|
Действительный срок службы трансформатора
в значительной степени зависит от исключительных воздействий, таких
как перенапряжения, короткие замыкания в сети и аварийные перегрузки.
Вероятность безотказной работы при таких воздействиях, возникающих
отдельно или в сочетании, зависит в основном от:
— амплитуды и длительности воздействия;
— конструкции трансформатора;
— температуры различных частей трансформатора;
— содержания кислорода и других газов в изоляции и масле;
— количества, размера и вида частиц примесей;
— содержания влаги в изоляции и масле.
Предполагаемый нормальный срок службы — это некоторая условная величина,
принимаемая для непрерывной постоянной нагрузки при нормальной температуре
охлаждающей среды и номинальных условий эксплуатации. Нагрузка и/или
температура охлаждающей среды, превышающие номинальную, вызывают
ускоренный износ и создают некоторую степень риска.
Целью вышеуказанных стандартов является определение степени риска
и установление некоторых ограничений режимов нагрузки трансформаторов,
превышающих номинальные значения.
Последствия нагрузки трансформатора, выше ее номинального
значения могут быть следующими:
а) температура обмоток, отводов, изоляции и масла увеличиваются
и могут достигнуть неприемлемого уровня;
б) индукция магнитного потока рассеяния увеличивается, вызывая увеличение
вихревых токов, нагревающих металлические части;
в) сочетание главного потока и увеличенного потока рассеяния накладывает
ограничение на возможное перевозбуждение магнитной системы;
г) с изменением температуры изменяется содержание влаги и газа в
изоляции и масле;
д) вводы, переключатели, подсоединения отводов, и трансформаторы
тока будут подвергаться более жестким воздействиям, которые могут
превысить их проектный уровень.
Как следствие, появляется риск повреждения, связанный с величиной
тока и температуры. Этот риск может привести к повреждению во время
превышения нагрузки или иметь кумулятивный эффект в течение многих
лет.
Опасность при кратковременных аварийных воздействиях
а) Главным риском во время кратковременной нагрузки
является снижение электрической прочности вследствие образования
пузырьков газа в области высокой напряженности, т. е. у обмоток
или на отводах. Эти пузырьки могут возникать в бумажной изоляции,
когда температура наиболее нагретой точки достигает 140—160 °С при
нормальном содержании влаги в изоляции. С повышением влагосодержания
критическая температура начала образования пузырьков может снизиться.
Газовые пузырьки образовываться на поверхности неизолированных металлических
деталей, когда их температура вследствие увеличения индукции потока
рассеяния повыситься выше 180°С, что приводит к разложению масла.
б) Временное уменьшение механической прочности вследствие высокой
температуры может привести к снижению прочности обмоток при воздействии
токов короткого замыкания.
в) Повышение давления во вводах может привести к утечке масла и
повреждению ввода. Во вводе также могут образовываться пузырьки
газа при температуре изоляции выше 140 °С.
г) Переключения при больших токах могут вызывать повреждения в переключателе.
Опасность длительной перегрузки
а) Ускоренное старение витковой изоляции и снижение
ее механической прочности. Если это снижение значительно, снижается
срок службы трансформатора, особенно если он подвержен воздействию
токов короткого замыкания.
б) Ускоренному старению подвержены и другие части изоляции.
в) Вследствие воздействия высокой температуры и больших токов увеличивается
сопротивление контактов переключающих устройств.
г) Старению подвергаются и уплотнения бака, которые становятся более
хрупкими. Риск повреждения при кратковременном воздействии обычно
исчезает при уменьшении уровня нагрузки до номинальной, но для общего
уровня надежности кратковременные воздействия могут иметь более
серьезные последствия, чем длительные воздействия.
Стандарты предусматривают, что нагрузочная способность может быть
ограничена как для кратковременных, так и длительных воздействий.
Таблицы и диаграммы, рассчитанные согласно традиционным методам
определения механических свойств бумажной изоляции под воздействием
времени и температуры наиболее нагретой точки обмотки, являются
основой рассмотрения риска немедленного повреждения.
Ограничения, вызванные размерами (мощностью) трансформатора
Чувствительность трансформаторов к нагрузкам выше
номинальной обычно зависит от мощности трансформатора. С увеличением
мощности наблюдается следующая тенденция:
а) плотность потока рассеяния увеличивается;
б) усилия при коротких замыканиях возрастают;
в) увеличивается объем электрически напряженной изоляции;
г) становится более трудным точное определение температуры горячей
точки.
Поэтому большие трансформаторы могут быть более чувствительны к
нагрузке выше номинальной, чем трансформаторы меньшей мощности.
Кроме того, последствия повреждения большого трансформатора более
серьезны, чем для трансформатора меньшего размера.
Чтобы установить разумную степень риска, стандарты
рассматривают три категории трансформаторов:
а) распределительные трансформаторы, для которых учитываются только
температура наиболее нагретой точки и степень разложения (старения)
изоляции;
б) трансформаторы средней мощности, для которых воздействие поля
рассеяния не является критическим, но должны учитываться различные
способы охлаждения;
в) большие силовые трансформаторы, в которых эффект полей рассеяния
может быть значительным и последствия повреждения очень тяжелыми.
|
