Привет всем, спасибо, что зашли поговорить об одном из наиболее распространенных вопросов, которые мы получаем здесь, в лаборатории испытательных трансформаторов переменного и постоянного тока сухого типа — каков фактический предел повышения температуры для этих устройств? Если вы когда-либо работали с высоковольтным испытательным оборудованием, вы знаете, что скачки температуры — это не просто незначительное неудобство; они могут ухудшить производительность, сократить срок службы компонентов и даже вызвать проблемы с безопасностью в будущем. Как человек, который годами продавал и поддерживал эти трансформаторы, я воочию видел, насколько запутанным может быть этот предел для людей, привыкших к альтернативам масляного типа. Давайте разберемся без всякого жаргона, обещаю.
Прежде всего, давайте разберемся, что такое испытательный трансформатор сухого типа, поскольку он здесь является основой. В отличие от маслонаполненных устройств (вы, вероятно, видели ссылки на такие вещи, как масляный трансформатор переменного тока постоянного тока, который отлично подходит для конкретных применений, но не для сухого типа), в них для охлаждения и диэлектрической прочности используется воздушная или твердая изоляция вместо минерального масла. Это означает, что их температурные пределы напрямую связаны с изоляционными материалами, из которых они изготовлены, — масло не действует как буфер от тепла.
В большинстве трансформаторов сухого типа для испытаний переменного и постоянного тока используется изоляция класса F или класса H, верно? Подождите, краткий обзор классов изоляции, потому что это решающий вопрос: класс A — старая школа (бумага, хлопок), максимальное повышение температуры на 60 ° C по сравнению с окружающей средой; Класс F — синтетические материалы, такие как эпоксидная смола, слюда, максимальная температура нагрева 105°C; Класс H еще выше — силиконовая резина или усовершенствованная эпоксидная смола, максимальная температура нагрева 125°C. Кстати, температура окружающей среды обычно составляет стандартные 40°C, которые мы используем для испытаний электрооборудования, поэтому добавление повышения дает общую рабочую температуру. Но вот здесь возникают трудности, особенно с испытательными трансформаторами: эти устройства не работают в установившемся режиме, как силовой трансформатор. Мы говорим о коротких испытаниях под высоким напряжением — от минут до часов, а не 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Так это меняет лимит?
Судя по нашим лабораторным тестам и отраслевым стандартам (к ним я вернусь позже), ответ — твердое «да, но не так много, как вы думаете». Силовые трансформаторы могут выдерживать повышенную температуру при кратковременных всплесках, поскольку они предназначены для непрерывного использования, но испытательные трансформаторы подвергаются сильной нагрузке в коротких окнах, поэтому тепловой класс изоляции по-прежнему определяет безопасный предел. Например, испытательный трансформатор сухого типа класса F: если температура окружающей среды 40°C, максимальная общая температура составляет 155°C, поэтому повышение не может превышать 115°C? Подожди, нет, подожди, нет, я путаю общую температуру с повышением. Позвольте мне исправить следующее: стандарт IEC 60076-12 (для силовых трансформаторов сухого типа) и IEC 60450 (для испытательных трансформаторов) определяет, что измерение повышения температуры осуществляется через сопротивление (для обмоток) или датчик (для сердечника). Для изоляции класса F предел повышения температуры обмотки испытательных трансформаторов составляет 80°C при температуре окружающей среды 40°C. Это дает в общей сложности 120°C, что значительно ниже максимального значения для класса F, равного 155°C, поэтому имеется встроенный буфер безопасности. Класс H — это повышение на 105°C по сравнению с 40°C, всего 145°C, что все еще ниже максимального значения для класса H на 180°C.
Итак, почему это важно для кого-то на рынке? Если вы покупаете испытательный трансформатор сухого типа, экономия на классе изоляции в целях экономии приведет к перегреву во время испытаний. Пару лет назад у меня был клиент, который использовал изоляцию более низкого класса B (которая составляет общее повышение температуры на 80 ° C, а не на 80 ° C по сравнению с окружающей средой) на испытательном устройстве для испытаний на напряжение переменного тока 100 кВ. После 15 минут непрерывных испытаний температура обмотки достигла 170°C, что значительно превышает общий показатель для класса F, не говоря уже о дешевом классе B. Изоляция треснула, пришлось заменить весь трансформатор, и сроки проекта были пропущены. Мы хотим помочь вам избежать такой головной боли.
Еще один момент: трансформаторы сухого типа не имеют естественного охлаждения за счет масляной конвекции, поэтому мы полагаемся на принудительную воздушную или даже естественную конвекцию. Если ваша испытательная установка находится в небольшом закрытом помещении без притока воздуха, повышение температуры будет выше номинального предела. Мы всегда советуем клиентам проверять свою тестовую среду: вентиляция является ключевым моментом. Сравните это с агрегатами масляного типа, где даже немного душное пространство может быть приемлемым, потому что масло лучше рассеивает тепло, например, варианты испытательных трансформаторов переменного тока с масляным изолирующим цилиндром, с которыми мы работаем. Но сухой тип бывает разный, поэтому большую роль здесь играет окружающая среда.
Подождите, давайте поговорим о продолжительности испытаний, потому что это характерно для испытательных трансформаторов переменного и постоянного тока, а не для обычных силовых. Когда вы проводите тест hipot, обычно это 1 минута для низковольтного оборудования, 5 минут для высоковольтного оборудования, а может быть и дольше для чего-то вроде тестируемых кабелей или трансформаторов. Наши агрегаты сухого типа рассчитаны на это, поэтому во время этого короткого испытания повышение температуры является временным, а не установившимся. Позволит ли это нам преодолеть ограничения? Отраслевые организации, такие как IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике), утверждают, что при кратковременных перегрузках (а это и есть тестовые прогоны) вы можете превысить номинальное повышение на короткое время, но только если это не приведет к превышению общей температуры за пределы максимального значения изоляции. Например, устройство класса F с номинальным повышением температуры 80°C: если во время 10-минутного испытания повышение достигает 90°C, это всего составляет 130°C — все равно ниже 155°C, что абсолютно безопасно. Но если общая температура достигнет 110°C, это тревожный сигнал, даже если тест длился всего 10 минут.
Мы провели множество тестов в нашем собственном магазине, чтобы подтвердить это. В прошлом году у нас был клиент, которому требовался испытательный трансформатор постоянного тока напряжением 150 кВ для оборудования подстанции. Они беспокоились о нагреве, поскольку испытывали большие вводы, потребляющие большой ток. Мы рекомендовали нашу стандартную установку сухого типа класса H с пределом повышения температуры 105°C. Мы провели несколько испытаний при постоянном напряжении 150 кВ по 20 минут каждое, контролировали температуру обмотки с помощью датчиков сопротивления — пиковое повышение составило 98°C, общая температура 138°C, что вполне соответствовало максимальному значению изоляции. Никаких проблем, с тех пор они используют его каждый месяц.
А как насчет других типов испытательных высоковольтных трансформаторов, просто чтобы дать контекст? Вы, наверное, видели предлагаемый нами испытательный трансформатор высокого напряжения 150 кВ SF6 без PD — в них для изоляции используется газ гексафторид серы, поэтому их температурные пределы также различаются, поскольку охлаждение газа более последовательное, чем охлаждение воздуха. Но сухой тип по-прежнему используется в тех случаях, когда нефть или газ могут представлять опасность, например, в закрытых испытательных лабораториях, где утечки могут быть проблемой, или в зонах со строгими экологическими нормами по утилизации масла.
Еще один распространенный вопрос: можно ли установить индивидуальный предел повышения температуры? Мол, если нужен агрегат для очень коротких тестов (30 секунд), можно ли увеличить подъем? Технически да, но мы должны убедиться, что это не повлияет на срок службы изоляции. Даже если испытание длится всего 30 секунд, каждый раз, когда вы перегреваете изоляцию, вы ускоряете ее старение. Срок службы изоляции обратно пропорционален температуре: на каждые 10°C выше номинального значения срок службы сокращается вдвое. Таким образом, даже кратковременное испытание на перегрев при температуре 20°C со временем сократит срок службы изоляции на 50%. Вот почему мы придерживаемся стандартных ограничений, если только это не чрезвычайная ситуация, и даже в этом случае мы не советуем этого делать.
Давайте также упомянем, почему для некоторых пользователей сухой тип лучше, чем масляный, что связано с разговором о пределе температуры. Трансформаторы масляного типа (например, тестер выдерживающего напряжения переменного и постоянного тока переменного и постоянного тока) обычно имеют более низкое максимальное повышение температуры — около 55 ° C по сравнению с окружающей средой для масляной изоляции класса А. Но они требуют регулярной проверки масла, технического обслуживания и могут протекать. Сухому типу не требуется масло, поэтому он не требует особого ухода, безопаснее в помещении и его легче передвигать. Компромисс заключается в том, что их предел повышения температуры немного выше, но современные технологии изоляции (класс H, усовершенствованная эпоксидная смола) во многом сократили этот разрыв.
Я не хочу набрасывать на вас слишком много стандартов, но если вы проводите собственное исследование, то ключевыми из них являются: IEC 60076-12 (силовые трансформаторы сухого типа), IEC 60450 (измерение повышения температуры в трансформаторах), IEEE C57.12.90 (код испытаний для трансформаторов сухого типа). В этих стандартах подробно описывается, как измерять повышение температуры (метод сопротивления обмоток, термопары для сердечников и обмоток) и пределы, основанные на классе изоляции.
Подождите, давайте на секунду перейдем к практике. Когда вы получаете от нас испытательный трансформатор сухого типа, в техническом описании будет указано номинальное превышение температуры для его класса изоляции. Например, наши агрегаты класса F имеют повышение температуры на 80°C, класса H — на 105°C. Чтобы проверить, находитесь ли вы в допустимых пределах, просто измерьте температуру окружающей среды в месте проведения испытаний, прибавьте повышение и убедитесь, что она ниже максимальной общей температуры изоляции. Если вы используете его для испытаний на напряжение переменного и постоянного тока, вы можете использовать мультиметр для измерения сопротивления обмотки до и после испытания — повышение температуры рассчитывается на основе изменения сопротивления (поскольку сопротивление увеличивается с температурой). Это простой и не требующий суеты способ проверки.
Распространенные ошибки, которые допускают люди: 1) Использование температуры окружающей среды в неподходящее время — например, измерение ее утром перед тестом, но в течение дня лаборатория нагревается, поэтому вам нужно измерить ее во время тестового запуска. 2) Игнорирование принудительной подачи воздуха — если у вашего трансформатора есть вентилятор для охлаждения, убедитесь, что он работает во время теста, без исключений. 3) Использование класса изоляции ниже требуемого для испытания. У нас были клиенты, пытавшиеся сэкономить 10% на трансформаторе, перейдя на класс B, но он терпел неудачу при первом же испытании высоким напряжением. Это не экономия — это дорогостоящая ошибка.
Давайте поговорим о недавнем примере, который показывает, почему это важно. В прошлом месяце к нам обратился клиент-производитель, которому понадобился трансформатор сухого типа для тестирования новых шнуров питания. У них был ограниченный бюджет, поэтому они присмотрели в Интернете безымянный агрегат с рекламой «низкого повышения температуры». Когда они провели свой первый 5-минутный тест на переменном токе, температура обмотки подскочила до 160°C, что намного превышает максимальную температуру для класса F в 155°C. Изоляция начала понемногу плавиться, а когда на следующий день проверили, на обмотке обнаружился небольшой след разряда. В итоге они купили наш агрегат сухого типа среднего класса F, номинальная температура которого составляла 80°C. Наши тесты показали, что при испытательном напряжении 50 кВ повышение температуры составило 72°C, а всего 112°C — никаких проблем, и в течение месяца все работало без сбоев.
Теперь, если вы ищете испытательный трансформатор переменного и постоянного тока сухого типа, вот на что обратить внимание с точки зрения температурных ограничений: во-первых, подтвердите класс изоляции (сейчас F или H является стандартным, избегайте чего-либо более низкого). Во-вторых, проверьте номинальное превышение температуры, указанное производителем, и убедитесь, что оно соответствует отраслевым стандартам. В-третьих, спросите об их конструкции охлаждения (принудительное воздушное или естественное) и о том, есть ли у них функции контроля температуры (например, встроенные датчики, которые отключаются, если температура становится слишком высокой). Мы включаем термодатчики во все наши устройства в качестве меры безопасности — они подадут сигнал тревоги, если подъем превысит 90 % от предельного значения, и отключатся при 105 %, поэтому вам не придется беспокоиться о перегреве, даже если что-то пойдет не так.
Подождите, а стоит ли нам коснуться старых и новых технологий? Десять лет назад класс F был лучшим среди испытательных трансформаторов сухого типа, но сейчас класс H более распространен, поскольку он более долговечен, выдерживает более высокие температуры и стоит не так уж дорого. Предел повышения температуры для класса H составляет 105°C, что дает больше запаса прочности при длительных или сильноточных испытаниях. Поэтому, если вы регулярно проводите тесты продолжительностью более 1 часа, класс H стоит дополнительных инвестиций в температурный буфер.
Еще один момент: разные типы испытаний влияют на повышение температуры. Испытания с высоким напряжением постоянного тока обычно потребляют меньший ток, чем переменный ток, поэтому повышение температуры ниже. Резонансные испытания (с использованием таких систем, как система резонансных испытаний изоляции цилиндра переменного тока) могут иметь более высокий ток, поэтому повышение температуры может быть выше. Если вы используете трансформатор с резонансной системой, вам понадобится блок класса H, который справится с этим дополнительным теплом.
Я знаю, что это много, но главный вывод таков: предел повышения температуры для испытательного трансформатора переменного и постоянного тока сухого типа не является случайным числом — он напрямую связан с его классом изоляции, соответствует строгим отраслевым стандартам и зависит от вашей испытательной среды и настройки. Не существует универсального решения, но соблюдение изоляции класса F или H, соблюдение номинального повышения и обеспечение надлежащей вентиляции обеспечит безопасную работу вашего трансформатора на долгие годы.
Если вы все еще не уверены, какое устройство подходит для ваших нужд, или хотите получить более подробную информацию о температурных испытаниях, свяжитесь с нами. Мы помогли сотням клиентов выбрать правильный трансформатор для их испытательной установки и можем рассказать вам обо всем: от класса изоляции до охлаждения и предельных значений повышения температуры. Не позволяйте неудачному выбору привести к дорогостоящей поломке — давайте пообщаемся и подберем для вас идеальный вариант.
Ссылки:
- МЭК 60076-12: Силовые трансформаторы. Часть 12. Силовые трансформаторы сухого типа.
- МЭК 60450: Измерение повышения температуры в трансформаторах.
- IEEE C57.12.90: Стандартные правила испытаний для сухих распределительных и силовых трансформаторов.
- NEMA SG-4: Рекомендации по применению трансформаторов сухого типа в коммерческих и промышленных установках
