ترانسفورمر زندگی با هر افزایش ۸ درجه سانتیگراد نصف می شود؟ درک مکانیزم های پیری حرارتی

زمانی که ترانسفورماتور می‌تواند تحت ولتاژ و بار اسمی به طور عادی عمل کند، عمر مفید ترانسفورماتور نامیده می‌شود. مواد استفاده شده در ساخت ترانسفورماتور به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: مواد فلزی و مواد عایق. مواد فلزی عموماً می‌توانند در دماهای نسبتاً بالا بدون آسیب باقی بمانند، اما مواد عایق زمانی که دما از مقدار خاصی تجاوز می‌کند به سرعت پیر می‌شوند و تخریب می‌یابند. بنابراین، دما یکی از عوامل اصلی تأثیرگذار بر عمر مفید ترانسفورماتور است. در معنایی خاص، می‌توان گفت که عمر ترانسفورماتور همان عمر مواد عایق آن است.

کاهش دما عمر مفید ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد

زمانی که ترانسفورماتور می‌تواند تحت ولتاژ و بار اسمی به طور عادی عمل کند، عمر مفید ترانسفورماتور نامیده می‌شود. مواد استفاده شده در ساخت ترانسفورماتور به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: مواد فلزی و مواد عایق. مواد فلزی عموماً می‌توانند در دماهای نسبتاً بالا بدون آسیب باقی بمانند، اما مواد عایق زمانی که دما از مقدار خاصی تجاوز می‌کند به سرعت پیر می‌شوند و تخریب می‌یابند. بنابراین، دما یکی از عوامل اصلی تأثیرگذار بر عمر مفید ترانسفورماتور است. در معنایی خاص، می‌توان گفت که عمر ترانسفورماتور همان عمر مواد عایق آن است.

کاهش تدریجی ویژگی‌های مکانیکی و عایقی مواد عایق تحت تأثیر میدان‌های الکتریکی و دماهای بالا برای مدت طولانی پیری نامیده می‌شود. نرخ پیری عمدتاً به عوامل زیر بستگی دارد:

• دماي عایق.

• محتوای رطوبتی مواد عایق.

• برای ترانسفورماتورهای روغنی، مقدار اکسیژن حل شده در روغن نیز باید در نظر گرفته شود.

این سه عامل عمر مفید ترانسفورماتور را تعیین می‌کنند. تجربیات و پژوهش‌ها نشان می‌دهند که اگر پیچش می‌تواند به طور مداوم دماي 95 درجه سانتیگراد را حفظ کند، عمر مفید ترانسفورماتور 20 سال تضمین می‌شود. براساس رابطه بین دما و عمر، قانون "8 درجه سانتیگراد" قابل استخراج است: با در نظر گرفتن عمر در این دما به عنوان پایه، برای هر 8 درجه سانتیگراد افزایش در دمای پیچش، عمر مفید ترانسفورماتور نصف می‌شود.

بیشتر ترانسفورماتورهای قدرت در چین از عایق روغن-کاغذ (یعنی عایق کلاس A) استفاده می‌کنند. برای ترانسفورماتورهای با عایق کلاس A، در عمل عادی، وقتی دمای هوا محیطی 40 درجه سانتیگراد است، دمای حداکثر عملیاتی پیچش 105 درجه سانتیگراد است.

براساس داده‌ها و تجربیات مرتبط:

• وقتی دمای عملیاتی عایق ترانسفورماتور 95 درجه سانتیگراد است، عمر مفید آن 20 سال است.

• وقتی دمای عملیاتی عایق ترانسفورماتور 105 درجه سانتیگراد است، عمر مفید آن 7 سال است.

• وقتی دمای عملیاتی عایق ترانسفورماتور 120 درجه سانتیگراد است، عمر مفید آن 2 سال است.

دمای داخلی عایق ترانسفورماتور، تحت ولتاژ تقریباً ثابت، عمدتاً به مقدار جریان بار بستگی دارد: جریان بار بالاتر منجر به دمای عایق بالاتر می‌شود، در حالی که جریان بار پایین‌تر منجر به دمای عایق پایین‌تر می‌شود.

