La vita del trasformatore dimezzata con ogni aumento di 8°C? Comprendere i meccanismi dell'invecchiamento termico

Il tempo in cui un trasformatore può operare normalmente sotto tensione e carico nominali è chiamato vita utile del trasformatore. I materiali utilizzati nella fabbricazione dei trasformatori si dividono in due categorie principali: materiali metallici e materiali isolanti. I materiali metallici in genere possono sopportare temperature relativamente elevate senza subire danni, ma i materiali isolanti invecchiano e degradano rapidamente quando la temperatura supera un certo valore. Pertanto, la temperatura è uno dei principali fattori che influiscono sulla vita utile di un trasformatore. In un certo senso, la vita di un trasformatore può essere detta la vita dei suoi materiali isolanti.

Ridurre la temperatura prolunga la vita utile del trasformatore

Il tempo in cui un trasformatore può operare normalmente sotto tensione e carico nominali è chiamato vita utile del trasformatore. I materiali utilizzati nella fabbricazione dei trasformatori si dividono in due categorie principali: materiali metallici e materiali isolanti. I materiali metallici in genere possono sopportare temperature relativamente elevate senza subire danni, ma i materiali isolanti invecchiano e degradano rapidamente quando la temperatura supera un certo valore. Pertanto, la temperatura è uno dei principali fattori che influiscono sulla vita utile di un trasformatore. In un certo senso, la vita di un trasformatore può essere detta la vita dei suoi materiali isolanti.

La perdita graduale delle proprietà meccaniche e isolanti originali dei materiali isolanti sotto prolungata esposizione a campi elettrici e temperature elevate viene chiamata invecchiamento. Il tasso di invecchiamento dipende principalmente dai seguenti fattori:

• Temperatura dell'isolante.

• Contenuto di umidità del materiale isolante.

• Per i trasformatori a olio, deve essere considerata anche la quantità di ossigeno disciolto nell'olio.

Questi tre fattori determinano la vita utile di un trasformatore. La pratica e la ricerca mostrano che se l'avvolgimento può mantenere costantemente una temperatura di 95°C, il trasformatore può essere garantito per una vita utile di 20 anni. Basandosi sulla relazione tra temperatura e vita, può essere derivata la "regola dei 8°C": prendendo la vita a questa temperatura come base, ogni aumento di 8°C della temperatura dell'avvolgimento dimezza la vita utile del trasformatore.

La maggior parte dei trasformatori di potenza in Cina utilizza l'isolamento a olio e carta, ovvero isolamento di Classe A. Per i trasformatori con isolamento di Classe A, in condizioni di funzionamento normale, quando la temperatura dell'aria ambiente è di 40°C, la temperatura massima di funzionamento degli avvolgimenti è di 105°C.

Secondo dati rilevanti e pratica:

• Quando la temperatura di funzionamento dell'isolamento del trasformatore è di 95°C, la sua vita utile è di 20 anni.

• Quando la temperatura di funzionamento dell'isolamento del trasformatore è di 105°C, la sua vita utile è di 7 anni.

• Quando la temperatura di funzionamento dell'isolamento del trasformatore è di 120°C, la sua vita utile è di 2 anni.

La temperatura interna dell'isolamento di un trasformatore, sotto una tensione essenzialmente costante, dipende principalmente dall'entità della corrente di carico: una corrente di carico più elevata porta a una temperatura di isolamento più alta, mentre una corrente di carico inferiore porta a una temperatura di isolamento più bassa.

Quando un trasformatore è sovraccarico o opera a carico nominale durante l'estate, il suo isolamento interno funziona a temperature elevate, accelerando la perdita di vita. Quando il trasformatore opera a carico leggero o a carico nominale durante l'inverno, il suo isolamento interno funziona a temperature inferiori, rallentando la perdita di vita. Pertanto, per sfruttare appieno la capacità di carico del trasformatore durante tutto l'anno senza influire sulla sua vita utile normale, il carico mensile può essere adeguatamente regolato.

L'elevata tensione accelera l'invecchiamento del trasformatore

Ad esempio, le normative stabiliscono che la tensione di funzionamento di un trasformatore non deve superare il 5% della sua tensione nominale. Una tensione eccessivamente elevata aumenta la corrente di magnetizzazione nel nucleo del trasformatore, può causare la saturazione del nucleo, generare flusso armonico, ulteriormente aumentare le perdite nel nucleo e portare all'ipertermia del nucleo. Una tensione eccessivamente elevata accelera anche l'invecchiamento del trasformatore, riducendone la vita utile; pertanto, la tensione di funzionamento di un trasformatore non deve essere troppo elevata.

Quando il materiale isolante invecchia fino a un certo punto, sotto l'influenza delle vibrazioni operative e delle forze elettromagnetiche, l'isolamento può creparsi, rendendo più probabili i guasti da rottura elettrica e riducendo la vita utile del trasformatore.

Regolare il carico del trasformatore per ottenere una vita utile ideale

La temperatura interna dell'isolamento di un trasformatore, sotto una tensione essenzialmente costante, dipende principalmente dall'entità della corrente di carico: una corrente di carico più elevata porta a una temperatura di isolamento più alta, mentre una corrente di carico inferiore porta a una temperatura di isolamento più bassa.

Quando un trasformatore è sovraccarico o opera a carico nominale durante l'estate, il suo isolamento interno funziona a temperature elevate, accelerando la perdita di vita. Quando il trasformatore opera a carico leggero o a carico nominale durante l'inverno, il suo isolamento interno funziona a temperature inferiori, rallentando la perdita di vita. Pertanto, per sfruttare appieno la capacità di carico del trasformatore durante tutto l'anno senza influire sulla sua vita utile normale, il carico mensile può essere adeguatamente regolato.

Una manutenzione appropriata aiuta a massimizzare la vita utile del trasformatore
È noto che una volta che un trasformatore si guasta, non solo i costi di riparazione e le spese di inattività sono sostanziosi, ma il riavvolgimento di un avvolgimento o la ricostruzione di un grande trasformatore di potenza può richiedere da 6 a 12 mesi. Pertanto, un programma di manutenzione appropriato aiuterà il trasformatore a raggiungere la massima vita utile.

Tre punti chiave di un buon programma di manutenzione

Installazione e funzionamento

A. Assicurarsi che il carico rimanga entro i limiti di progettazione del trasformatore. Per i trasformatori a raffreddamento ad olio, monitorare attentamente la temperatura dell'olio superiore.
B. Il luogo di installazione del trasformatore dovrebbe essere adatto alle sue specifiche di progettazione e standard costruttivi. Se installato all'esterno, assicurarsi che il trasformatore sia adatto all'operazione esterna.
C. Proteggere il trasformatore dai fulmini e dai danni esterni.

Test dell'olio

La resistenza dielettrica dell'olio del trasformatore diminuisce drasticamente con l'aumento del contenuto di umidità. Anche una concentrazione di acqua dello 0,01% può ridurre la sua resistenza dielettrica quasi a metà. Tranne che per i piccoli trasformatori di distribuzione, campioni di olio da tutti i trasformatori dovrebbero essere sottoposti regolarmente a test di rottura per rilevare correttamente l'umidità e rimuoverla attraverso la filtrazione.

Dovrebbe essere eseguita l'analisi dei gas di guasto nell'olio. Utilizzando un dispositivo di monitoraggio in linea per otto gas di guasto nell'olio del trasformatore, misurare continuamente la concentrazione dei gas disciolti nell'olio man mano che si sviluppano i guasti. Analizzando i tipi e le concentrazioni di questi gas, è possibile determinare il tipo di guasto. Dovrebbero essere eseguiti annualmente test sulle proprietà fisiche dell'olio per verificare le sue prestazioni isolanti, inclusi test sulla resistenza dielettrica, acidità, tensione interfaciale, ecc.