékleten, könnyű súly, közepes erősség, és könnyű impregnáló anyagok (például izoláló festék és átalakítóolaj) felvétel.
1.2 Papírizolációs anyagok mechanikai erőssége
Az olajöntött átalakítók esetén, amelyek papírizolációs anyagokat használnak, a vezetékanyag összetétele, sűrűsége, áthatósága és egyenletesége mellett a legfontosabb tényezők a mechanikai erősségi követelmények, mint például a húzóerő, a lyukás erő, a szakadás erője és a merevség:
Húzóerő: A papírvezeték maximális feszültsége, amelyet húzó terhelés mellett elviselhet anélkül, hogy meg nem törülne.
Lyukás erő: A papírvezeték képessége, hogy elviselje a nyomást anélkül, hogy meg nem törülne.
Szakadás erője: A papírvezeték szakításához szükséges erőnek meg kell felelnie a releváns normáknak.
Sokszorozott szilárdság: A papír hajlítási vagy a presztábla hajlítási szilárdságának meg kell felelnie a megfelelő követelményeknek.
A szilárd szigetelési teljesítmény értékelhető mintavétellel a papír vagy presztábla polimerizációs fokának mérésére, illetve nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiával a furfurál tartalom olajban való meghatározására.
Ez segít elemezni, hogy a transzformátor belső hibái érintik-e a szilárd szigetelést, vagy alacsony hőmérsékletű túlmelegedés okozza-e a tekercsek szigetelésének helyi öregedését, illetve a szilárd szigetelés öregedési fokának meghatározására. A papírszál-szigetelő anyagok üzemeltetése és karbantartása során figyelmet kell fordítani a transzformátor névleges terhelésének szabályozására, a jó levegőáramlás és hőelvezetés biztosítására az üzemeltetési környezetben, a túlzott hőmérséklet-emelkedés és az olajhiány megelőzésére a tartályban. Intézkedéseket kell tenni továbbá az olajszennyeződés és romlás megelőzésére is, amely felgyorsíthatja a szálak öregedését, csökkentve a transzformátor szigetelési teljesítményét, élettartamát és biztonságos üzemeltetését.
1.3 Papírszál-anyagok lebomlása
Ez elsősorban három aspektust foglal magában:
Szálak ridegedése: A túlzott hő hatására a nedvesség elválik a szálas anyagoktól, felgyorsítva a szálak ridegedését. A rideg, pikkelyesen leváló papír mechanikai rezgés, elektrodinamikus feszültség és üzemközbeni hullámhatások hatására szigetelési hibához és villamos balesethez vezethet.
A szálas anyagok mechanikai szilárdságának csökkenése: A szálas anyagok mechanikai szilárdsága a hosszabb idejű hőterhelés hatására csökken. Amikor a transzformátor hőtermelése ismételten kiszorítja a nedvességet a szigetelőanyagokból, a szigetelési ellenállás értéke növekedhet, de a mechanikai szilárdság jelentősen csökken, így a szigetelőpapír nem képes elviselni a rövidzárlati áramok vagy impulzusterhelések mechanikai erőit.
A szálas anyagok összehúzódása: Ridegedés után a szálas anyagok összehúzódnak, csökkentve a szorítóerőt, ami elmozduláshoz vezethet. Ez elektromágneses rezgés vagy impulzusfeszültség hatására transzformátor-tekercselés eltolódásához és súrlódáshoz vezethet, károsítva a szigetelést.
2. Folyékony olajszigetelési hibák
Az olajmerüléses transzformátort az amerikai tudós, Thompson találta fel 1887-ben, és a General Electric valamint mások 1892-ben terjesztették ki erőtranszformátor alkalmazásokra. A jelenleg említett folyékony szigetelés a transzformátorolaj-szigetelést jelenti.
2.1 Az olajmerüléses transzformátorok jellemzői:
① Jelentősen javítja az elektromos szigetelési szilárdságot, lerövidíti a szigetelési távolságot, és csökkenti a berendezés méretét; ② Jelentősen javítja a hatékony hőátvitelt és hőelvezetést, növeli a megengedett áramsűrűséget a vezetőkben, csökkentve a berendezés tömegét. A működő transzformátor magjából származó hő a transzformátorolaj termikus cirkulációján keresztül kerül át a transzformátorküpenyre és a hűtőbordákra hőelvezetés céljából, így javul a hatékony hűtés; ③ Az olajba merítés és tömítés csökkenti bizonyos belső alkatrészek és szerkezetek oxidációját, meghosszabbítva az élettartamot.
2.2 A transzformátorolaj tulajdonságai
A működő transzformátorolajnak stabil, kitűnő szigetelő- és hővezető képességgel kell rendelkeznie. Főbb tulajdonságai a szigetelési szilárdság (tan δ), viszkozitás, fagyáspont és savérték. A kőolajból finomított szigetelőolaj különféle szénhidrogének, gyanták, savak és egyéb szennyeződések keveréke, melyek tulajdonságai nem teljesen stabilak. Hőmérséklet, villamos tér és fényhatásra az olaj folyamatosan oxidálódik. Normál körülmények között ez az oxidációs folyamat lassan halad előre; megfelelő karbantartással az olaj akár 20 évig is megőrizheti a szükséges minőséget öregedés nélkül. Azonban a fémek, szennyeződések és gázok az olajba keveredve felgyorsítják az oxidációt, romlik az olaj minősége, sötétebbé válik a színe, elhomályosodik az átlátszósága, és nő a nedvességtartalom, savérték és hamutartalom, ezzel rontva az olaj tulajdonságait.
2.3 A transzformátorolaj romlásának okai
A transzformátorolaj romlása súlyossága alapján besorolható szennyeződési és degradációs szakaszokra.
A szennyeződés azt jelenti, hogy víz és szennyeződések keverednek az olajba – ezek nem oxidációs termékek. A szennyezett olaj szigetelési teljesítménye romlik, csökken a átütési villamos térerősség, és nő a dielektromos veszteségi szög.
A degradáció az olaj oxidációjából ered. Ez az oxidáció nem kizárólag a tisztán olajban lévő szénhidrogének oxidációját jelenti, hanem az olajban lévő szennyeződések által felgyorsított oxidációs folyamatot, különösen a réz-, vas- és alumíniumfém-részecskéket.
Az oxigén a transzformátor belsejében lévő levegőből származik. Még teljesen zárt transzformátorokban is kb. 0,25% oxigén marad jelen. Az oxigén magas oldhatóságú, így az olajban oldott gázok között magas arányt képvisel.
A transzformátorolaj oxidációja során a nedvesség katalizátorként, a hő pedig gyorsítóként hat, így a transzformátorolaj iszapot termel. Ennek hatása elsősorban a következő: nagyobb csapadék részecskék villamos tér hatására; szennyeződések csapadékként koncentrálódnak a legnagyobb villamos térerősségű régiókban, vezető „hidakat” képezve a transzformátor szigetelésén keresztül; egyenetlen csapadékképződés hosszúkás csíkokká alakulhat, amelyek igazodhatnak a villamos tér vonalaihoz, gátolva a hőelvezetést, felgyorsítva a szigetelőanyagok öregedését, és okozva a szigetelési ellenállás csökkenését és a szigetelési szint csökkenését.
2.4 A transzformátorolaj degradációs folyamata
Az olaj degradációja során elsődleges melléktermékek peroxidok, savak, alkoholok, ketonok és iszap keletkeznek.
Korai degradációs szakasz: Az olaj peroxidokat termel, amelyek reakcióba lépnek a szigetelő szálas anyagokkal, oxidált cellulóz képződik, csökkentve a szigetelő szálak mechanikai szilárdságát, ridegedést és szigetelési zsugorodást okozva. Képződő savak viszkózus zsírsavak. Bár kevésbé károsítók, mint a szervetlen savak, növekedési sebességük és hatásuk az organikus szigetelőanyagokra jelentős.
Későbbi lebomlási szakasz: A zsíranyag képződése akkor következik be, amikor a savak károsítják a réz-, vas-, szigetelőlakk- és egyéb anyagokat, reakcióba lépve zsíranyagot hozva létre – egy viszkózus, aszfalthoz hasonló polimer vezető anyagot. Ez mérsékelten oldódik az olajban, és villamos tér hatására gyorsan képződik, tapad a szigetelőanyagokhoz vagy a transzformátortartály éleihez, leülepedik az olajcsövekre és a hűtőbordákra, növelve a transzformátor üzemi hőmérsékletét és csökkentve a dielektrikus szilárdságot.
Az olaj oxidációs folyamata két fő reakciós feltételből áll: első, a transzformátorban túl magas savérték miatt az olaj savassá válik; második, az olajban oldott oxidok olyan vegyületekké alakulnak, amelyek nem oldódnak az olajban, fokozatosan romolva a transzformátorolaj minőségét.
2.5 Transzformátorolaj elemzése, értékelése és karbantartása
① Szigetelőolaj minőségromlása: A fizikai és kémiai tulajdonságok megváltoznak, csökkenve az elektromos teljesítményt. Az olaj savértékének, határfelületi feszültségének, zsíranyag-kiválásának és vízben oldható savértékének tesztelésével megállapítható, hogy létezik-e ez a hibatípus. Az olaj regenerálási kezelése eltávolíthatja a lebomlási termékeket, bár ez a folyamat természetes antioxidánsokat is eltávolíthat.
② Szigetelőolaj vízzel való szennyeződése: A víz erősen poláris anyag, amely könnyen ionizálódik és bomlik a villamos tér hatására, növelve a szigetelőolajban a vezető áramot. Még a legkisebb nedvességmennyiség is jelentősen növeli a szigetelőolaj dielektrikus veszteségét. Az olaj nedvességtartalmának mérésével azonosítható ez a hibatípus. Nyomás alatti vákuumos olajszűrés általában eltávolítja a nedvességet.
③ Mikrobiológiai szennyeződés a szigetelőolajban: A főtranszformátor telepítése vagy a mag emelése során rovarok a szigetelőalkatrészekre kerülhetnek, emberi izzadtságmaradványok hozhatnak baktériumokat, szennyezve a szigetelőolajat; vagy maga az olaj is már fertőzött lehet mikroorganizmusokkal. A főtranszformátorok általában 40–80 °C-os környezetben üzemelnek, ami nagyon kedvező a mikroorganizmusok növekedéséhez és szaporodásához. Mivel a mikroorganizmusok ásványi anyagai és fehérjéi, valamint kiválasztási termékeik sokkal rosszabb szigetelőképességűek, mint a szigetelőolaj, növelik az olaj dielektrikus veszteségét. Ezt a hibát nehéz helyszíni cirkulációs kezeléssel kezelni, mert bizonyos mikroorganizmusok mindig megmaradnak a szilárd szigetelésen. A kezelés után a transzformátor szigetelése ideiglenesen helyreállhat, de az üzemeltetési környezet elősegíti a mikroorganizmusok újranövekedését, így évről évre romlik a szigetelés.
④ Alkilgyanta szigetelőlakk poláris anyagainak az olajban való oldódása: Villamos tér hatására a poláris anyagok dipól-relaksációs polarizációba kerülnek, energiát fogyasztva az váltakozó áramú polarizációs folyamatok során, növelve az olaj dielektrikus veszteségét. Bár a szigetelőlakk gyárilag megkeményítésen megy keresztül, hiányos kezelés maradhat. Bizonyos ideig történő üzemelés után a nem teljesen kezelt lakk fokozatosan az olajba oldódik, fokozatosan rontva a szigetelési teljesítményt. Ennek a hibának a bekövetkezési ideje a lakkkezelés alaposságától függ; egy vagy két adszorpciós kezelés bizonyos hatékonyságot érhet el.
⑤ Csak vízzel és szennyeződésekkel szennyezett olaj: Ez a szennyeződés nem változtatja meg az olaj alapvető tulajdonságait. A nedvesség szárítással távolítható el; a szennyeződések szűréssel tisztíthatók; a levegő az olajból vákuumozással távolítható el.
⑥ Két vagy több különböző forrásból származó szigetelőolaj keverése: Az olajtulajdonságoknak meg kell felelniük a vonatkozó előírásoknak; az olaj fajsúlya, fagyáspontja, viszkozitása és gyulladáspontja hasonló legyen; a kevert olaj stabilitása pedig meg kell feleljen a követelményeknek. A leromlott kevert olaj esetén kémiai regenerálási módszerek szükségesek a lebomlási termékek elkülönítésére és a tulajdonságok helyreállítására.
3. Száraz típusú gyantatranszformátor szigetelése és jellemzői
A száraz típusú transzformátorok (itt epoxigyanta szigetelésű transzformátorokra utalva) elsősorban olyan helyeken használatosak, ahol magas a tűzbiztonsági követelmény, például magasépületekben, repülőtereken és olajtárolókban.
3.1 A gyanta szigetelés típusai
Az epoxigyanta szigetelésű transzformátorokat gyártási folyamatuk jellemzői alapján három típusra oszthatjuk: kvárchomok-epoxigyanta keverék vákuumöntéses típus, epoxi-lúg-mentes üvegszál megerősített vákuum differenciális nyomás alatti öntéses típus, valamint lúg-mentes üvegszál tekercsbevonásos impregnált típus.
① Kvárchomok-epoxigyanta keverék vákuumöntéses szigetelés: Ezeknél a transzformátoroknál a kvárchomok az epoxigyanta kitöltőanyaga. A szigetelőlakkal bevonva és kezelve a tekercseket öntőformákba helyezik, majd epoxigyanta és kvárcshomok keverékkel vákuum alatt öntik ki. Mivel az öntési folyamat nehezen felel meg a minőségi követelményeknek – például maradék buborékok, a keverék helyi nem egyenletessége és a helyi hőfeszültségből adódó repedések – ezek a szigetelt transzformátorok nem alkalmasak párás, meleg környezetekre és terhelésingadozásokkal terhelt területekre.
② Epoxi-lúg-mentes üvegszál megerősített vákuum differenciális nyomás alatti öntéses szigetelés: Ez rövid lúg-mentes üvegszálakat vagy üvegmatracot használ a menetek közötti külső szigetelésként. A legkülső szigetelőréteg vastagsága általában vékony szigetelés, 1–3 mm. Megfelelő arányban keverve az epoxigyanta öntőanyaggal, a levegőbuborékokat magas vákuum alatt távolítják el az öntés előtt. Mivel a szigetelőréteg vékony, a rossz impregnálás könnyen részleges kisülési pontokat hozhat létre. Ezért az öntőanyag keverékének teljesnek, a vákuumos gáztalanításnak alaposnak kell lennie, valamint az alacsony viszkozitást és az öntési sebességet szabályozni kell, hogy biztosítsa a tekercscsomagok minőségi impregnálását az öntés során.
③ Lúg-mentes üvegszál tekercsbevonásos impregnált szigetelés: Ezeknél a transzformátoroknál a rétegszigetelés és a tekercs impregnálása egyidejűleg történik a tekercselés során. Nem igényelnek az előző két impregnálási folyamathoz szükséges tekercselő formákat, de alacsony viszkozitású gyantát igényelnek, amely nem tartalmazhat mikrobuborékokat a tekercselés és impregnálás során.
3.2 A gyantatranszformátorok szigetelési jellemzői és karbantartása
A gyantatranszformátorok szigetelési szintje nem különbözik lényegesen az olajjal töltött transzformátorokétól; a fő különbségek a hőmérséklet-emelkedésben és a részleges kisülések méréseiben rejlenek.
① Hőmérséklet-emelkedés jellemzői: A rezsin transzformátorok átlagos hőmérséklet-emelkedése magasabb, mint az olajbetolt transzformátoroké, ami magasabb hőtűrősségű izoláló anyagokat kíván. Azonban az átlagos hőmérséklet-emelkedés nem tükrözi a csomópont legmelegebb pontjának hőmérsékletét. Ha az izoláló anyag hőtűrőssége csak az átlagos hőmérséklet-emelkedés alapján, vagy helytelenül van kiválasztva, vagy a rezsin transzformátor hosszú ideig túlterhelés alatt működik, a transzformátor élettartama befolyásolódik.
Mivel a mértnél hőmérséklet-emelkedés gyakran nem tükrözi a legmelegebb pont hőmérsékletét, lehetséges esetben infravörös hőmérőkkel kell ellenőrizni a rezsin transzformátorok legmelegebb pontjait maximális terhelés mellett. A hűtőventilátor irányát és szögét megfelelően kell beállítani a helyi hőmérséklet-emelkedés ellenőrzésére, hogy biztonságos működést biztosítsa a transzformátor számára.
② Részleges kiadás jellemzői: A rezsin transzformátorok részleges kiadásának mértéke kapcsolódik az elektromos mező eloszlásához, a rezsin keverék egyenleteségéhez, valamint ahhoz, hogy vannak-e maradék buborékai vagy rezsin törései. A részleges kiadás mértéke befolyásolja a rezsin transzformátor teljesítményét, minőségét és élettartamát. Ezért a részleges kiadás mérése és elfogadása a gyártási folyamat és a minőség átfogó értékelésének szolgál. A részleges kiadás mérések szükségesek a rezsin transzformátorok átvételi ellenőrzésekor és nagyobb javítások után, a részleges kiadás változása pedig a minőség és a teljesítmény stabilitásának értékelésére használható.
Ahogy a szárított transzformátorok egyre elterjedtebbek lesznek, a transzformátorok kiválasztásakor alaposan meg kell ismerni a gyártási folyamat szerkezetét, az izolációs tervezést és az izolációs konfigurációt. Válasszon termékeket olyan gyártóktól, akik teljes gyártási folyamattal, szigorú minőségbiztosítási rendszerrel, szigorú gyártási menedzsmenttel és megbízható technikai teljesítménnyel rendelkeznek, hogy garantálja a transzformátor termékminőségét és hőmérsékleti élettartamát, ezzel javítva a biztonságos működést és a villamosenergiaellátás megbízhatóságát.
4. A transzformátor izoláció sérülését befolyásoló fő tényezők
A transzformátor izolációs teljesítményét befolyásoló fő tényezők a következők: hőmérséklet, páratartalom, olajvédelmi módszerek, és túlzott feszültség hatásai.
4.1 A hőmérséklet hatása
A tápegység-transzformátor az olaj-papír izolációt használja, amelyben a papírban lévő víztartalom és az olaj között különböző egyensúlyi viszonyok állnak fenn különböző hőmérsékleteknél. Általánosságban, a hőmérséklet növekedésével a papírból a víz átkerül az olajba; fordítva, a papír a vizet az olajból veszi fel. Tehát magasabb hőmérsékleten a transzformátor izoláló olajában található mikro-víztartalom nagyobb; fordítva, a mikro-víztartalom kisebb.
Különböző hőmérsékletek különböző mértékű cellulóz gyűrűkinyitást, láncszakadást és velejáró gáztermelést okoznak. Adott hőmérsékleten a CO és CO2 termelési rátája állandó, tehát a CO és CO2 tartalma az olajban lineárisan nő idővel. A hőmérséklet folyamatos növekedésével a CO és CO2 termelési rátái gyakran exponenciálisan növekednek. Ezért a CO és CO2 tartalma az olajban közvetlenül kapcsolódik az izoláló papír hőmérsékleti öregedéséhez, és szolgálhat mutatóként a zárt transzformátorok papírérintő rétegének anomáliáinak értékelésére.
A transzformátor élettartama az izoláció öregedési fokától függ, ami a működési hőmérséklettől függ. Például, egy nominális terhelés alatt működő olajbetolt transzformátor csomópontjainak átlagos hőmérséklet-emelkedése 65°C, a legmelegebb pont hőmérséklet-emelkedése pedig 78°C. 20°C átlagos környezeti hőmérséklet mellett a legmelegebb pont hőmérséklete 98°C, ami 20-30 év működési időt enged. Ha a transzformátor túlterhelés alatt működik, és a hőmérséklet növekszik, az élettartam megfelelően csökken.
Az IEC (International Electrotechnical Commission) szerint, az A osztályú izolációjú transzformátorok 80-140°C közötti működési hőmérsékleténél minden 6°C-os hőmérséklet-emelkedésnél a transzformátor izolációjának hatásos élettartama kétszerese lesz, ez a 6°C szabály, ami szigorúbb hőmérsékleti korlátozásokat jelent, mint a korábban elfogadott 8°C szabály.
4.2 A páratartalom hatása
A víz jelenléte gyorsítja a cellulóz lerombolódását. Ezért a CO és CO2 termelés a cellulóz anyag víztartalmával kapcsolatos. Állandó páratartalom mellett a magasabb víztartalom több CO2-t eredményez; fordítva, a kevesebb víztartalom több CO-t eredményez.
Az izoláló olajban lévő nyomtatlan víz jelentős tényező az izolációs jellemzőkben. A nyomtatlan víz nagyon káros az izoláló médium elektromos és fizikai-kémiai tulajdonságaira. A víz csökkentheti a diszcharge-feszültséget az izoláló olajban, növelheti a dielectric loss factor (tan δ)-t, gyorsíthatja az izoláló olaj öregedését, és rombolhatja az izolációs teljesítményt. A berendezések vízbeli kitettsége nem csak csökkenti a működési megbízhatóságot és élettartamot, de károsodást is okozhat, akár emberi biztonságot is fenyegethet.
4.3 Az olajvédelmi módszerek hatása
A transzformátor olajában lévő oxigén gyorsítja az izoláció bomlását, ahol az oxigén tartalom az olajvédelmi módszertől függ. Továbbá, különböző védelmi módszerek különböző oldódási és diffúziós feltételeket hoznak létre a CO és CO2 számára az olajban. Például, a CO alacsony oldódási képessége miatt könnyen diffúziósan kerülhet a nyílt transzformátorok olajfelületi térbe, általában a CO volumenaránya 300×10-6-nál nem haladhatja meg. Zárt transzformátorokban, mivel az olajfelület el van szigetelve a levegőtől, a CO és CO2 nem könnyen volatilizál, így magasabb tartalmuk lehet.
4.4 A túlzott feszültség hatása
① Ideiglenes túlzott feszültség hatása: A normál működés során a háromfázisú transzformátorok fázis-kihelyezett feszültsége 58%-os a fázis-közti feszültségnek. Azonban egyfázisú hibák során a fő izoláció feszültsége 30%-kal növekszik a neutrális-földkapcsolat rendszereknél, és 73%-kal növekszik a neutrális nélküli rendszereknél, ami károsíthatja az izolációt.
② Villámúttartás hatása: A villámúttartások meredek hullámfronttal rendelkeznek, ami nagyon egyenlőtlen feszültségeloszlást okoz a hosszirányú izoláció (fordulatszakasz, rétegszakasz, lemezszakasz) között, ami nyomot hagyhat az izoláción, és károsíthatja a szilárd izolációt.
③ Átkapcsolási túlterhelés hatásai: Az átkapcsolási túlterhelések hullámfrontjai viszonylag lassúak, ami szinte lineáris feszültségeloszlást eredményez. Amikor az átkapcsolási túlterhelések hullámok átadódnak egy tekercsről a másikra, a feszültség közel arányos a két tekercs tekerészarányaival, könnyen sérülhetnek vagy romlanhatnak a fő izoláció és a fázis közötti izoláció.
4.5 Rövidzárlat elektrodinamikus hatásai
A kimenő rövidzárlat során fellépő elektrodinamikus erők eltorzíthatják a transzformátor tekercseit és eltolhatják a vezetékeket, módosítva az eredeti izolációs távolságokat, mi ami melegedést okozhat az izoláción, gyorsíthatja az öregedést vagy sérüléseket okozhat, amelyek kilövés, ívölés és rövidzárlat hibákat eredményezhetnek.
5. Összefoglalás
Összességében, a huzaltranszformátor izolációs teljesítményének megértése és a megfelelő üzemeltetés és karbantartás végzése közvetlenül befolyásolja a transzformátor biztonságát, élettartamát és a villamosenergiaellátás megbízhatóságát. A hálózatokban lévő kritikus főberendezésekkel, mint a huzaltranszformátorokkal kapcsolatos üzemeltetők, karbantartói és menedzserek ismerni és megszerzniük kell a transzformátor izolációs szerkezetével, anyagjainak jellemzőivel, a gyártási minőséggel, a karbantartási módszerekkel és a tudományos diagnosztikai technológiákkal kapcsolatos ismereteket. Csak optimalizált és megfelelő üzemeltetési menedzsment segítségével lehet garantálni a huzaltranszformátor hatékonyságát, élettartamát és a villamosenergiaellátás megbízhatóságát.
