Transformerlivet halveret med hver 8°C stigning? Forståelse af mekanismer for termisk aldring

Længden af tid, en transformer kan fungere normalt under spændings- og belastningsnormen, kaldes for transformatorens levetid. Materialer anvendt i transformatorproduktion falder ind i to hovedkategorier: metaliske materialer og isolerende materialer. Metaliske materialer kan generelt udmærket klare relativt høje temperaturer uden skade, men isolerende materialer vil hurtigt aldre og degradere, når temperaturen overstiger en bestemt værdi. Derfor er temperatur et af de vigtigste faktorer, der påvirker en transformators levetid. I en vis forstand kan man sige, at en transformators levetid er dens isolerende materialers levetid.

Nedsættelse af temperatur forlænger transformatorlevedagen

Længden af tid, en transformer kan fungere normalt under spændings- og belastningsnormen, kaldes for transformatorens levetid. Materialer anvendt i transformatorproduktion falder ind i to hovedkategorier: metaliske materialer og isolerende materialer. Metaliske materialer kan generelt udmærket klare relativt høje temperaturer uden skade, men isolerende materialer vil hurtigt aldre og degradere, når temperaturen overstiger en bestemt værdi. Derfor er temperatur et af de vigtigste faktorer, der påvirker en transformators levetid. I en vis forstand kan man sige, at en transformators levetid er dens isolerende materialers levetid.

Den gradvise tab af de originale mekaniske og isolerende egenskaber hos isolerende materialer under langvarig eksponering for elektriske felter og høje temperaturer kaldes aldring. Aldringens hastighed afhænger hovedsageligt af følgende faktorer:

• Isoleringens temperatur.

• Fugtindholdet i det isolerende materiale.

• For oliebaserede transformatorer skal også mængden af opløst ilt i olien tages i betragtning.

Disse tre faktorer bestemmer en transformators levetid. Praksis og forskning viser, at hvis vindingen kan vedblive ved en temperatur på 95°C, kan en transformator garanteres en levetid på 20 år. Baseret på forholdet mellem temperatur og levetid kan "8°C-reglen" drages: med levetiden ved denne temperatur som grundlag, halveres transformatorens levetid for hvert 8°C-stigning i vindingstemperaturen.

De fleste krafttransformatorer i Kina bruger olie-papir-isolation, dvs. klasse A-isolation. For klasse A-isolerede transformatorer, under normale driftsforhold, når den omgivende lufttemperatur er 40°C, er vindingernes maksimale driftstemperatur 105°C.

Ifølge relevante data og praksis:

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

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

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

Transformatorens interne isolationstemperatur, under stort set konstant spænding, afhænger hovedsageligt af størrelsen på belastningsstrømmen: højere belastningsstrøm fører til højere isolationstemperatur, mens lavere belastningsstrøm resulterer i lavere isolationstemperatur.

Når en transformator er overbelasted eller fungerer ved normalt belastning i sommer, kører dens interne isolation ved høje temperaturer, hvilket øger livtabet. Når transformatoren fungerer ved let belastning eller ved normalt belastning i vinter, kører dens interne isolation ved lavere temperaturer, hvilket mindsker livtabet. Derfor kan månedlig belastning passende justeres for at fuldt ud udnytte transformatorens belastningskapacitet gennem hele året uden at påvirke dens normale levetid.

Høj spænding accelererer transformatoraldring

For eksempel fastsætter regler, at en transformators driftsspænding ikke må overstige 5% af dens nominelle spænding. For høj spænding øger magnetiseringsstrømmen i transformatorens kerne, kan forårsage kernesætning, generere harmoniske flux, yderligere øge kerneforlad, og føre til kerneoverophedning. For høj spænding accelererer også transformatoraldring, hvilket forkorter dens levetid; derfor må en transformators driftsspænding ikke være for høj.

Når isolerende materiale aldrer til en vis grad, kan isoleringen under indflydelse af driftsvibrationer og elektromagnetiske kræfter sprække, hvilket gør elektriske nedbrud fejl mere sandsynlige og reducerer transformatorens levetid.

Justering af transformatorbelastning for at opnå ideal levetid

Transformatorens interne isolationstemperatur, under stort set konstant spænding, afhænger hovedsageligt af størrelsen på belastningsstrømmen: højere belastningsstrøm fører til højere isolationstemperatur, mens lavere belastningsstrøm resulterer i lavere isolationstemperatur.

Når en transformator er overbelasted eller fungerer ved normalt belastning i sommer, kører dens interne isolation ved høje temperaturer, hvilket øger livtabet. Når transformatoren fungerer ved let belastning eller ved normalt belastning i vinter, kører dens interne isolation ved lavere temperaturer, hvilket mindsker livtabet. Derfor kan månedlig belastning passende justeres for at fuldt ud udnytte transformatorens belastningskapacitet gennem hele året uden at påvirke dens normale levetid.

Rigtig vedligeholdelse hjælper med at maksimere transformatorens levetid
Det er kendt, at når en transformator går i stykker, er ikke kun reparationerne og nedtidsmomenterne betydelige, men at omvikling af en spole eller genopbygning af en stor strømtransformator kan tage 6 til 12 måneder. Derfor vil et korrekt vedligeholdelsesprogram hjælpe transformatoren med at opnå maksimal levetid.

Tre nøglepunkter i et godt vedligeholdelsesprogram

Installation og drift

A. Sørg for, at belastningen forbliver inden for transformatorens designgrænser. For oljekølede transformatorer, overvåg nøje top-oljetemperaturen.
B. Transformatorens installationssted bør være velegnet til dens design og konstruktionsstandarder. Hvis den installeres udenfor, sørg for, at transformatoren er egnet til udendørs drift.
C. Beskyt transformatoren mod lynslag og ekstern skade.

Oljetest

Transformatorols dielektriske styrke falder skarpt, når fugtindholdet stiger. Så lidt som 0,01% vandindhold kan reducere dens dielektriske styrke næsten halvt. Undtagen små distributions-transformatorer, bør olieprøver fra alle transformatorer regelmæssigt udsættes for nedbrudstests for at korrekt registrere fugt og fjerne den ved filtrering.

Fejlgasanalyse i oljen bør udføres. Ved hjælp af et online overvågningsenhed for otte fejl gasser i transformatorolje, skal koncentrationen af gas, der er løst i oljen, kontinuerligt måles, som fejl udvikler sig. Ved at analysere typer og koncentrationer af disse gasser, kan fejltypen fastlægges. Fysiske egenskaber af oljen bør testes årligt for at verificere dens isolerende egenskaber, herunder tester for dielektrisk nedbrudsstyrke, surhed, grænsefladtespanning osv.