وقتی ترانسفورماتور بار زیادی دارد یا در تابستان با بار اسمی عمل می‌کند، عایق داخلی آن در دماهای بالا کار می‌کند و عمر مفید آن را می‌سرعت می‌دهد. وقتی ترانسفورماتور با بار کم یا با بار اسمی در زمستان عمل می‌کند، عایق داخلی آن در دماهای پایین‌تر کار می‌کند و کاهش عمر مفید آن کند می‌شود. بنابراین، برای بهره‌برداری کامل از ظرفیت بار ترانسفورماتور در طول سال بدون تأثیر بر عمر مفید عادی آن، می‌توان بار ماهانه را به طور مناسب تنظیم کرد.

ولتاژ بالا پیری ترانسفورماتور را تسریع می‌کند

به عنوان مثال، مقررات می‌گویند که ولتاژ عملیاتی ترانسفورماتور نباید بیش از 5٪ ولتاژ اسمی آن باشد. ولتاژ بسیار بالا جریان مغناطیسی در هسته ترانسفورماتور را افزایش می‌دهد، ممکن است هسته را اشباع کند، موج‌های هارمونیک ایجاد کند، ضایعات هسته را افزایش دهد و منجر به گرم شدن هسته شود. ولتاژ بسیار بالا همچنین پیری ترانسفورماتور را تسریع می‌کند و عمر مفید آن را کاهش می‌دهد؛ بنابراین، ولتاژ عملیاتی ترانسفورماتور نباید خیلی بالا باشد.

وقتی مواد عایق به حدی پیر می‌شوند، تحت تأثیر لرزش عملیاتی و نیروهای الکترومغناطیسی، ممکن است عایق ترک خورد و احتمال وقوع خطاهای شکست الکتریکی بیشتر شود و عمر مفید ترانسفورماتور کاهش یابد.

تنظیم بار ترانسفورماتور برای دستیابی به عمر مفید ایده‌آل

دمای داخلی عایق ترانسفورماتور، تحت ولتاژ تقریباً ثابت، عمدتاً به مقدار جریان بار بستگی دارد: جریان بار بالاتر منجر به دمای عایق بالاتر می‌شود، در حالی که جریان بار پایین‌تر منجر به دمای عایق پایین‌تر می‌شود.

وقتی ترانسفورماتور بار زیادی دارد یا در تابستان با بار اسمی عمل می‌کند، عایق داخلی آن در دماهای بالا کار می‌کند و عمر مفید آن را می‌سرعت می‌دهد. وقتی ترانسفورماتور با بار کم یا با بار اسمی در زمستان عمل می‌کند، عایق داخلی آن در دماهای پایین‌تر کار می‌کند و کاهش عمر مفید آن کند می‌شود. بنابراین، برای بهره‌برداری کامل از ظرفیت بار ترانسفورماتور در طول سال بدون تأثیر بر عمر مفید عادی آن، می‌توان بار ماهانه را به طور مناسب تنظیم کرد.

نگهداری صحیح به حداکثر رسیدن عمر مفید ترانسفورماتور کمک می‌کند
众所周，变压器一旦发生故障，不仅维修成本和停机费用高昂，而且重绕线圈或重建大型电力变压器可能需要6到12个月的时间。因此，一个适当的维护计划将有助于变压器实现最大使用寿命。

一个好的维护计划的三个关键点

安装与运行

A. 确保负载在变压器的设计范围内。对于油冷变压器，仔细监测顶层油温。
B. 变压器的安装位置应适合其设计和结构标准。如果安装在室外，确保变压器适合室外运行。
C. 保护变压器免受雷击和外部损坏。

油测试

随着含水量的增加，变压器油的介电强度急剧下降。仅0.01%的水分含量就可以将其介电强度降低近一半。除了小型配电变压器外，所有变压器都应定期进行击穿试验，以正确检测水分并通过过滤去除。

应对油中的故障气体进行分析。使用变压器油中八种故障气体的在线监测装置，连续测量随故障发展而溶解在油中的气体浓度。通过分析这些气体的类型和浓度，可以确定故障类型。每年应对油的物理性能进行测试，以验证其绝缘性能，包括介电击穿强度、酸度、界面张力等测试。