Životnost transformátoru se zkracuje na polovinu s každým 8°C nárůstem? Pojmy a mechanismy termálního stárnutí

Doba, po kterou transformátor může pracovat normálně při jmenovitém napětí a jmenovitém zatížení, se nazývá životnost transformátoru. Materiály používané v výrobě transformátorů se dělí do dvou hlavních kategorií: kovové materiály a izolační materiály. Kovové materiály obecně mohou snést relativně vysoké teploty bez poškození, ale izolační materiály rychle stárnou a degradují, když teplota překročí určitou hodnotu. Proto je teplota jedním z hlavních faktorů ovlivňujících životnost transformátoru. V určitém smyslu lze říci, že životnost transformátoru je životnost jeho izolačních materiálů.

Snížení teploty prodlouží životnost transformátoru

Doba, po kterou transformátor může pracovat normálně při jmenovitém napětí a jmenovitém zatížení, se nazývá životnost transformátoru. Materiály používané v výrobě transformátorů se dělí do dvou hlavních kategorií: kovové materiály a izolační materiály. Kovové materiály obecně mohou snést relativně vysoké teploty bez poškození, ale izolační materiály rychle stárnou a degradují, když teplota překročí určitou hodnotu. Proto je teplota jedním z hlavních faktorů ovlivňujících životnost transformátoru. V určitém smyslu lze říci, že životnost transformátoru je životnost jeho izolačních materiálů.

Postupné ztráta původních mechanických a izolačních vlastností izolačních materiálů za dlouhodobé expozice elektrickému poli a vysokým teplotám se nazývá stárnutí. Rychlost stárnutí závisí především na následujících faktorech:

• Teplota izolace.

• Obsah vlhkosti v izolačním materiálu.

• U olejově chlazených transformátorů je třeba také zohlednit množství kyslíku rozpusteného v oleji.

Tyto tři faktory určují životnost transformátoru. Praxe a výzkum ukazují, že pokud se cívka může trvale udržet na teplotě 95°C, lze garantovat životnost transformátoru 20 let. Na základě vztahu mezi teplotou a životností lze odvodit „pravidlo 8°C“: s ohledem na životnost při této teplotě se životnost transformátoru zdvojnásobí při každém 8°C nárůstu teploty cívky.

Většina elektrických transformátorů v Číně používá olejopapírovou izolaci, tedy třídu A izolace. Pro transformátory s třídou A izolace, při běžné provozní teplotě vzduchu 40°C, je maximální provozní teplota cívek 105°C.

Podle relevantních dat a praxe:

• Pokud je provozní teplota izolace transformátoru 95°C, jeho životnost je 20 let.

• Pokud je provozní teplota izolace transformátoru 105°C, jeho životnost je 7 let.

• Pokud je provozní teplota izolace transformátoru 120°C, jeho životnost je 2 roky.

Vnitřní teplota izolace transformátoru, při prakticky konstantním napětí, závisí především na velikosti proudového zatížení: vyšší proudové zatížení vedou ke vyšší teplotě izolace, zatímco nižší proudové zatížení vedou ke nižší teplotě izolace.

Když je transformátor přetížen nebo pracuje při jmenovitém zatížení v létě, jeho vnitřní izolace pracuje při vysokých teplotách, což urychluje ztrátu životnosti. Když transformátor pracuje při lehkém zatížení nebo při jmenovitém zatížení v zimě, jeho vnitřní izolace pracuje při nižších teplotách, což zpomaluje ztrátu životnosti. Proto, aby byla plně využita kapacita zatížení transformátoru po celý rok bez ovlivnění jeho normální životnosti, lze měsíční zatížení příslušně upravit.

Vysoké napětí urychluje stárnutí transformátoru

Například předpisy stanovují, že provozní napětí transformátoru nesmí překročit 5% jmenovitého napětí. Příliš vysoké napětí zvyšuje magnetizační proud v jádře transformátoru, může způsobit nasycení jádra, generovat harmonické toky, dále zvyšovat ztráty v jádře a vést k přehřátí jádra. Příliš vysoké napětí také urychluje stárnutí transformátoru a zkracuje jeho životnost; proto nesmí být provozní napětí transformátoru příliš vysoké.

Když izolační materiál stárne do určité míry, může pod vlivem vibračních a elektromagnetických sil docházet k trhlinám v izolaci, což zvyšuje pravděpodobnost elektrických propojení a zkracuje životnost transformátoru.

Úprava zatížení transformátoru pro dosažení ideální životnosti

Vnitřní teplota izolace transformátoru, při prakticky konstantním napětí, závisí především na velikosti proudového zatížení: vyšší proudové zatížení vedou ke vyšší teplotě izolace, zatímco nižší proudové zatížení vedou ke nižší teplotě izolace.

Když je transformátor přetížen nebo pracuje při jmenovitém zatížení v létě, jeho vnitřní izolace pracuje při vysokých teplotách, což urychluje ztrátu životnosti. Když transformátor pracuje při lehkém zatížení nebo při jmenovitém zatížení v zimě, jeho vnitřní izolace pracuje při nižších teplotách, což zpomaluje ztrátu životnosti. Proto, aby byla plně využita kapacita zatížení transformátoru po celý rok bez ovlivnění jeho normální životnosti, lze měsíční zatížení příslušně upravit.

Správná údržba pomáhá maximalizovat životnost transformátoru
Je známo, že jakmile transformátor selže, nejen jsou náklady na opravy a časové ztráty významné, ale navinutí cívky nebo přestavba velkého transformátoru může trvat 6 až 12 měsíců. Proto správný program údržby pomůže transformátoru dosáhnout maximální životnosti.

Tři klíčové body dobrého programu údržby

Instalace a provoz

A. Zajistěte, aby zatížení zůstalo v rámci návrhových limit transformátoru. U olejově chlazených transformátorů pečlivě sledujte teplotu horního oleje.
B. Místo instalace transformátoru by mělo být vhodné pro jeho návrh a konstrukční standardy. Pokud je instalován venku, zajistěte, aby byl transformátor vhodný pro venkovní provoz.
C. Chraňte transformátor před blesky a vnějšími poškozeními.

Testování oleje

Izolační síla transformátorového oleje prudce klesá s rostoucím obsahem vlhkosti. I pouhých 0,01 % obsah vody může snížit izolační sílu téměř o polovinu. Kromě malých distribučních transformátorů by měly být vzorky oleje ze všech transformátorů pravidelně podrobeny zkouškám na poruchu, aby se správně detegovalo vlhkost a odstranilo její filtrací.

Mělo by se provést analýzu chybových plynů v oleji. Pomocí online monitorovacího zařízení pro osm chybových plynů v transformátorovém oleji se měří kontinuálně koncentrace plynu rozpuštěného v oleji, jak se vývoj poruch ubírá. Analýzou typů a koncentrací těchto plynů lze určit typ poruchy. Fyzikální vlastnosti oleje by měly být každoročně testovány, aby se ověřila jeho izolační výkonnost, včetně zkoušek na izolační průraz, kyselost, povrchové napětí atd.