۴۲۵

بر طبق راهنمای استاندارد IEEE C57.91-1995 برای ده‌ها سال، طول عمر عایقی نرمال ترانسفورماتور یک موضوع بحث برانگیز بوده است. نسخه های پیش از IEEE C57.91.1981 عمر عایقی ۶۵۰۰۰ ساعت را برای ترانسفورماتور قدرت تعیین کرده بودند. این استاندارد در حال حاضر بیان می‌کند که این مقدار ممکن است خیلی محافظه‌کارانه باشد و بر همین اساس عمر عایقی ۱۸۰۰۰۰ ساعت، برای چندین سال است که مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• دمای نقطه داغ ترانسفورماتور

همان‌طور که قبلاً توضیح داده شد، خواص دی الکتریکی و مکانیکی یک عایق در دمایی بالاتر از محدوده نرمال دچار زوال می‌گردد. همچنین می‌دانیم که اگر دمای نقطه داغ از ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد فراتر رود عایق با نرخی سریع‌تر از حالت عادی دچار فرسودگی خواهد شد. دمای نقطه داغ ترانسفورماتور مشابه دمای روغن، پارامتر کنترل‌کننده سیستم خنک‌کننده و صدور فرمان‌ها آلارم و تریپ حرارتی است. از سوی دیگر از آنجایی که تنش های حرارتی یکی از مهم‌ترین عوامل زوال عایقی ترانسفورماتورها است و داغ‌ترین نقطه سیم‌پیچ ترانسفورماتور محتمل‌ترین مکان برای شکست عایقی است، بنابراین مهم‌ترین عامل محدودکننده بارگذاری ترانسفورماتور است و تعیین دقیق آن سبب می‌شود ارزیابی بهتری از قابلیت بارگذاری، عمر از دست رفته و عمر باقیمانده ترانسفورماتور امکان‌پذیر شود. سه روش اصلی به شرح زیر برای تعیین دمای نقطه داغ وجود دارد:
الف - اندازه‌گیری مستقیم (حسگر فیبر نوری)
ب - شبیه‌سازی دمای نقطه داغ
پ - محاسبه با بهره گرفتن از مدل‌های حرارتی استاندارد
الف- اندازه‌گیری مستقیم دمای نقطه داغ با بهره گرفتن از فیبر نوری
روش‌ اندازه‌گیری مستقیم با بهره گرفتن از فیبر نوری دقیق‌ترین روش موجود است. اما به علت هزینه بالا و قابلیت اطمینان نسبتاً پایین و حساسیت و شکنندگی حسگرهای فیبر نوری، هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است و بیشتر در تحقیقات آزمایشگاهی به کار می‌رود. نکته دیگری که درباره این حسگرها باید گفت این است که نصب آن‌ها تنها در هنگام ساخت یا تعمیرات ترانسفورماتور امکان‌پذیر است.
ب- شبیه‌سازی دمای نقطه داغ
در ترانسفورماتورهای موجود، این دما از طریق قرار دادن یک ترمومتر و به روش شبیه‌سازی به دست می‌آید. مشکل این نوع تجهیزات این است که صحت دمای اندازه‌گیری شده و نقاط تنظیم به دقت دماسنج و همچنین توانایی تکنسین بستگی دارد. دقت این ترمومترها که توسط پست‌های حرارتی در کارخانه کالیبره می‌شود معمولاً حدود ۲ تا ۳ درجه سانتی‌گراد است و با گذشت زمان ممکن است به ۵ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد هم تغییر یابد که در این زمان باید مجدداً کالیبره شود.
پ- محاسبه دمای نقطه داغ با بهره گرفتن از مدل‌ حرارتی استاندارد IEEE
دمای نقطه داغ از رابطه زیر به دست می‌آید:
(۳-۲۶)
که در آن :
θ_H : دمای نقطه داغ سیم‌پیچ بر حسب °C
θ_A : دمای محیط بر حسب °C
∆θ_TO : افزایش دمای روغن قسمت بالای تانک بالاتر از دمای محیط بر حسب °C
∆θ_H : افزایش دمای نقطه داغ سیم‌پیچ بالاتر از دمای روغن بالای تانک بر حسب °C

• افزایش دمای روغن بالای تانک نسبت به دمای محیط( ∆θ_TO )

همان‌طور که در بخش فرایند انتقال حرارت شرح داده شد، حرارتی که توسط هسته، قسمت‌های داخلی و سیم‌پیچ ترانسفورماتور تولید می‌شود، وزن ویژه روغن را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود که روغن به سمت بالای تانک برود. در مدت حالت ماندگار بار، افزایش دمای روغن قسمت بالای تانک نسبت به دمای محیط ممکن است ثابت باشد. از سوی دیگر، تحت حالت گذرا یا وقتی که بار افزایش یا کاهش می‌یابد، افزایش دمای روغن بالای تانک نسبت به محیط ممکن است به طور پیوسته در حالت تغییر باشد]۲۸[. به عنوان نتیجه از چنین رفتاری، این دما توسط رابطه زیر قابل محاسبه می‌باشد:
(۳-۲۷)
∆θ_TO,U : افزایش دمای نهایی روغن قسمت بالای تانک نسبت به محیط
∆θ_TO,i : افزایش دمای اولیه روغن قسمت بالای تانک نسبت به محیط
t : مدت زمان تغییرات بار برحسب ساعت
: ثابت زمانی روغن ترانسفورماتور برای هر بار L
در مدت افزایش یا کاهش بار، یک حالت گذرای حرارتی در داخل ترانسفورماتور اتفاق می‌افتد که سبب می‌شود دما بالا و پایین برود. به واسطه جرم بالای ترانسفورماتور، زمانی طول می‌کشد تا حرارت از یک مقدار اولیه به یک مقدار نهایی برسد. از این رو افزایش دمای اولیه و نهایی روغن بالای تانک به صورت روابط زیر قابل محاسبه می‌باشد:
(۳-۲۸)
(۳-۲۹)
∆θ_TO,R : افزایش دمای روغن بالای تانک نسبت به محیط در بار نامی(در زمان گزارش تست ترانسفورماتور به دست می‌آید)
K : نسبت بار لحظه ای به بار نامی Per unit
R : نسبت تلفات بار در بار نامی سینوسی به تلفات بی‌باری
n : توان تجربی که برای محاسبه تغییرات ∆θ_TO با تغییرات بار استفاده می‌شود، مقدار n برای هر نوع خنک‌کنندگی مقدار خاصی دارد که از جدول (۳-۳) قابل انتخاب می‌باشد.
زمان مورد نیاز برای اینکه دمای روغن بالای تانک به مقدار نهایی‌اش برسد را ثابت زمانی روغن τ_TO گویند. ثابت زمانی روغن برای افزایش دمای روغن بالای تانک از رابطه زیر به دست می‌آید:
(۳-۳۰)  (۳-۳۱)

: ثابت زمانی برای شروع بار نامی با افزایش دمای روغن بالای تانک ۰°C
P_T,R : تلفات انرژی کل در بار نامی
C : ظرفیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت