В зависимости от времени и от температуры обмоток

Межвитковой бумажной изоляции трансформатора

Механическая прочность

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

V º е^aJ, (3-1)

где a – 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^-aJ, (3-2)

где B - постоянный коэффициент, определяемый классом

изоляции;

J - температура обмоток;

a - постоянный коэффициент, определяющий скорость

старения изоляции.

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

Т(J)/Т(J+6) = B е^-aJ/ B е^{-a (J+6)} = 2

е^6a = 2 или 6a = Ln2, что дает a» 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

x = t/Т = (t/B)е^aJ . (3-3)

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

Т_ном = B е^-a98, (3-4)

x_ном = t/Т_ном = (t/B)е^a98 (3-5)

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

c = x/x_ном = Т_ном/Т = е^a(J-98) (3-6)

При номинальной температуре J = 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

110 ⁰С?

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 c 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 Dt_k, можно внутри них считать температуру неизменной, и для каждого значения J по выражению (3-6) рассчитать значение относительного износа изоляции обмоток c_k.

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

N

c_с = 1/1440 åc_k Dt_k. (3-7)

k=1

Значение c_с покажет, во сколько раз уменьшится срок

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

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

c_год = 1/365 åc_сi. (3-8)

i =1

где c_сi – средний относительный износ изоляции в i -e

cутки года.

Зависимость относительного износа изоляции обмоток от температуры c = f(J) 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.

Дата добавления: 2014-12-26