Износ (старение) изоляции

При постоянной температуре с тече­нием времени механическая прочность изоляции снижается. Измеря­ется она числом перегибов, выдерживаемых изоляцией при испытании. При неизменной температуре трансформатора прочность изоляции уменьшается равномерно, затем, достигнув значения, равного при­мерно 20% начального, она снижается очень медленно (рис. 8.5). Од­нако к этому времени практически изоляция не пригодна для дальней­шей эксплуатации.

Срок полного равномерного износа изоляции Т (до момента, при котором прочность ее составляет около 20% начальной) согласно опыт­ным данным

, (8.7)

где А — постоянный коэффициент, определяемый классом изоляция;

— температура обмоток, °С;

— постоянный коэффициент, определяющий скорость старения изоляции.

Согласно стандарту увеличение нагрузки на 6 °С (так называемое 6°-ное правило) ведет к уменьшению срока службы изоляции вдвое, что соответствует значению . Действительно это видно из отношения

.

Исходя из выражения (8.7) и считая процесс старения изоляции равномерным, можно ее износ за время оценить в долях единицы следующим образом:

. (8.8)

Согласно стандарту нормальный срок службы трансформатора 25 лет достигается при постоянной температуре обмотки , т.е.

. (8.9)

Следовательно,

. (8.10)

Отношение называют относительным износом ; при температуре

. (8.11)

При имеем , т.е. ; при или относительный износ будет соответственно равен 2 или 0,5.

Так как не зависит от времени, то эту величину можно рассматри­вать и как относительный износ в единицу времени, т. е. как относи­тельную скорость износа.

Если температура обмотки изменяется во времени, например, так, как это показано на рис. 8.6, то, разбив каждый участок кривой на более мелкие части, соответствующие небольшим приращениям вре­мени можно каждую кривую заменить ступенчатым графиком с постоянным значением на каждой ступени и для

Рис. 8.5. Кривые износа изоляции

Рис. 8.6. График изменения температуры

каждого значения по формуле (8.11) найти соответствующее значение . Умножим вре­мя на значение и, просуммировав эти произведения за сутки ( элементов), найдем износ изоляции. Отнеся его к 24 часам, получим относительную среднюю скорость износа за сутки:

. (8.12)

Рис. 8.7. Зависимость относительного износа и срока службы изоляции от превышения температуры

Рис. 8.8. Зависимость износа и срока службы изоляции от номинальной мощности трансформатора

Значение покажет, во сколько раз уменьшится срок службы трансформатора, если в течение всего времени будет сохранен этот режим его работы.

Полезно отметить, что так называемое 6°-ное правило характери­зует очень быстрое уменьшение срока службы или увеличение отно­сительного износа при повышении температуры (рис. 8.7). Вместе с тем надо отметить, что незначительное увеличение мощности трансформатора, вызывающее уменьшение сопротивления его обмоток, а следовательно, и температуры, ведет к значительному увеличению срока службы или уменьшению износа (рис. 8.8), и наоборот, незначи­тельное уменьшение его мощности ведет к быстрому увеличению износа и уменьшению срока службы.

Можно считать, что мощность трансформатора выбрана правиль­но, если срок службы будет не менее нормативного и по возможности наиболее близким к нему. Но рассчитать срок службы трансформатора или износ при заданной нагрузке можно, только зная его номиналь­ную мощность: Каким же значением номинальной мощности задаться?

Температура обмотки трансформатора зависит от значения потерь энергии в ней, обращающихся в тепло. Но потери мощности во вре­мени претерпевают большие изменения вследствие колебания нагрузки в подстанционной зоне. Поэтому при одних и тех же потерях энергии температура может изменяться в широких пределах. А так как повы­шение ее ведет к резкому непропорциональному ускорению старения изоляции, то наименьшее старение, а следовательно, наименьшая мощ­ность трансформаторов понадобились бы в условиях, когда факти­чески выделяемое тепло в обмотках трансформатора распределялось бы равномерно в течение всего периода его работы. Поскольку выде­ляемое количество тепла пропорционально квадрату тока, то оно, а следовательно, и мощность трансформатора соответствовали бы сред­нему квадратичному току нагрузки подстанции . Следовательно, минимальная мощность, выше которой должна быть, требуемая мощ­ность трансформатора, может быть определена по формуле

. (8.13)

В условиях, когда задан определенный график движения и опре­деленные поезда в нем, оказывается возможным построить график нагрузки подстанции а затем и отдельных трансформаторов. Пользуясь графиком нагрузки, можно найти трансформатора, выбрать , построить с помощью приведенных выше выражений и намеченной мощности трансформатора график изменения темпера­туры обмотки, а затем рассчитать старение изоляции и срок службы трансформатора для намеченной, номинальной мощности. Если срок службы получен недостаточным, надо взять следующие значения номинальной мощности трансформатора и повторить расчет.

Для магистральных железных дорог, где в результате оперативного планирования график движения и вслед за ними нагрузки подстанции и трансформаторов претерпевают непрерывные случайные изменения, описанный метод использовать невозможно. В этом случае также вначале можно определить эффективное значение тока трансформатора и найти . Без больших трудностей можно найти и верх­ний предел необходимой мощности трансформатора (см. § 8.11).

Контрольные вопросы

1. Что такое износ изоляции?

2. Приведите несколько случаев включения трансформатора на на­грузку.

3. От чего зависит температура обмотки трансформатора?

4. Приведите зависимость износа и срока службы изоляции от номинальной мощности трансформатора.

5. На сколько лет согласно стандарту нормальный срок службы трансформатора?

Литература

1. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Марквард К.Г. М.Транспорт.1986 г.

2. Электроснабжение электрифицированных дорог. Мамошин Р.Р., Зимакова А.Н. М.Транспорт.1989 г.

3. Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог. Почаевец В.С. М.Маршрут, 2006 г.

4. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Электроснабжение электрифицированных дорог». Жармагамбетова М.С. Алматы, 2012.

Дата добавления: 2015-05-26