Сухие трансформаторы и внешние факторы

23 августа 2011 в 14:00

Современные сухие трансформаторы отличаются достаточно высокой надежностью в эксплуатации, но, как и на другое электрооборудование, на сроки их службы оказывают влияние внешние факторы.

Агрессивные факторы внешней среды

Рассмотрим агрессивные внешние факторы, вследствие воздействия которых может произойти отказ и выход из строя трансформатора.

Сухие трансформаторы, подвержены различной химической и физической агрессии, зависящей от качества окружающей среды. Потенциальными опасностями являются следующие:

• влажность;
• физические и химические загрязнения;
• ветер.

Хранение трансформаторов

При хранении температура трансформатора равна температуре окружающей среды. В этот период его изоляция подвержена воздействию влаги: проникновению в изоляцию и конденсацию на поверхности, что может стать причиной разрядов («перекрытий») при подаче напряжения. По этой причине хранить трансформатор рекомендуется при относительной влажности воздуха не выше 90%, а перед включением в работу убедиться в отсутствии конденсата.

Эксплуатация трансформаторов

Сухой трансформатор при эксплуатации может подвергаться различным агрессивным воздействиям.

Высокая влажность

Несмотря на то, что рабочая температура обмоток выше температуры окружающей среды, очень высокая влажность может вызвать проникновение влаги в материал обмоток и ухудшение изоляционных свойств.

Проводящая пыль

Электростатические поля притягивают частицы пыли, оседающие на поверхности обмоток ВН. Это снижает сопротивление поверхностным токам утечки, повышая вероятность перекрытий изоляции трансформатора.

Летучие углеводороды: пары масла и др.

Притягиваемые электростатикой пары углеводородов могут осаждаться на поверхности обмоток. Впоследствии под воздействием температуры углеводороды могут трансформироваться химически, образуя полупроводящие или проводящие отложения. Это может способствовать перекрытию изоляции либо ухудшить распределение электрического поля по поверхности, способствуя аккумуляции проводящей пыли.

Химические загрязнения

Некоторые вещества вызывают коррозию изоляционных материалов (ее скорость зависит от влажности и температуры) и деградацию диэлектрических свойств.

Пыль, песок, соль

Степень влияния данных факторов зависит от присутствия ветра. Возможны следующие варианты:

• ухудшение электрических параметров: качества контактов, сопротивления токам утечки;
• препятствие работе вентиляторов;
• абразивное воздействие на поверхность изоляторов и снижение поверхностного сопротивления;
• накапливание проводящей пыли на обмотках ВН;
• засорение вентиляционных отверстий.

Мелкая пыль гигроскопична, что дополнительно способствует образованию проводящего слоя на поверхности изолятора.

Допустимые концентрации

Для сухих трансформаторов, эксплуатирующихся в черте города с промышленными объектами или интенсивным движением транспорта, а также в незащищенных от пыли зонах (за исключением близкорасположенных к источникам пыли) следует придерживаться следующих ограничений:

• относительная влажность воздуха, не более 90%;
• концентрация SO2, не более 0,1 мг/м3;
• концентрация NOx, не более 0,1 мг/м3;
• концентрация пыли и песка, не более 0,2 мг/м3;
• концентрация морской соли, не более 0,3 г/м3; Примечание: рекомендации даны в соответствии с МЭК 60721.

Учет данных ограничений сохраняет расчетный срок службы дорогостоящих трансформаторов, составляющий десятки лет.

Тепловой режим трансформатора

Тепловой режим работы трансформатора – один из важнейших факторов, влияющих на старение изоляции, и как следствие, на сроки его службы. Ниже приводятся условия, которых рекомендуется придерживаться для обеспечения надлежащего охлаждения, независимо от размеров помещения и степени защиты сухого трансформатора (наличия кожуха). Эти рекомендации применимы и для других типов электрооборудования.

Тяга

Большой объем пространства над трансформатором способствует лучшему оттоку нагретого воздуха. Кроме того, эффективность вентиляции зависит от ее способности удалять воздух из верхней части помещения. Для этого приточное отверстие должно располагаться как можно ниже, а вытяжное - как можно выше и с противоположной стороны.

Расположение приточного вентиляционного отверстия (вентилятор, работающий на вдув) над трансформатором препятствует оттоку горячего воздуха от него. Это может привести к повышению температуры трансформатора выше допустимой. В лучшем случае сработает тепловая защита; в худшем, если она отсутствует, произойдет перегрев и преждевременное старение изоляции.

Требования к помещению, где установлен трансформатор

Габариты помещения

Цель эффективной вентиляции помещения - съем всего тепла, выделяемого электрооборудованием (трансформаторами, двигателями, нагревателями и т.д.).
Допустимо, что в нормальном режиме аппарат выделяет мощность потерь Р (кВт).

Для отвода ее с помощью вентиляции необходимо:

• отверстие притока холодного воздуха эффективной площадью S (м2), расположенное внизу вблизи трансформатора (эффективная площадь отверстия - это его реальная площадь, за вычетом все помех - решеток, клапанов и т.д.);
• отверстие вытяжки горячего воздуха эффективной площадью S' (м2), расположенное сверху с противоположной стороны, по возможности над трансформатором, на высоте Н (м) относительно нижнего отверстия.

Площадь отверстий определяют по формулам:

• S=(0,18*P)/H,
• S'=1,1*S.

Пространство над трансформатором должно оставаться свободным до самого потолка, за исключением присоединений.
Эти формулы применимы при установке оборудования на высоте до 1000 м над уровнем моря при среднегодовой температуре 20°С.
Если невозможно обеспечить вышеуказанные площади отверстий для естественной вентиляции помещения, следует применить принудительную вентиляцию с помощью установки:
на нижнем отверстии - приточного вентилятора производительностью Q (м3/с), определяемую по мощности потерь с помощью формулы:

Q=0,1*P;

на верхнем отверстии - вытяжного вентилятора производительностью Q' (м3/с), определяемую по формуле:

Q'=0,11*P.

При недостаточной площади только одного из отверстий допускается ограничиться установкой вентилятора только на нем.

Некоторые моменты

Степень защиты. В зависимости от степени защиты (IP) и прозрачности сетки на стенках кожуха, требуемая эффективная площадь вентиляционных отверстий может оказаться достаточно большой. Для примера, в кожухе класса IP31 сухого трансформатора площадь перфорации сетки составляет 50%.

Наличие в помещении другого оборудования. В случае если в помещении установлено другое оборудование, при расчете вентиляции мощность Р должна включать его потери при полной нагрузке.

Вентиляторы обдува трансформатора

Установка вентиляторов обдува трансформатора никоим образом не снижает требований к вентиляции помещения! При работе вентиляторов обдува им точно так же необходим приток в помещение холодного воздуха и эвакуация нагретого.

Состояние воздуха вокруг трансформатора

Пыль

Скопление пыли на трансформаторе препятствует нормальному теплоотводу. Это особенно актуально для пыльных производств, например, связанных с цементом. Необходимо проводить регулярную чистку с помощью пылесоса (не обдувом!).

Атмосферная влажность

С точки зрения вентиляции трансформатора и возможности его перегрева влажность воздуха не является опасным фактором. Однако наличие отопительных элементов, препятствующих образованию конденсата, следует учитывать при расчете габаритов помещения и вентиляционных отверстий.

Знание и соблюдение некоторых правил и мер предосторожности, для защиты трансформатора при его хранении и эксплуатации от агрессивных факторов любого типа - залог надежной работы трансформатора в условиях расчетных нагрузок и контролируемых перегрузок.