La vida útil del transformador es reduïda a la meitat amb cada augment de 8°C? Entenent els mecanismes d'envejecimiento tèrmic

El temps que un transformador pot funcionar normalment sota la tensió i la càrrega nominal es coneix com a vida útil del transformador. Els materials utilitzats en la fabricació de transformadors es divideixen en dues categories principals: materials metàl·lics i materials aïllants. Els materials metàl·lics generalment poden suportar temperatures relativament altes sense deteriorar-se, però els materials aïllants envegien i es degraden ràpidament quan la temperatura supera un cert valor. Per tant, la temperatura és un dels factors principals que afecten la vida útil d'un transformador. En un cert sentit, es pot dir que la vida d'un transformador és la vida dels seus materials aïllants.

Reduir la temperatura augmenta la vida útil del transformador

El temps que un transformador pot funcionar normalment sota la tensió i la càrrega nominal es coneix com a vida útil del transformador. Els materials utilitzats en la fabricació de transformadors es divideixen en dues categories principals: materials metàl·lics i materials aïllants. Els materials metàl·lics generalment poden suportar temperatures relativament altes sense deteriorar-se, però els materials aïllants envegien i es degraden ràpidament quan la temperatura supera un cert valor. Per tant, la temperatura és un dels factors principals que afecten la vida útil d'un transformador. En un cert sentit, es pot dir que la vida d'un transformador és la vida dels seus materials aïllants.

La pèrdua gradual de les propietats mecàniques i aïllants originals dels materials aïllants sota una exposició prolongada a camps elèctrics i temperatures altes es coneix com a envejeciment. La velocitat d'envejeciment depèn principalment dels següents factors:

• Temperatura de l'aïllament.

• Contingut d'humitat del material aïllant.

• Per als transformadors immersos en oli, també s'ha de considerar la quantitat d'oxigen dissolt en l'oli.

Aquests tres factors determinen la vida útil d'un transformador. La pràctica i la recerca mostren que si les bobines poden mantenir una temperatura contínua de 95°C, es pot garantir una vida útil de 20 anys per al transformador. Basant-nos en la relació entre la temperatura i la vida, es pot derivar la "regla dels 8°C": prenent la vida a aquesta temperatura com a base, per cada increment de 8°C en la temperatura de les bobines, la vida útil del transformador es redueix a la meitat.

La majoria dels transformadors de potència a Xina utilitzen aïllament d'oli-paper, és a dir, aïllament de classe A. Per als transformadors aïllats de classe A, en condicions normals d'operació, quan la temperatura ambiental és de 40°C, la temperatura màxima d'operació de les bobines és de 105°C.

Segons les dades rellevants i la pràctica:

• Quan la temperatura d'operació de l'aïllament del transformador és de 95°C, la seva vida útil és de 20 anys.

• Quan la temperatura d'operació de l'aïllament del transformador és de 105°C, la seva vida útil és de 7 anys.

• Quan la temperatura d'operació de l'aïllament del transformador és de 120°C, la seva vida útil és de 2 anys.

La temperatura interna de l'aïllament d'un transformador, essencialment constant en tensió, depèn principalment de la magnitud de la corrent de càrrega: una corrent de càrrega més elevada provoca una temperatura d'aïllament més alta, mentre que una corrent de càrrega més baixa resulta en una temperatura d'aïllament més baixa.

Quan un transformador està sobrecarregat o funciona a càrrega nominal durant l'estiu, el seu aïllament intern treballa a temperatures altes, accelerant la pèrdua de vida. Quan el transformador opera amb càrrega lleugera o a càrrega nominal durant l'hivern, el seu aïllament intern treballa a temperatures més baixes, reduint la pèrdua de vida. Per tant, per aprofitar al màxim la capacitat de càrrega del transformador tot l'any sense afectar la seva vida útil normal, es pot ajustar adequadament la càrrega mensual.

Una tensió elevada accelera l'envejeciment del transformador

Per exemple, les normatives estableixen que la tensió d'operació d'un transformador no ha de superar el 5% de la tensió nominal. Una tensió excessivament alta augmenta la corrent de magnetització en el nucli del transformador, pot causar saturació del nucli, generar flux harmònic, augmentar encara més les pèrdues del nucli i provocar sobrecalentament del nucli. Una tensió excessivament alta també accelera l'envejeciment del transformador, reduint-ne la vida útil; per tant, la tensió d'operació d'un transformador no ha de ser massa alta.

Quan el material aïllant envejeix fins a un cert nivell, sota l'influència de les vibracions operatives i les forces electromagnètiques, l'aïllament pot fissurar-se, fent més probables els errors de descàrrega elèctrica i reduint la vida útil del transformador.

Ajustar la càrrega del transformador per aconseguir una vida útil ideal

La temperatura interna de l'aïllament d'un transformador, essencialment constant en tensió, depèn principalment de la magnitud de la corrent de càrrega: una corrent de càrrega més elevada provoca una temperatura d'aïllament més alta, mentre que una corrent de càrrega més baixa resulta en una temperatura d'aïllament més baixa.

Quan un transformador està sobrecarregat o funciona a càrrega nominal durant l'estiu, el seu aïllament intern treballa a temperatures altes, accelerant la pèrdua de vida. Quan el transformador opera amb càrrega lleugera o a càrrega nominal durant l'hivern, el seu aïllament intern treballa a temperatures més baixes, reduint la pèrdua de vida. Per tant, per aprofitar al màxim la capacitat de càrrega del transformador tot l'any sense afectar la seva vida útil normal, es pot ajustar adequadament la càrrega mensual.

Un manteniment adequat ajuda a maximitzar la vida útil del transformador
És ben conegut que, un cop falla un transformador, no només els costos de reparació i els gastos d'atur són substancials, sinó que rebobinar una bobina o reconstruir un gran transformador de potència pot prendre de 6 a 12 mesos. Per tant, un programa de manteniment adequat ajudarà el transformador a aconseguir la màxima vida útil.

Tres punts clau d'un bon programa de manteniment

Instal·lació i operació

A. Assegureu-vos que la càrrega roman dins els límits de disseny del transformador. Per als transformadors refrigerats amb oli, vigileu atentament la temperatura de l'oli superior.
B. L'ubicació d'instal·lació del transformador hauria de ser adequada per al seu disseny i estàndards de construcció. Si s'instal·la a l'exterior, assegureu-vos que el transformador sigui adequat per a l'operació exterior.
C. Protegeixeu el transformador contra els impactes de llamps i danys externs.

Proves d'oli

La resistència dielèctrica de l'oli del transformador disminueix dràsticament a mesura que augmenta el contingut d'aigua. Tan sols un 0,01% de contingut d'aigua pot reduir la resistència dielèctrica gairebé a la meitat. Excepte per als petits transformadors de distribució, s'han de realitzar proves de ruptura regulars en mostres d'oli de tots els transformadors per detectar correctament l'aigua i eliminar-la mitjançant filtració.

S'ha de realitzar l'anàlisi de gasos de fal·lia en l'oli. Utilitzant un dispositiu de monitorització en línia per a vuit gasos de fal·lia en l'oli del transformador, mesureu continuament la concentració de gasos dissolts en l'oli a mesura que es desenvolupen les fal·lies. Analitzant els tipus i concentracions d'aquests gasos, es pot determinar el tipus de fal·lia. Es han de realitzar proves de propietats físiques de l'oli anualment per verificar el seu rendiment aïllant, incloent-hi proves de resistència dielèctrica, aciditat, tensió interfacial, etc.