La durée de vie d'un transformateur divisée par deux avec chaque augmentation de 8°C? Comprendre les mécanismes de vieillissement thermique
La durée pendant laquelle un transformateur peut fonctionner normalement sous une tension et une charge nominale est appelée durée de vie du transformateur. Les matériaux utilisés dans la fabrication des transformateurs se divisent en deux catégories principales : les matériaux métalliques et les matériaux isolants. Les matériaux métalliques peuvent généralement résister à des températures relativement élevées sans subir de dommages, mais les matériaux isolants vieillissent et se dégradent rapidement lorsque la température dépasse une certaine valeur. Par conséquent, la température est l'un des principaux facteurs affectant la durée de vie d'un transformateur. Dans un certain sens, la durée de vie d'un transformateur peut être dite être celle de ses matériaux isolants.
Baisser la température prolonge la durée de vie du transformateur
La durée pendant laquelle un transformateur peut fonctionner normalement sous une tension et une charge nominale est appelée durée de vie du transformateur. Les matériaux utilisés dans la fabrication des transformateurs se divisent en deux catégories principales : les matériaux métalliques et les matériaux isolants. Les matériaux métalliques peuvent généralement résister à des températures relativement élevées sans subir de dommages, mais les matériaux isolants vieillissent et se dégradent rapidement lorsque la température dépasse une certaine valeur. Par conséquent, la température est l'un des principaux facteurs affectant la durée de vie d'un transformateur. Dans un certain sens, la durée de vie d'un transformateur peut être dite être celle de ses matériaux isolants.
La perte progressive des propriétés mécaniques et isolantes originales des matériaux isolants lorsqu'ils sont exposés de manière prolongée aux champs électriques et aux hautes températures est appelée vieillissement. Le taux de vieillissement dépend principalement des facteurs suivants :
Température de l'isolation.
Teneur en humidité du matériau isolant.
Pour les transformateurs à isolation huileuse, il faut également prendre en compte la quantité d'oxygène dissoute dans l'huile.
Ces trois facteurs déterminent la durée de vie d'un transformateur. La pratique et la recherche montrent que si l'enroulement peut maintenir continuellement une température de 95°C, le transformateur peut être garanti pour une durée de vie de 20 ans. Sur la base de la relation entre la température et la durée de vie, la "règle des 8°C" peut être dérivée : en prenant la durée de vie à cette température comme référence, pour chaque augmentation de 8°C de la température de l'enroulement, la durée de vie du transformateur est réduite de moitié.
La plupart des transformateurs de puissance en Chine utilisent une isolation huile-papier, c'est-à-dire une isolation de classe A. Pour les transformateurs isolés de classe A, en fonctionnement normal, lorsque la température ambiante de l'air est de 40°C, la température maximale de fonctionnement des enroulements est de 105°C.
Selon les données pertinentes et la pratique :
Lorsque la température de fonctionnement de l'isolation du transformateur est de 95°C, sa durée de vie est de 20 ans.
Lorsque la température de fonctionnement de l'isolation du transformateur est de 105°C, sa durée de vie est de 7 ans.
Lorsque la température de fonctionnement de l'isolation du transformateur est de 120°C, sa durée de vie est de 2 ans.
La température interne de l'isolation d'un transformateur, sous une tension essentiellement constante, dépend principalement de l'intensité du courant de charge : un courant de charge plus élevé entraîne une température d'isolation plus élevée, tandis qu'un courant de charge plus faible entraîne une température d'isolation plus basse.
Lorsqu'un transformateur est surchargé ou fonctionne à charge nominale pendant l'été, son isolation interne fonctionne à haute température, accélérant la perte de durée de vie. Lorsque le transformateur fonctionne à charge légère ou à charge nominale pendant l'hiver, son isolation interne fonctionne à des températures plus basses, ralentissant la perte de durée de vie. Par conséquent, pour utiliser pleinement la capacité de charge du transformateur tout au long de l'année sans affecter sa durée de vie normale, la charge mensuelle peut être ajustée de manière appropriée.
Une tension élevée accélère le vieillissement du transformateur
Par exemple, les réglementations stipulent que la tension de fonctionnement d'un transformateur ne doit pas dépasser 5% de sa tension nominale. Une tension trop élevée augmente le courant de magnétisation dans le noyau du transformateur, peut provoquer la saturation du noyau, générer un flux harmonique, augmenter davantage les pertes du noyau et entraîner une surchauffe du noyau. Une tension trop élevée accélère également le vieillissement du transformateur, réduisant sa durée de vie ; par conséquent, la tension de fonctionnement d'un transformateur ne doit pas être trop élevée.
Lorsque le matériau isolant vieillit jusqu'à un certain point, sous l'influence des vibrations opérationnelles et des forces électromagnétiques, l'isolation peut se fissurer, rendant plus probable les pannes de rupture électrique et réduisant la durée de vie du transformateur.
Ajuster la charge du transformateur pour atteindre une durée de vie idéale
La température interne de l'isolation d'un transformateur, sous une tension essentiellement constante, dépend principalement de l'intensité du courant de charge : un courant de charge plus élevé entraîne une température d'isolation plus élevée, tandis qu'un courant de charge plus faible entraîne une température d'isolation plus basse.
Lorsqu'un transformateur est surchargé ou fonctionne à charge nominale pendant l'été, son isolation interne fonctionne à haute température, accélérant la perte de durée de vie. Lorsque le transformateur fonctionne à charge légère ou à charge nominale pendant l'hiver, son isolation interne fonctionne à des températures plus basses, ralentissant la perte de durée de vie. Par conséquent, pour utiliser pleinement la capacité de charge du transformateur tout au long de l'année sans affecter sa durée de vie normale, la charge mensuelle peut être ajustée de manière appropriée.
Une maintenance adéquate aide à maximiser la durée de vie du transformateur
Il est bien connu qu'une fois qu'un transformateur tombe en panne, non seulement les coûts de réparation et les frais d'arrêt sont importants, mais le rembobinage d'un enroulement ou la reconstruction d'un grand transformateur de puissance peut prendre de 6 à 12 mois. Par conséquent, un programme de maintenance adéquat aidera le transformateur à atteindre sa durée de vie maximale.
Trois points clés d'un bon programme de maintenance
Installation et fonctionnement
A. Assurez-vous que la charge reste dans les limites de conception du transformateur. Pour les transformateurs refroidis par huile, surveillez attentivement la température de l'huile supérieure.
B. L'emplacement d'installation du transformateur doit être adapté à sa conception et à ses normes de construction. Si installé en extérieur, assurez-vous que le transformateur est adapté à l'opération en extérieur.
C. Protégez le transformateur contre les coups de foudre et les dommages externes.
Tests d'huile
La résistance diélectrique de l'huile de transformateur diminue fortement avec l'augmentation de la teneur en eau. Même une teneur en eau de 0,01% peut réduire sa résistance diélectrique de près de moitié. Sauf pour les petits transformateurs de distribution, des échantillons d'huile de tous les transformateurs doivent être soumis régulièrement à des tests de rupture pour détecter correctement l'humidité et l'éliminer par filtration.
Une analyse des gaz de défaut dans l'huile doit être effectuée. En utilisant un dispositif de surveillance en ligne pour huit gaz de défaut dans l'huile de transformateur, mesurez en continu la concentration des gaz dissous dans l'huile au fur et à mesure que les défauts se développent. En analysant les types et les concentrations de ces gaz, on peut déterminer le type de défaut. Des tests des propriétés physiques de l'huile doivent être effectués annuellement pour vérifier ses performances d'isolation, y compris des tests de résistance diélectrique, d'acidité, de tension interfaciale, etc.
