Transformatörlerin Yalıtım Performansını Etkileyen Ana Faktörler

Trafo işletimi sırasında, trafoların yalıtım performansını etkileyen ana faktörler sıcaklık, nem, yağ koruma yöntemleri ve aşırı gerilim etkileridir. Bu nedenle, bu faktörleri makul bir aralıkta kontrol etmek, trafoların güvenli kullanımını sağlamanın temel unsurudur.

1. Sıcaklığın Etkisi

Güç trafoları yağlı kağıt ile yalıtılır ve yağlı kağıttaki nem, farklı sıcaklıklarda farklı denge eğrilerine sahiptir. Normal koşullarda, sıcaklık yükseldiğinde kağıttaki nem yağa salınır; aksi durumda kağıt yağdan nem emer. Bu nedenle, sıcaklık daha yüksek olduğunda, trafodaki yalıtım yağının nem içeriği daha fazladır; tersine, nem içeriği daha azdır.

Sıcaklıklar farklı olduğunda, selülozun ürettiği eşlik eden gazların çözünme ve zincir kırılma dereceleri değişir. Belirli bir sıcaklıkta, CO ve CO2 verimi sabittir, yani yağdaki CO ve CO2 gaz içeriği zamanla doğrusal olarak ilişkilidir. Sıcaklık artmaya devam ettikçe, CO ve CO2 oluşum hızı üstel olarak artma eğilimindedir. Böylece, yağdaki CO ve CO2 içeriği, yalıtım kağıdının termal yaşlanmasıyla doğrudan ilişkilidir ve içerik değişimi, kapalı bir trafodaki kağıt katmanının anormal olup olmadığını değerlendirmek için kriterlerden biri olarak kullanılabilir.

Transformatörün ömrü, izolasyonun yaşlanma derecesine bağlıdır ve bu da çalışma sıcaklığına bağlıdır. Nominal yük altında, yağa batırılmış transformatörün sargılarının ortalama sıcaklığı 65°C'ye yükselir ve en sıcak nokta sıcaklığı 78°C'ye ulaşır. Ortalama ortam sıcaklığı 20°C ise, en sıcak nokta sıcaklığı 98°C olur; bu sıcaklıkta transformatör 20-30 yıl çalışabilir. Eğer transformatör aşırı yüklenirse, sıcaklık artar ve bu da ömrü kısaltır.

Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), A sınıfı izole edilmiş transformatörlerin 80°C ile 140°C arasındaki sıcaklık aralığında olduğunu ve sıcaklık her 6°C arttığında, transformatör izolasyonunun etkin ömrünün yarıya indiğini belirtmektedir. Bu, 6°C kuralıdır ve ısının sınırlamalarını gösterir. Geçmişte kabul edilen 8°C kuralından daha katıdır.

2. Nem Etkisi

Nem varlığı, kağıt selülozunun bozulmasını hızlandırır. Bu nedenle, CO ve CO2 üretimi de selülozik malzemelerin nem içeriği ile ilişkilidir. Nem sabit olduğunda, su içeriği ne kadar yüksekse, o kadar fazla karbondioksit ayrışır. Tersine, su içeriği ne kadar düşükse, o kadar fazla CO ayrışır.

İzolasyon yağındaki eser miktardaki nem, izolasyon performansını etkileyen önemli faktörlerden biridir. İzolasyon yağındaki eser miktardaki nemin varlığı, izolasyon ortamının elektriksel, fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerinde büyük zararlara yol açar. Nem, izolasyon yağının kıvılcım deşarj voltajını düşürür, dielektrik kayıp faktörü tg8'i artırır, izolasyon yağının yaşlanmasını hızlandırır ve izolasyon performansını kötüleştirir. Ekipman nemi, sadece güç ekipmanlarının operasyonel güvenilirliğini ve hizmet ömrünü azaltmakla kalmaz, aynı zamanda ekipman hasarına ve hatta kişisel güvenliği tehlikeye atabilir.

3. Yağ koruma modunun etkisi

Transformatör yağındaki oksijenin etkisi, yalıtım bozunma reaksiyonunu hızlandırır ve oksijen içeriği, yağın koruma yöntemiyle ilişkilidir. Ayrıca, farklı su havuzları, CO ve CO2'nin yağda çözünme ve yayılma şekillerini farklı şekillerde korur. Örneğin, CO'nun çözünme miktarı azdır, bu da açık transformatörlerde CO'nun yağ yüzeyi boşluğuna yayılmasını kolaylaştırır. Bu nedenle, açık transformatörlerde CO'nun hacimsel oranı genellikle 300x10-6'yı geçmez. Kapalı transformatörlerde ise, yağ yüzeyi havadan yalıtıldığı için CO ve CO2'nin buharlaşması zordur, bu yüzden içerikleri nispeten yüksektir.

4. Aşırı gerilimin etkisi

(1) Geçici aşırı gerilimin etkisi

Üç fazlı transformatörün normal çalışması sırasında oluşan toprağa göre gerilim, faz geriliminin %58'idir, ancak tek fazlı bir arıza meydana geldiğinde, nötr noktası topraklanmış sistemlerde ana yalıtım gerilimi %30, nötr noktası topraklanmamış sistemlerde ise %73 artar, bu da yalıtıma zarar verebilir.

(2) Yıldırım aşırı geriliminin etkisi

Yıldırım aşırı gerilim dalgasının dik olması nedeniyle, boyuna yalıtım (sargılar arası, paralel, yalıtım) üzerindeki gerilim dağılımı oldukça düzensizdir, bu da yalıtım üzerinde deşarj izleri bırakarak katı yalıtımı bozabilir.

(3) İşletme aşırı geriliminin etkisi

İşletme aşırı gerilim dalgası nispeten düzgün olduğundan, gerilim dağılımı yaklaşık olarak doğrusaldır. İşletme aşırı gerilim dalgası bir sargıdan diğerine aktarıldığında, iki sargı arasındaki sarım sayısıyla kabaca orantılıdır; bu durum, ana veya fazlar arası yalıtımın bozulmasına ve hasar görmesine yol açabilir.

5. Kısa devre elektromotor kuvvetinin etkisi

Çıkışın kısa devre yapması durumundaki elektromotor kuvvet, transformatör sargılarını deforme edebilir ve çıkış hattını yerinden oynatabilir; böylece orijinal yalıtım mesafesi değişerek yalıtımın ısınmasına, yaşlanmanın hızlanmasına veya hasara, deşarj, ark ve kısa devre arızalarına neden olabilir.

JYM Yalıtım Direnci Test Cihazı