Η Ζωή του Μετασχηματιστή Μειώνεται κατά το ήμισυ με Κάθε Αύξηση 8°C; Κατανόηση των Μηχανισμών Θερμικής Γήρανσης

Η διάρκεια χρόνου που ένας μετατροπέας μπορεί να λειτουργεί φυσιολογικά υπό την ορθή τάση και φορτίο ονομάζεται η διάρκεια ζωής του μετατροπέα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μετατροπέων χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες: μεταλλικά υλικά και απομονωτικά υλικά. Τα μεταλλικά υλικά γενικά μπορούν να αντέξουν σχετικά υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να υποφέρουν, ενώ τα απομονωτικά υλικά θα γηράσουν και θα καταστραφούν γρήγορα όταν η θερμοκρασία υπερβεί μια συγκεκριμένη τιμή. Συνεπώς, η θερμοκρασία είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής ενός μετατροπέα. Σε κάποιο βαθμό, η ζωή ενός μετατροπέα μπορεί να λεχθεί ότι είναι η ζωή των απομονωτικών του υλικών.

Η μείωση της θερμοκρασίας επεκτείνει τη διάρκεια ζωής του μετατροπέα

Η διάρκεια χρόνου που ένας μετατροπέας μπορεί να λειτουργεί φυσιολογικά υπό την ορθή τάση και φορτίο ονομάζεται η διάρκεια ζωής του μετατροπέα. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μετατροπέων χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες: μεταλλικά υλικά και απομονωτικά υλικά. Τα μεταλλικά υλικά γενικά μπορούν να αντέξουν σχετικά υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να υποφέρουν, ενώ τα απομονωτικά υλικά θα γηράσουν και θα καταστραφούν γρήγορα όταν η θερμοκρασία υπερβεί μια συγκεκριμένη τιμή. Συνεπώς, η θερμοκρασία είναι ένας από τους βασικούς παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής ενός μετατροπέα. Σε κάποιο βαθμό, η ζωή ενός μετατροπέα μπορεί να λεχθεί ότι είναι η ζωή των απομονωτικών του υλικών.

Η σταδιακή απώλεια των αρχικών μηχανικών και απομονωτικών ιδιοτήτων των απομονωτικών υλικών υπό μακρά έκθεση σε ηλεκτρικά πεδία και υψηλές θερμοκρασίες ονομάζεται γήρανση. Η ταχύτητα της γήρανσης εξαρτάται κυρίως από τους παρακάτω παράγοντες:

• Θερμοκρασία της απομόνωσης.

• Ποσοστό υγρασίας του απομονωτικού υλικού.

• Για τους μετατροπείς με βυθισμένη λάδι, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη το ποσοστό οξυγόνου που είναι διαλυμένο στο λάδι.

Αυτοί οι τρεις παράγοντες καθορίζουν τη διάρκεια ζωής ενός μετατροπέα. Η πρακτική και η έρευνα δείχνουν ότι αν το στρώμα μπορεί να διατηρεί συνεχώς μια θερμοκρασία 95°C, ο μετατροπέας μπορεί να εγγυηθεί μια διάρκεια ζωής 20 ετών. Με βάση τη σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και ζωής, μπορεί να προκύψει η "κανόνας 8°C": λαμβάνοντας ως βάση τη ζωή σε αυτή τη θερμοκρασία, για κάθε αύξηση 8°C στη θερμοκρασία του στρώματος, η διάρκεια ζωής του μετατροπέα μειώνεται κατά το ήμισυ.

Οι περισσότεροι μετατροπείς ρευστής στην Κίνα χρησιμοποιούν απομόνωση λάδι-χαρτί, δηλαδή κλάση A απομόνωση. Για τους μετατροπείς με απομόνωση κλάση A, κατά την φυσιολογική λειτουργία, όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι 40°C, η μέγιστη λειτουργική θερμοκρασία των στρωμάτων είναι 105°C.

Σύμφωνα με σχετικά δεδομένα και πρακτική:

• Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας της απομόνωσης του μετατροπέα είναι 95°C, η διάρκεια ζωής του είναι 20 χρόνια.

• Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας της απομόνωσης του μετατροπέα είναι 105°C, η διάρκεια ζωής του είναι 7 χρόνια.

• Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας της απομόνωσης του μετατροπέα είναι 120°C, η διάρκεια ζωής του είναι 2 χρόνια.

Η εσωτερική θερμοκρασία απομόνωσης ενός μετατροπέα, υπό σχετικά σταθερή τάση, εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος του ρεύματος φορτίου: υψηλότερο ρεύμα φορτίου οδηγεί σε υψηλότερη θερμοκρασία απομόνωσης, ενώ χαμηλότερο ρεύμα φορτίου οδηγεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία απομόνωσης.

Όταν ένας μετατροπέας είναι υπερφορτισμένος ή λειτουργεί σε φορτίο ορθής κατά την άνοιξη, η εσωτερική απομόνωση λειτουργεί σε υψηλές θερμοκρασίες, επιταχύνοντας την απώλεια ζωής. Όταν ο μετατροπέας λειτουργεί με ελαφρύ φορτίο ή σε φορτίο ορθής κατά την χειμώνα, η εσωτερική απομόνωση λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, επιβραδύνοντας την απώλεια ζωής. Συνεπώς, για να εκμεταλλευτείτε πλήρως την δυνατότητα φορτίου του μετατροπέα κατά τη διάρκεια του έτους χωρίς να επηρεάζετε τη φυσιολογική διάρκεια ζωής, μπορείτε να προσαρμόσετε κατάλληλα το μηνιαίο φορτίο.

Υψηλή τάση επιταχύνει τη γήρανση του μετατροπέα

Για παράδειγμα, οι κανονισμοί προβλέπουν ότι η λειτουργική τάση ενός μετατροπέα δεν πρέπει να υπερβαίνει το 5% της ορθής τάσης. Υψηλή τάση αυξάνει το ρεύμα μαγνητοποίησης στον πυρήνα του μετατροπέα, μπορεί να προκαλέσει κύρια υπερβάλλουσα, να παράγει αρμονικό ρεύμα, να αυξήσει τις απώλειες του πυρήνα και να προκαλέσει υπερθέρμανση. Υψηλή τάση επίσης επιταχύνει τη γήρανση του μετατροπέα, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του· συνεπώς, η λειτουργική τάση του μετατροπέα δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή.

Όταν το απομονωτικό υλικό γηράσει σε συγκεκριμένο βαθμό, υπό την επίδραση των ταλαντώσεων και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων, το απομονωτικό υλικό μπορεί να σπάσει, αυξάνοντας την πιθανότητα ηλεκτρικών συντριβών και μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του μετατροπέα.

Προσαρμογή του φορτίου του μετατροπέα για την επίτευξη ιδανικής διάρκειας ζωής

Η εσωτερική θερμοκρασία απομόνωσης ενός μετατροπέα, υπό σχετικά σταθερή τάση, εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος του ρεύματος φορτίου: υψηλότερο ρεύμα φορτίου οδηγεί σε υψηλότερη θερμοκρασία απομόνωσης, ενώ χαμηλότερο ρεύμα φορτίου οδηγεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία απομόνωσης.

Όταν ένας μετατροπέας είναι υπερφορτισμένος ή λειτουργεί σε φορτίο ορθής κατά την άνοιξη, η εσωτερική απομόνωση λειτουργεί σε υψηλές θερμοκρασίες, επιταχύνοντας την απώλεια ζωής. Όταν ο μετατροπέας λειτουργεί με ελαφρύ φορτίο ή σε φορτίο ορθής κατά την χειμώνα, η εσωτερική απομόνωση λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, επιβραδύνοντας την απώλεια ζωής. Συνεπώς, για να εκμεταλλευτείτε πλήρως την δυνατότητα φορτίου του μετατροπέα κατά τη διάρκεια του έτους χωρίς να επηρεάζετε τη φυσιολογική διάρκεια ζωής, μπορείτε να προσαρμόσετε κατάλληλα το μηνιαίο φορτίο.

Η κατάλληλη συντήρηση βοηθά να επιτευχθεί η μέγιστη διάρκεια ζωής του μετατροπέα
Είναι γνωστό ότι όταν ένας μετατροπέας αποτυχεί, όχι μόνο οι δαπάνες επισκευής και αποπομπής είναι σημαντικές, αλλά η επανεπισκευή ενός στρώματος ή η ανακατασκευή ενός μεγάλου μετατροπέα μπορεί να χρειαστεί 6 έως 12 μήνες. Συνεπώς, ένα κατάλληλο πρόγραμμα συντήρησης θα βοηθήσει τον μετατροπέα να επιτευχθεί η μέγιστη διάρκεια ζωής.

Τρία βασικά σημεία ενός καλού προγράμματος συντήρησης

Εγκατάσταση και λειτουργία

A. Να εξασφαλιστεί ότι η φορτία παραμένει εντός των ορίων σχεδιασμού του μετατροπέα. Για τους μετατροπείς ψυγμένους με λάδι, παρακολουθήστε προσεκτικά τη θερμοκρασία του επιφανειακού λαδιού.
B. Η θέση εγκατάστασης του μετατροπέα πρέπει να είναι κατάλληλη για τα πρότυπα σχεδιασμού και κατασκευής. Εάν εγκατασταθεί εξωτερικά, να εξασφαλιστεί ότι ο μετατροπέας είναι κατάλληλος για εξωτερική λειτουργία.
C. Προστασία του μετατροπέα από χτύπημα κεραυνών και εξωτερικές βλάβες.

Δοκιμές λαδιού

Η διηλεκτρική αντοχή του λαδιού του μετατροπέα μειώνεται σημαντικά ως το περιεχόμενο νερού αυξάνεται. Ακόμη και 0,01% περιεχόμενο νερού μπορεί να μειώσει τη διηλεκτρική αντοχή του κατά το ήμισυ. Με εξαίρεση τους μικρούς μετατροπείς κατανομής, δείγματα λαδιού από όλους τους μετατροπείς πρέπει να υποβάλλονται σε δοκιμές κατάρρευσης με συνεχή περίοδο, ώστε να ανιχνευθεί σωστά το νερό και να αφαιρείται μέσω φιλτρώσεως.

Πρέπει να γίνει ανάλυση των αερίων λαθών στο λάδι. Χρησιμοποιώντας ένα συστήμα συνεχούς παρακολούθησης για οκτώ αέρια λαθών στο λάδι του μετατροπέα, να μετρείται συνεχώς η συγκέντρωση των αερίων που είναι διαλυμένα στο λάδι καθώς αναπτύσσονται τα λάθη. Μέσω της ανάλυσης των τύπων και των συγκεντρώσεων αυτών των αερίων, μπορεί να καθοριστεί ο τύπος του λάθους. Οι δοκιμές των φυσικών ιδιοτήτων του λαδιού πρέπει να γίνονται ετησίως για την επαλήθευση της απομονωτικής απόδοσής του, συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών διηλεκτρικής αντοχής, οξειδωτικότητας, επιφανειακής έντασης κλπ.