Transformatorjev življenjski čas zmanjša za polovico ob vsakem 8°C povečanju? Razumevanje mehanizmov termalnega starenja

Postopno izguba prvotnih mehanskih in izolacijskih lastnosti izolacijskih materialov zaradi dolgotrajnega izpostavljenosti električnim poljem in visokim temperaturam se imenuje staranje. Hitrost staranja se glavno odvija od naslednjih dejavnikov:

• Temperatura izolacije.

• Vlažnost izolacijskega materiala.

• Za oljnihrani transformatorji mora biti upoštevan tudi količina kisika, ki je raztopljen v olju.

Ti trije dejavniki določajo življenjsko dobo transformatorja. Praksa in raziskave kažejo, da, če se zavoj lahko zvezno ohranja na temperaturi 95°C, se lahko zagotovi življenjska doba transformatorja 20 let. Na podlagi odnosu med temperaturo in življenjsko dobo se lahko izpelje "pravilo 8°C": glede na življenjsko dobo pri tej temperaturi, za vsako 8°C povečanje temperature zavoja se življenjska doba transformatorja zmanjša na pol.

Večina močnih transformatorjev v Kitajski uporabljajo oljni-papirnat izolacijo, torej razred A izolacija. Za transformatorje s razredom A izolacijo, pri normalnem delovanju, ko je zračna temperatura okolice 40°C, je najvišja delovna temperatura zavojnic 105°C.

Glede na relevantne podatke in prakso:

• Ko je delovna temperatura izolacije transformatorja 95°C, je njegova življenjska doba 20 let.

• Ko je delovna temperatura izolacije transformatorja 105°C, je njegova življenjska doba 7 let.

• Ko je delovna temperatura izolacije transformatorja 120°C, je njegova življenjska doba 2 leta.

Notranja temperatura izolacije transformatorja, pri bistveno konstantni napetosti, se glavno odvija od velikosti obremenitvenega toka: višji obremenitveni tok poveča temperaturo izolacije, medtem ko nižji obremenitveni tok zmanjša temperaturo izolacije.

Ko je transformator preobremenjen ali deluje pri nominalnem obremenitvenem toku v poletne mesece, njegova notranja izolacija deluje pri visokih temperaturah, kar pospešuje izgubo življenjske dobe. Ko pa transformator deluje pri lahkem obremenitvenem toku ali pri nominalnem obremenitvenem toku v zimskih mesecih, njegova notranja izolacija deluje pri nižjih temperaturah, kar upočasni izgubo življenjske dobe. Zato, da bi celo leto popolnoma izkoristili nosilnost obremenitvenega toka transformatorja brez vpliva na njegovo normalno življenjsko dobo, se lahko ustrezen mesecni obremenitveni tok prilagodi.

Visoka napetost pospešuje staranje transformatorja

Na primer, predpisi določajo, da operativna napetost transformatorja ne sme presegati 5% njegove nominalne napetosti. Previsoka napetost poveča magnetizacijski tok v jarku transformatorja, kar lahko povzroči nasičenost jarka, ustvari harmonični fluks, še bolj poveča izgube v jarku in povzroči pregrevanje jarka. Previsoka napetost tudi pospešuje staranje transformatorja, kar skrči njegovo življenjsko dobo; zato ne sme biti operativna napetost transformatorja previsoka.

Ko se izolacijski material starja do določene mere, lahko pod vplivom operativnih vibracij in elektromagnetnih sil izolacija trsi, kar poveča verjetnost električnih prebojev in zmanjša življenjsko dobo transformatorja.

Prilagajanje obremenitvenega toka transformatorja za dosego idealne življenjske dobe

Notranja temperatura izolacije transformatorja, pri bistveno konstantni napetosti, se glavno odvija od velikosti obremenitvenega toka: višji obremenitveni tok poveča temperaturo izolacije, medtem ko nižji obremenitveni tok zmanjša temperaturo izolacije.

Ko je transformator preobremenjen ali deluje pri nominalnem obremenitvenem toku v poletne mesece, njegova notranja izolacija deluje pri visokih temperaturah, kar pospešuje izgubo življenjske dobe. Ko pa transformator deluje pri lahkem obremenitvenem toku ali pri nominalnem obremenitvenem toku v zimskih mesecih, njegova notranja izolacija deluje pri nižjih temperaturah, kar upočasni izgubo življenjske dobe. Zato, da bi celo leto popolnoma izkoristili nosilnost obremenitvenega toka transformatorja brez vpliva na njegovo normalno življenjsko dobo, se lahko ustrezen mesecni obremenitveni tok prilagodi.

Ustrezen vzdrževalni program pomaga doseči maksimalno življenjsko dobo transformatorja
Obstaja dobro znano, da, ko transformator odpade, so stroški popravila in stroški postanka zelo visoki, ponovno navijanje zavoja ali obnova večjega močnega transformatorja lahko potrebuje 6 do 12 mesecev. Zato bo pravilni vzdrževalni program pomagal transformatorju doseči maksimalno življenjsko dobo.

Tri ključne točke dobrega vzdrževalnega programa

Namestitev in delovanje

A. Poskrbite, da ostane obremenitveni tok znotraj projektiranih mej transformatorja. Za oljnihrane transformatorje pazljivo nadzirajte temperaturo zgornje olja.
B. Mesto namestitve transformatorja mora biti primerno za njegovo dizajn in standardizacijo. Če je nameščen na prostem, poskrbite, da je transformator primeren za delovanje na prostem.
C. Zaščitite transformator pred udari meteora in zunanjimi poškodbenimi dejavniki.

Testiranje olja

Dielektrična trdota olja v transformatorju se zelo zmanjša s povečevanjem vsebnosti vode. Samo 0,01% vsebnosti vode lahko zmanjša dielektrično trdoto za skoraj polovico. Razen majhnih distribucijskih transformatorjev, bi morali vzorci olja vseh transformatorjev redno podvrženi testom preboja, da bi pravilno zaznali vlag in ga odstranili s filtracijo.

Analiza plinov pri napakah v olju bi morala biti opravljena. S pomočjo naprave za neprekinjeno spremljanje osmih plinov pri napakah v olju transformatorja, se neprekinjeno meri koncentracija plinov, raztopljenih v olju, med razvojem napak. Z analizo vrst in koncentracij teh plinov se lahko določi vrsta napake. Fizične lastnosti olja bi morale biti vsako leto preverjene, da bi se preverila njegova izolacijska zmogljivost, vključno z testi dielektrične trdotnosti, kislosti, površinskega napetosti itd.