Старение и пробой
Наиболее частными отказами в электрическом оборудовании являются старение изоляции, и ее пробо). При этом электрическая изоляция может быть жидкой, или твердой, органической или неорганической.
К органическим изоляционным материалам относятся: эмали, лаки, смолы, или полимеры, которые применяются к поверхности стали для обеспечения высокого межслойного (между витками обмотки) сопротивления. Такой тип изоляции можно увидеть на большинстве оборудования с воздушным охлаждением, и у некоторых трансформаторов, погруженных в масло.
Большие трансформаторы заполняются чистым минеральным маслом, имеющим более высокие изоляционные свойства, и более эффективное рассеивание тепла при использовании внешних радиаторов, вентиляторов и насосов. Физическая изоляция внутри таких трансформаторов часто имеет вид пропитанной маслом бумаги, в которую обернуты проводники.
К неорганическим изолирующим материалам относятся комбинации следующих соединений:
- Оксид магния,
- Силикаты,
- Фосфаты,
- Керамическая пудра.
Изоляция такого типа обычно наносится термическим путем на поверхность стали, и менее распространена, чем органическая изоляция.
Независимо от типа применяемой изоляции, двумя, наиболее распространенными факторами, играющими значимую роль в отказах изоляции, являются влажность и тепло.
Избыточная влажность
Для электрического оборудования, охлаждаемого воздухом, очень важно содержание влажности в воздухе. По мере старения изоляции, в ней появляются небольшие очень тонкие трещины. В эти трещины проникает влага, создавая путь для короткого замыкания между смежными витками провода.
Хотя напряжение между этими витками не очень велико, когда они замыкаются друг с другом, создается замкнутая петля магнитного потока, вызывающая огромный ток в закороченной петле. Это, обычно, приводит к разрушению электрического оборудования, которое требуется заменять или перематывать.
Для оборудования, заполненного маслом (то есть, для трансформаторов) влажность можно определить только регулярным забором образцов масла. Влага поступает в масло через вентиляционные отверстия расширения масла во время непрерывного процесса циклов нагрева и охлаждения трансформатора.
Для снижения скорости накопления влаги в масле можно использовать специальные осушители (например, Drycol) и влагопоглотители.
В случае трансформаторов, наполненных маслом, важно отметить, что требуется очень незначительный объем влаги, чтобы заметно снизить изолирующие свойства масла. Для снижения изолирующих свойств масла на 50%, достаточно всего 30 частей воды на миллион частей масла.
Избыточное тепло
У электрического оборудования, охлаждаемого воздухом, высокая температура вызывает термальное старение. Это приводит к тому, что изоляция становится хрупкой. Отказ может произойти либо в связи с описанным выше проникновением влажности, либо при физическом контакте с проводниками.
Для заполненных маслом трансформаторов существует химическое старение изоляции. Химическое старение при высокой температуре происходит быстрее, и снижение срока потери изоляционных свойств связано с температурой почти экспоненциальной зависимостью.
В качестве примера - снижение времени жизни изоляции, рассчитанной на номинальный рост температуры в 65°C, возрастает с 0.001% в час при 100°C до 0.05% в час при 140°C. А при температуре 180°C, старение увеличивается на 1.0 %.
Если перевести это в ожидаемую продолжительность жизни изоляции, то она составит 11.4 года при 100°C, 83 дня при 100°C, и 100 часов при 180°C.
Совершенно очевидна важность выполнения ежедневной регистрации рабочих температур, и обеспечения того, что все электрическое оборудование работает при низких температурах.
