Трансформаторы, теория и устройство - Старение изоляции и нагрузочная способность трансформаторов

Глава двадцать четвертая
СТАРЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ И НАГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРОВ И РЕАКТОРОВ

Многочисленные лабораторные испытания и исследования показали, что электрическая прочность изоляции не понижается, пока она не лишается механической прочности.
Потерявшая полностью эластичность, но не имевшая механических повреждений изоляция сохраняет довольно высокую электрическую прочность. Однако потерявшая свою эластичность изоляция становится хрупкой под влиянием имеющих место вибраций и динамических усилий.

Так, например, масса сухого трансформатора мощностью 50 кВ*А в 1938 г. составляла 557 кг, в 1942 г.— 263 кг и в 1944 г.— 205 кг. В настоящее время изготовляются сухие трансформаторы на мощности до 4000 кВ*А и рабочее напряжение до 15 кВ.

Судить о степени эластичности изоляции только по ее электрической прочности невозможно, поэтому приходится определять степень старения изоляции исключительно по ее механической прочности. Действительный срок службы трансформатора определяется по его механической прочности. Однако пока не имеется надежных данных о влиянии степени износа изоляции на надежную работу трансформатора.
Нужно указать на то, что, например, при температурном воздействии на кабельную бумагу падение ее механической прочности на разрыв. растяжение, продавливание и на излом выражается количественно достаточно далекими друг от друга числами.
В настоящее время наиболее точно установлена зависимость между температурным воздействием на изоляцию и низшим пределом ее механической прочности по сопротивлению на разрыв. Вследствие этого можно называть «кривой жизни» изоляции кривую Ζ=f(θ), дающую для каждой данной температуры θ время Ζ, в течение которого прочность на разрыв снижается до предельно допустимого значения. подвергшись воздействию данной температуры в течение времени, большего предусмотренного по «кривой жизни», изоляция будет по своему физическому состоянию уже непригодной для надежной работы трансформатора.
Эта функция может быть представлена в виде(24-1) где с и а имеют численные значения, определенные на основании практики эксплуатации. Эксперименты показали, что для практического диапазона температур можно принять α=0,088, что приведет к следующему «8-градусному» правилу: каждые 8 градусов повышения температуры изоляции сокращают время ее практического износа в два раза.
Если принять, то(24-2)
Разделив уравнение (24-2) на (24-1), получим

Исходя из указанных выше соображений, подтвержденных данными эксплуатации о том, что при наличии наиболее горячей точки обмотки с температурой θ=95°=const трансформатор имеет нормальный срок службы порядка 20 лет, можно установить нормальные и аварийные перегрузки силовых трансформаторов, допустимые в эксплуатации.
Предельные нормы нагрева в установившемся режиме допускаются при номинальной мощности трансформатора.
При режимах кратковременных и периодических нагрузок допустимые предельные температуры должны являться функцией продолжительности рабочего времени (или рабочей части периода).

Наоборот, вторичная обмотка состоит из большого числа витков сравнительно малого сечения и замыкается на приборы, с ничтожным сопротивлением — амперметры, последовательные обмотки ваттметров, счетчиков и т. д. Таким образом, рабочий режим трансформатора тока представляет собой практически режим короткого замыкания. При номинальном токе индукции в сердечнике трансформатора тока В=0,08-0,10 тл. Если пренебречь весьма небольшим намагничивающим током I0, необходимым для создания такой индукции, тоВ действительности ток I0 существует, и это влечет за собой, во-первых, «токовую» погрешностьx100%, а во-вторых, угловую погрешность, поскольку ток I0 сдвинут по фазе относительно токов I1 и I2.
По величине гарантируемой погрешности трансформаторы тока делятся на пять классов точности, а именно 0,2; 0,5; 1; 3 и 10, причем за обозначение класса точности принята величина предельной токовой погрешности при номинальном токе. Трансформаторы тока изготовляются на номинальные первичные токи в пределах от 5 до 15 000 а и имеют, как правило, номинальный вторичный ток I2н=5 а (для внутренних установок). В зависимости от назначения трансформаторы могут иметь весьма различное конструктивное оформление. Различают: проходные трансформаторы тока, имеющие форму проходных изоляторов, шинные — для больших токов с одним витком в первичной обмотке, лабораторные — одно- или многовитковые и т. д. В целях безопасности вторичная обмотка трансформатора должна быть надежно заземлена.
Следует особо подчеркнуть, что вторичную обмотку ни в каком случае нельзя оставлять разомкнутой при включении трансформатора или размыкать ее при работе. В этом случае трансформатор попадает в режим холостого хода. Индукция в стали сердечника возрастает во много раз по сравнению с ее нормальным значением — до 1,4—1,8 тл (вместо 0,08 — 0,1 /пл); соответственно этому растут потери в стали, и при длительной работе неизбежен перегрев сердечника и порча изоляции вторичной обмотки. Но главную опасность представляет напряжение на зажимах разомкнутой вторичной обмотки U20, имеющее резко пикообразный характер, объясняемый весьма сильным насыщением стали, вследствие чего поток трансформатора приобретает вид сильно уплощенной кривой. Пики U20 в многоамперных трансформаторах тока достигают нескольких тысяч вольт и более и, следовательно, представляют опасность для персонала. Из этого видно, насколько важно, чтобы вторичная обмотка трансформатора тока была постоянно замкнута на себя или на приборы.