Pagina 7 din 7
Încălzirea și îmbătrânirea izolației
Atunci când transformatorul funcționează, o parte din energia consumată de acesta, care va compensa pierderile magnetice și electrice, se eliberează sub formă de căldură în miez, înfășurări și alte părți ale transformatorului. Temperatura părților individuale ale transformatorului crește. Rezolvarea problemei încălzirii depinde de funcționarea normală a transformatorului și de problema îmbătrânirii izolației. Aging se produce datorită expunerii prelungite la temperatură. Pentru a asigura durabilitatea transformatorului în funcționare economică, temperatura părților sale individuale nu trebuie menținută peste anumite valori.
În ingineria transformatoarelor, hârtia înmuiată în ulei, cartonul și alte materiale solide rămân una dintre principalele materiale izolante până în prezent. Această izolație și rezistența la căldură se referă la clasa A, care acoperă următoarele grupuri de materiale; materiale fibroase impregnate din hârtie de bumbac, celuloză și mătase, izolarea firelor de smalț pe bază de lacuri pentru rășini de ulei și poliamidă. Materialele de izolație utilizate pentru transformatoare reduc proprietățile lor izolate și mecanice cu o creștere prelungită a temperaturii, mai ales după o anumită valoare. În primul rând, aceasta se referă la izolarea hârtiei.
Potrivit rezultatelor cercetării, începută inițial de inginerul american Monsinger, durata de viață a izolației de clasa A este exprimată de dependența
(74)
unde este temperatura de izolație, ° C
B și C au dimensiunea timpului. Pentru transformatoarele cu B, exprimate în ani, C = 1,5-104. Valoarea numerică a cantității b, având o dimensiune inversă a temperaturii, pentru intervalul de temperaturi de înfășurare observate în timpul funcționării, se consideră a fi 0,088. La această valoare a b, așa-numita regulă de 8 grade deține: la fiecare 8 grade de temperatură excesivă a izolației reduce timpul de uzură la jumătate. Într-adevăr, permiteți-i
Prin împărțirea ultimei expresii cu termenul (Y4) pe termen, obținem
Cea mai mare temperatură pe care o poate rezista izolația hârtiei în ulei pentru o perioadă lungă de timp, fără a reduce semnificativ calitățile sale izolate, se situează în intervalul 95-105 ° C.
Procesele termice din transformator și ecuația de încălzire
Transformatorul termic este un corp neuniform. Parametrii termali ai înfășurării metalice, izolației și oțelului nu sunt aceiași. În miezul și înfășurările transformatorului, datorită conductivității termice, căldura este transferată de la părțile interne mai calde la suprafețele mai puțin încălzite și către suprafețele exterioare care elimină căldura.
În transformatoarele de ulei, miezul, împreună cu înfășurările, este scufundat într-un ulei al cărui nivel este mai mare decât nivelul superior al miezului. Uleiul, în contact cu înfășurările încălzite și miezul, percepe căldura și, încălzind, se ridică la partea superioară a carcasei. Aici, fluxurile individuale care au spălat înfășurările și miezul sunt amestecate, iar în stratul superior uleiul are o temperatură comună tuturor fluxurilor. În contact cu pereții carcasei, uleiul emite căldură în aerul din jur și, răcind în jos, coboară de-a lungul pereților carcasei în părțile inferioare. Astfel, ea circulă în mod continuu. Între bobinare și miez, pe de o parte, și ulei, pe de altă parte, se stabilește o anumită diferență de temperatură. Pe toată înălțimea transformatorului, temperatura uleiului și a celorlalte părți ale acestuia nu este aceeași.
Forma câmpului de temperatură în anumite părți ale transformatorului se stabilizează destul de repede când este încălzită. Aceasta explică faptul că părțile individuale ale transformatorului, atunci când sunt încălzite, se comportă în raport cu părțile învecinate și cu mediul extern ca corpuri de temperatură condiționate condiționate cu o temperatură egală cu temperatura medie a elementului real (această parte). Omogen este corpul, care are o disipare uniformă a căldurii de pe întreaga suprafață și o conductivitate termică infinită, astfel încât toate punctele corpului să aibă aceeași temperatură. Elemente separate în transformator sunt miezul, înfășurările, uleiul, rezervorul; la determinarea temperaturii uleiului, luați în considerare temperatura acestuia în stratul superior. Din motive de simplificare specială, un transformator în ansamblu este uneori acceptat pentru un organism omogen. Pentru fiecare element se aplică teoria încălzirii unui corp solid omogen. Procesul de încălzire poate fi descris printr-o ecuație diferențială care exprimă echilibrul energiei termice în orice interval de timp elementar;
(75)
Aici, P este pierderea, adică cantitatea de energie termică eliberată în corpul omogen luat în considerare în 1 sec, w;
S - suprafața de transfer termic, m2;
K - coeficientul de eliminare a căldurii - valoarea pierderilor eliminate dintr-o unitate de suprafață pe un grad Celsius prin toate căile posibile de îndepărtare a căldurii - conducta de căldură, convecția și radiația, W / (° C-m2);
0 - excesul de timp al temperaturii corporale peste temperatura ambiantă, ° C;
c este capacitatea specifică de căldură masică a corpului, adică cantitatea de energie termică necesară pentru creșterea temperaturii unei unități de masă corporală prin Tc, Bt-sec / (kg-° C); m este greutatea corporală, kg.
Așa cum se poate observa din ecuația (75), căldura Pdt, care apare în corp pentru o perioadă elementară de timp, este parțial descărcată în mediul înconjurător, parțial rămâne în corp și determină creșterea temperaturii prin dQ.
După atingerea unui exces de temperatură constant de 0K, toată căldura eliberată de corp este îndepărtată de suprafața de răcire, creșterea temperaturii dQ dispare și, prin urmare, energia termică care determină încălzirea corpului devine zero.
Ecuația (75) are următoarea formă:
(76)
Creșterea temperaturii admisă
Pentru a asigura o anumită durată de viață a transformatorului, temperatura părților sale individuale este limitată și normalizată de GOST corespunzător. GOST 11677-65 furnizează următoarea creștere maximă a temperaturii părților individuale ale transformatorului umplute cu ulei:
înfășurare (clasa de izolație A) 65 ° C pentru metoda de măsurare a rezistenței;
miez (la suprafață) 75 ° C măsurată cu ajutorul unui termometru;
ulei (în straturile superioare) 55 ° C când este măsurat cu ajutorul unui termometru.
Se presupune că temperatura agentului de răcire (aer) este de 40 ° C.
Cea mai mare creștere a temperaturii nu este legată de temperatura mediului de răcire în acest moment; ele sunt date de GOST, ținând cont de fluctuațiile încărcării transformatorului și de temperatura ambiantă schimbătoare. De exemplu, temperatura de funcționare a înfășurării va fi
adică numai în momente separate, relativ puține de coincidență a exceselor maxime și a temperaturii mediului, va fi limitator.
Doar luând în considerare această schimbare naturală, normele permit valorile de mai sus ale celor mai mari excese de temperatură peste temperatura ambiantă. Aceasta duce la o schimbare a temperaturii pieselor de transformare necesare pentru durata sa de funcționare normală, permițând supraîncărcarea atât în timpul funcționării, cât și în caz de urgență. Cantitatea de supraîncărcare este specificată în standardele și instrucțiunile relevante care reglementează modurile de funcționare ale transformatoarelor.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: