Ухудшение состояния изоляции в эксплуатации
Одним из решающих факторов ухудшения изоляции является увлажнение. Имеются три источника увлажнения:
1) остаточная влага в твердой изоляции, не удаленная при заводской сушке;
2) атмосферная влага;
3) вода, образованная при старении изоляции и масла.
Главным источником увлажнения является атмосферная влага, проникающая под действием градиента давления, особенно через ослабленные уплотнения. При нарушении герметичности уплотнений значительное количество влаги может проникнуть в бак при понижении давления в нем ниже атмосферного при снижении температуры. Это явление может быть особо опасно, если трансформатор хранится не полностью залитым маслом.
В процессе монтажа также происходит определенное увлажнение и загрязнение изоляции. Примерная оценка возможного увлажнения — в таблице 1.
Старение целлюлозной изоляции может образовать значительное количество влаги, если изоляция работает при повышенной температуре и значительно изношена. Распределение влаги в изоляционной структуре неравномерно. Наибольшее количество влаги содержится в тонкой изоляционной структуре, работающей при температуре основной массы масла, особенно при сравнительно низкой температуре.
Содержание влаги в витковой изоляции существенно ниже, чем в электрокартонных барьерах. Вместе с тем влияние температуры проводников обмотки и перепад температуры в витковой изоляции обуславливает неравномерное распределение влаги по толщине с повышенной концентрацией влаги во внешних слоях.
Таблица 1. Верхняя оценка степени возможного увлажнения
Источник | Степень увлажнения |
Прямой контакт пропитанной маслом изоляции с воздухом относительной влажности ф | Количество воды, адсорбированной поверхностью электрокартона 1000 м2 на глубину 0,5 мм: |
Молекулярное натекание влаги | До 1—5 г в год До 30—40 г в год |
Натекание влажного воздуха | 15 г в юл 600 г в год |
Эксплуатация негерметичных конструкций | 6000 г в год |
Попадание дождя на ослабленное уплотнение | 200 г в час в виде жидкой воды |
В свежем масле вода присутствует главным образом в растворенном виде. Растворимость воды в различных маслах зависит от их состава, увеличиваясь по мере увеличения содержания ароматических углеводородов.
Образование продуктов старения в окисленном масле обуславливает появление гидратной или «связанной» воды, которую практически невозможно измерить с помощью стандартных методов определения растворенной влаги.
При повышенной температуре часть связанной влаги может перейти в растворенную.
Определяющими факторами старения масла являются присутствие кислорода и достаточно высокая температура, а также присутствие катализаторов. Повышение температуры на 10 градусов уменьшает время критического окисления масла в ~2 раза. Процессы окисления масла значительно ускоряются при содержании кислорода >2000—3000 ррм (объемных).
Гидролиз и пиролиз вызывают разрыв молекул целлюлозы — деполимеризацию, которой сопутствуем образование фурановых производных и, в частности, наиболее устойчивою компонента — фурфурола. Интенсивное выделение фуранов происходит при температуре > 120— 130°С.
Окисление целлюлозы непосредственно не вызывает разрыв молекул, но образует воду, которая ускоряет процесс гидролитической деструкции. Продуктами гидролиза являются фурановые производные и вода. Продуктами пиролиза являются фураны, окись и двуокись углерода, вода и кислоты.
Наиболее вероятной в условиях рабочих температур трансформатора представляется гидролитическая деструкция, энергия активации которой почти в 1,4—2,0 раза ниже, чем энергия активации пиролиза. Степень гидролитической деструкции практически пропорциональна содержанию воды и кислот, требующихся для активации и поддержания процесса. Поэтому для оценки степени износа изоляции необходимо, кроме температуры и времени, учитывать также содержание воды и кислот.
На ухудшение изоляции также сильно влияет загрязнение механическими примесями.
Изменение механического состояния
Механическое состояние обмоток трансформаторов в эксплуатации определяется воздействием электродинамических сил — радиальных, осевых и тангенциальных.
Радиальные силы сжимают одни обмотки и растягивают другие.
В двухобмоточном трансформаторе сжимающим радиальным силам обычно подвергаются внутренние обмотки — обмотки НН.
Остаточные деформации обмоток под действием сжимающих радиальных сил называются потерей радиальной устойчивости и вызывают ослабление изоляции обмотки и снижение ее электрической прочности.
Осевые силы, действующие в обмотках трансформаторов при КЗ, могут вызвать потерю осевой устойчивости, которая проявляется в значительном наклоне проводников относительно начального положения. Потеря осевой устойчивости может привести к разрушению изоляции, росту осевых сил, связанному с возникновением несимметрии обмоток из-за смещения проводников, внутреннему короткому замыканию.
Могут также возникать осевой изгиб проводников в пролетах между столбами прокладок, сползание проводов слоевых обмоток в осевом направлении, повреждение концевой изоляции и опорных (прессующих) конструкций обмоток.
Из-за схода винта в случае винтовых обмоток, из-за наличия переходов между катушками в случае непрерывных обмоток возникают тангенциальные силы, под действием которых обмотки стремятся скрутиться. Это может привести к смещению проводников и выводов обмотки, опорной и концевой изоляции, столбов прокладок и, как следствие, к внутреннему КЗ.
