2. Износ (старение) изоляции

При постоянной температуре с тече­нием времени механическая прочность изоляции снижается. Измеря­ется она числом перегибов, выдерживаемых изоляцией при испытании. При неизменной температуре трансформатора прочность изоляции уменьшается равномерно, затем, достигнув значения, равного при­мерно 20% начального, она снижается очень медленно (рис. 8.5). Од­нако к этому времени практически изоляция не пригодна для дальней­шей эксплуатации.

Срок полного равномерного износа изоляции Т (до момента, при котором прочность ее составляет около 20% начальной) согласно опыт­ным данным

, (8.7)

где А — постоянный коэффициент, определяемый классом изоляция;

— температура обмоток, °С;

— постоянный коэффициент, определяющий скорость старения изоляции.

Согласно стандарту увеличение нагрузки на 6 °С (так называемое 6°-ное правило) ведет к уменьшению срока службы изоляции вдвое, что соответствует значению . Действительно это видно из отношения

.

Исходя из выражения (8.7) и считая процесс старения изоляции равномерным, можно ее износ за время оценить в долях единицы следующим образом:

. (8.8)

Согласно стандарту нормальный срок службы трансформатора 25 лет достигается при постоянной температуре обмотки , т.е.

. (8.9)

Следовательно,

. (8.10)

Отношение называют относительным износом ; при температуре

. (8.11)

При имеем , т.е. ; при или относительный износ будет соответственно равен 2 или 0,5.

Так как не зависит от времени, то эту величину можно рассматри­вать и как относительный износ в единицу времени, т. е. как относи­тельную скорость износа.

Если температура обмотки изменяется во времени, например, так, как это показано на рис. 8.6, то, разбив каждый участок кривой на более мелкие части, соответствующие небольшим приращениям вре­мени можно каждую кривую заменить ступенчатым графиком с постоянным значением на каждой ступени и для

Рис. 8.5. Кривые износа изоляции

Рис. 8.6. График изменения температуры

каждого значения по формуле (8.11) найти соответствующее значение . Умножим вре­мя на значение и, просуммировав эти произведения за сутки ( элементов), найдем износ изоляции. Отнеся его к 24 часам, получим относительную среднюю скорость износа за сутки:

. (8.12)

Рис. 8.7. Зависимость относительного износа и срока службы изоляции от превышения температуры

Рис. 8.8. Зависимость износа и срока службы изоляции от номинальной мощности трансформатора

Значение покажет, во сколько раз уменьшится срок службы трансформатора, если в течение всего времени будет сохранен этот режим его работы.

Полезно отметить, что так называемое 6°-ное правило характери­зует очень быстрое уменьшение срока службы или увеличение отно­сительного износа при повышении температуры (рис. 8.7). Вместе с тем надо отметить, что незначительное увеличение мощности трансформатора, вызывающее уменьшение сопротивления его обмоток, а следовательно, и температуры, ведет к значительному увеличению срока службы или уменьшению износа (рис. 8.8), и наоборот, незначи­тельное уменьшение его мощности ведет к быстрому увеличению износа и уменьшению срока службы.

Можно считать, что мощность трансформатора выбрана правиль­но, если срок службы будет не менее нормативного и по возможности наиболее близким к нему. Но рассчитать срок службы трансформатора или износ при заданной нагрузке можно, только зная его номиналь­ную мощность: Каким же значением номинальной мощности задаться?

Температура обмотки трансформатора зависит от значения потерь энергии в ней, обращающихся в тепло. Но потери мощности во вре­мени претерпевают большие изменения вследствие колебания нагрузки в подстанционной зоне. Поэтому при одних и тех же потерях энергии температура может изменяться в широких пределах. А так как повы­шение ее ведет к резкому непропорциональному ускорению старения изоляции, то наименьшее старение, а следовательно, наименьшая мощ­ность трансформаторов понадобились бы в условиях, когда факти­чески выделяемое тепло в обмотках трансформатора распределялось бы равномерно в течение всего периода его работы. Поскольку выде­ляемое количество тепла пропорционально квадрату тока, то оно, а следовательно, и мощность трансформатора соответствовали бы сред­нему квадратичному току нагрузки подстанции . Следовательно, минимальная мощность, выше которой должна быть, требуемая мощ­ность трансформатора, может быть определена по формуле

. (8.13)

В условиях, когда задан определенный график движения и опре­деленные поезда в нем, оказывается возможным построить график нагрузки подстанции а затем и отдельных трансформаторов. Пользуясь графиком нагрузки, можно найти трансформатора, выбрать , построить с помощью приведенных выше выражений и намеченной мощности трансформатора график изменения темпера­туры обмотки, а затем рассчитать старение изоляции и срок службы трансформатора для намеченной, номинальной мощности. Если срок службы получен недостаточным, надо взять следующие значения номинальной мощности трансформатора и повторить расчет.

Для магистральных железных дорог, где в результате оперативного планирования график движения и вслед за ними нагрузки подстанции и трансформаторов претерпевают непрерывные случайные изменения, описанный метод использовать невозможно. В этом случае также вначале можно определить эффективное значение тока трансформатора и найти . Без больших трудностей можно найти и верх­ний предел необходимой мощности трансформатора (см. § 8.11).