Тепловое старение изоляции

При повышении температуры изоляции ускоряются, в соответствии с законом Аррениуса, химические реакции (главным образом окислительные), что ведет к потере механической прочности изоляции. Зависимость среднего срока службы изоляции от температуры при изменении последней в пределах от 80 до 140 °С может быть представлена следующей показательной функцией:

,

где А и а - некоторые постоянные; J - температура изоляции в наиболее нагретой точке.

Срок службы изоляции при номинальной температуре +98°С равен:

.

Отношение V/V_ном представляет собой относительный срок службы изоляции (величина безразмерная):

.

Величина, обратная относительному сроку службы, называется относительным износом изоляции:

.

При расчетах удобно перейти от основания е к основанию 2. Тогда выражение для относительного износа получит следующий вид:

,

где 1/0,693 = ; D = 0,693/а.

Постоянную D принимают равной 6 °С. Это означает, что при изменении температуры на каждые 6 °С относительный износ и соответственно срок службы изоляции изменяются в 2 раза (шестиградусное правило).

При температуре 98 °С относительный износ изоляции равен единице, т.е. номинальному износу.

Произведение относительного износа при некоторой температуре J на время t представляет собой износ (выраженный в часах, сутках) за это время:

.

Если в течение суток температура изменяется, график температуры разбивают на участки, в пределах которых температуру можно считать неизменной, и определяют износ за сутки, выраженный в часах, как сумму произведений:

.

Если износ за сутки равен 24 ч, то он соответствует «нормальным суткам».

При расчете износа достаточно определить износ на участке графика, где температура обмотки превышает 80 °С, поскольку при температуре, меньшей 80 °С, износ ничтожно мал.

Перегрузки могут быть аварийными и систематическими.

Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, например, при выходе из строя параллельно включенного трансформатора.

Длительная аварийная перегрузка для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц допускается на 40% в течение не более 5 сут, продолжительностью не более 8 ч в сутки, если коэффициент начальной нагрузки к₁ не превышает 0,93:

где a₁, a₂, … a_n - различные ступени средних нагрузок, доли номинальной; t₁, t₂, … t_n - длительность этих нагрузок, ч.

Систематическая перегрузка трансформаторов возможна за счет неравномерной нагрузки в течение суток. На рис. 7а изображен суточный график нагрузки, из которого видно, что в ночные, утренние и дневные часы трансформатор недогружен, а во время вечернего максимума (от 18 до 22 ч) перегружен. При недогрузке износ изоляции мал, при перегрузке износ значительно усиливается. Допустимая систематическая перегрузка определяется из условия, что износ изоляции за время максимальной нагрузки и предшествующей недогрузки такой же, как при работе трансформатора при постоянной номинальной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки обмотки не превышает +98°С.

Коэффициент допустимой систематической перегрузки определяется по выражению:

за период максимума нагрузки, когда a_i>1. Допустимая систематическая перегрузка зависит от начальной нагрузки к₁, длительности перегрузки t, системы охлаждения и мощности трансформатора и температуры
охлаждающей среды.

а) б)

Рисунок 7. а) Суточный график нагрузки трансформатора. б) График нагрузочной способности трансформаторов с системой охлаждения Д, мощностью 6,3¸32 МВ×А, эквивалентной температурой охлаждающей среды +20 °С.

С учетом всех перечисленных факторов построены 36 графиков (пример на рис. 7б) нагрузочной способности, по которым можно определить допустимые систематические перегрузки. Перегрузка более 50% должна быть согласована с заводом-изготовителем.

Пример. Расчитать к₁ и к₂ по графику рис. 7а.

В течение 10 ч, предшествующих перегрузке:

.

В период перегрузки:

.

Раздел 3

Лекции 8-15