Механическая прочность межвитковой бумажной изоляции трансформатора в зависимости от времени и от температуры обмоток

Зависимость числа перегибов N от температуры изоляции определяется законом Аррениуса, связывающем скорость химической реакции с температурой , при которой эта реакция происходит.

V  е^, (3-1)

где  – коэффициент, постоянный для данной реакции;

В связи с этим срок полного равномерного износа изоляции Т (до момента, при котором прочность ее составляет 20% начальной) на основании (3-1) и согласно опытным данным

Т = B е^-, (3-2)

где B - постоянный коэффициент, определяемый классом

изоляции;

 - температура обмоток;

 - постоянный коэффициент, определяющий скорость

старения изоляции.

Величину коэффициента  задает требование ГОСТ 14209-85 известное как 6-градусное правило – увеличение температуры на 6⁰С ведет к уменьшению срока службы изоляции вдвое, то есть

Т()/Т(+6) = B е^-/ B е^{- (+6)} = 2

е^6 = 2 или 6 = Ln2, что дает   0,1155245.

Исходя из выражения (3-1), и считая процесс старения изоляции равномерным, можно ее износ за время t оценить в долях единицы следующим образом

 = t/Т = (t/B)е^ . (3-3)

Согласно ГОСТ 11677-85 [л2] нормальный срок службы трансформатора - 25 лет - достигается при постоянной температуре обмотки _ном = 98⁰С, то есть

Т_ном = B е^-98, (3-4)

_ном = t/Т_ном = (t/B)е^98 (3-5)

В расчетах чаще пользуются не этими величинами, а вводят понятие относительного износа изоляции  при температуре 

 = /_ном = Т_ном/Т = е^(-98) (3-6)

При номинальной температуре  = 98⁰С имеем относительный износ изоляции обмоток, равный единице, при температуре 104⁰С относительный износ станет равным 2,0, а при 92⁰С – 0,5 .

Вопрос – каков будет срок службы трансформатора,

если обмотки работают при температуре

110⁰С?

Ответ – через 6 лет и 3 месяца механическая прочность

бумажной изоляции обмоток достигнет уровня

20% от первоначальной, и трансформатор при-

дётся менять. Это – расплата за перегрузку,

т. к. изоляция трансформатора как бы "жила"

в 4 раза интенсивнее, в 4 раза быстрее израсхо-

довала свой ресурс.

Так как  не зависит от времени, то эту величину можно рассматривать и как относительный износ, и как относительную скорость износа.

Если температура обмотки изменяется во времени, то разбив каждый участок кривой на более мелкие части t_k, можно внутри них считать температуру неизменной, и для каждого значения  по выражению (3-6) рассчитать значение относительного износа изоляции обмоток _k.

Имея такие значения, например за сутки, можно найти среднесуточное значение _с.

N

_с = 1/1440 _k t_{k .} (3-7)

k=1

Значение _с покажет, во сколько раз уменьшится срок

службы трансформатора, если такой среднесуточный режим будет сохранен в течение всего времени работы трансформатора.

Определив _с за сутки, можно перейти к среднему значению износа изоляции за год

365

_год = 1/365 _{сi .} (3-8)

i =1

где _сi – средний относительный износ изоляции в i-e

cутки года.

Зависимость относительного износа изоляции обмоток от температуры  = f() имеет экспоненциальный характер, следовательно, даже небольшое увеличение температуры сверх нормальной приведет к значительному сокращению срока службы трансформатора. В то же время небольшое увеличение номинальной мощности трансфор-матора, снижение сопротивления обмоток, потерь мощности, температуры наиболее нагретых точек обмоток

вызовет существенное снижение износа изоляции и увеличение срока службы трансформатора.

Можно считать, что мощность трансформатора выбрана правильно, если его срок службы будет не меньше нормативного и по возможности наиболее близок к нему, так как завышенный срок службы планировать нецелесо-образно по причине морального износа.

Таким образом, задача выбора мощности трансформа-торов сводится к определению режимов их работы в течение всего срока службы, что чрезвычайно сложно, так как при этом придётся прогнозировать режимы работы трансформатора на 25 лет вперёд.