Transformerlivet halvert med hver 8°C økning? Forståelse av termiske aldringsmekanismer

Lengden av tid en transformator kan operere normalt under spesifisert spenning og last kalles transformatorens levetid. Materialer som brukes i transformatorproduksjon, deles inn i to hovedkategorier: metalliske materialer og isolerende materialer. Metalliske materialer kan generelt tåle relativt høye temperaturer uten skade, men isolerende materialer vil raskt aldre og forverre seg når temperaturen overstiger en viss verdi. Derfor er temperatur en av de viktigste faktorene som påvirker transformatorens levetid. I en vis forstand kan transformatorens levetid sies å være levetiden til dens isolerende materialer.

Nedgang i temperatur utvider transformatorens levetid

Lengden av tid en transformator kan operere normalt under spesifisert spenning og last kalles transformatorens levetid. Materialer som brukes i transformatorproduksjon, deles inn i to hovedkategorier: metalliske materialer og isolerende materialer. Metalliske materialer kan generelt tåle relativt høye temperaturer uten skade, men isolerende materialer vil raskt aldre og forverre seg når temperaturen overstiger en viss verdi. Derfor er temperatur en av de viktigste faktorene som påvirker transformatorens levetid. I en vis forstand kan transformatorens levetid sies å være levetiden til dens isolerende materialer.

Den gradvise tap av isolerende materialers opprinnelige mekaniske og isolerende egenskaper under langvarig eksponering for elektriske felt og høye temperaturer kalles aldring. Aldringstempoet avhenger hovedsakelig av følgende faktorer:

• Temperatur på isolasjonen.

• Fuktinnhold i isoleringsmaterialet.

• For olje-dempede transformatorer må også mengden oksygen løst i oljen tas i betraktning.

Disse tre faktorene bestemmer transformatorens levetid. Praksis og forskning viser at hvis vindingen kan vedlikeholde en temperatur på 95°C kontinuerlig, kan transformatorens levetid garanteres til 20 år. Basert på forholdet mellom temperatur og levetid, kan "8°C-regelen" utledes: med levetiden ved denne temperaturen som grunnlag, halveres transformatorens levetid for hver 8°C økning i vindingtemperatur.

De fleste krafttransformatorer i Kina bruker olje-papirisolering, det vil si klasse A-isolering. For klasse A-isolerte transformatorer, under vanlig drift, når lufttemperaturen er 40°C, er den maksimale driftstemperaturen for vindinger 105°C.

Ifølge relevante data og praksis:

• Når transformatorens isolasjonstemperatur er 95°C, er dens levetid 20 år.

• Når transformatorens isolasjonstemperatur er 105°C, er dens levetid 7 år.

• Når transformatorens isolasjonstemperatur er 120°C, er dens levetid 2 år.

Transformatorens indre isolasjonstemperatur, under vesentlig konstant spenning, avhenger hovedsakelig av størrelsen på laststrømmen: høyere laststrøm fører til høyere isolasjonstemperatur, mens lavere laststrøm fører til lavere isolasjonstemperatur.

Når en transformator er overlastet eller opererer ved spesifisert last i sommer, kjører dens indre isolasjon ved høye temperaturer, noe som akselererer levetidsforbruk. Når transformatoren opererer med lett last eller ved spesifisert last i vinter, kjører dens indre isolasjon ved lavere temperaturer, noe som reduserer levetidsforbruk. Derfor, for å utnytte transformatorens lastkapasitet fullt ut gjennom hele året uten å påvirke dens normale levetid, kan månedlige lasten justeres.

Høy spenning akselererer transformatoraldring

For eksempel stiler reglene at transformatorens driftsspenning ikke må overstige 5% av dens spesifiserte spenning. For høy spenning øker magnetiseringsstrømmen i transformatorens kjernestab, kan føre til kjernestabsmetning, generere harmoniske fluks, øke kjernetap ytterligere, og føre til kjernestabsoveroppvarming. For høy spenning akselererer også transformatoraldring, korter dens levetid; derfor må transformatorens driftsspenning ikke være for høy.

Når isoleringsmateriale aldrer til en viss grad, kan isolasjonen spruke under påvirkning av driftsvibrasjoner og elektromagnetiske krefter, noe som øker risikoen for elektriske brytningsfeil og reduserer transformatorens levetid.

Justering av transformatorlast for å oppnå ideal levetid

Transformatorens indre isolasjonstemperatur, under vesentlig konstant spenning, avhenger hovedsakelig av størrelsen på laststrømmen: høyere laststrøm fører til høyere isolasjonstemperatur, mens lavere laststrøm fører til lavere isolasjonstemperatur.

Når en transformator er overlastet eller opererer ved spesifisert last i sommer, kjører dens indre isolasjon ved høye temperaturer, noe som akselererer levetidsforbruk. Når transformatoren opererer med lett last eller ved spesifisert last i vinter, kjører dens indre isolasjon ved lavere temperaturer, noe som reduserer levetidsforbruk. Derfor, for å utnytte transformatorens lastkapasitet fullt ut gjennom hele året uten å påvirke dens normale levetid, kan månedlige lasten justeres.

Riktig vedlikehold hjelper med å maksimere transformatorens levetid
Det er velkjent at når en transformator mislykkes, ikke bare er reparasjonskostnadene og nedtidskostnadene betydelige, men omvikling av en spole eller gjenoppretting av en stor krafttransformator kan ta 6 til 12 måneder. Derfor vil et riktig vedlikeholdsprogram hjelpe transformatoren med å oppnå maksimal levetid.

Tre nøkkelpunkter i et godt vedlikeholdsprogram

Installasjon og drift

A. Sørg for at lasten holdes innenfor transformatorens designegrens. For olje-dempede transformatorer, overvåk topoljetemperaturen nøye.
B. Transformatorens installasjonssted bør være egnet for dens design og konstruksjonsstandarder. Hvis installert utendørs, sørg for at transformatoren er egnet for utendørsdrift.
C. Beskytt transformatoren mot lynnedslag og eksterne skader.

Oljetesting

Dielektrisk styrke hos transformatorolje synker sterkt med økende fuktinnhold. Bare 0,01% fuktinnhold kan redusere dielektrisk styrke nesten med halvparten. Unntatt små distribusjonstransformatorer, bør oljesekvenser fra alle transformatorer regelmessig undergå brytningstester for å riktig deteksjonere fukt og fjerne den gjennom filtrering.

Feilgasanalyse i olje bør utføres. Ved å bruke en online overvåkingsenhet for åtte feilgasser i transformatorolje, måles koncentrasjonen av gaser løst i oljen kontinuerlig som feil utvikler seg. Ved å analysere typen og koncentrasjonen av disse gasene, kan type feil fastsettes. Fysisk egenskapsprøving av oljen bør utføres årlig for å verifisere dens isolerende egenskaper, inkludert prøver for dielektrisk brytningsstyrke, surhet, grensespanning osv.