Трансформаторы, один из краеугольных камней любой электросети, являются важными компонентами, предназначенными для эффективного распределения и передачи электроэнергии при различных уровнях напряжения. Обычно трансформаторы рассчитаны на работу ниже номинальной мощности, но бывают случаи, когда им приходится временно работать в условиях перегрузки. Пока они работают в пределах расчетной перегрузочной способности, возникновение проблем маловероятно. Если перегрузка превысит номинальную мощность устройства, это, естественно, приведет к негативным последствиям, которые поставят под угрозу его состояние и срок службы.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о том, что представляют собой эти различные эффекты и как они ухудшают здоровье трансформатора.

Что такое перегрузка трансформатора?

Перегрузка возникает, когда нагрузка трансформатора превышает номинал, указанный на паспортной табличке, т. е. на него действуют токи и/или напряжения, выходящие за пределы его расчетных характеристик. Перегрузка всегда приводит к тому, что трансформатор испытывает более высокие рабочие температуры, что приводит к ускоренному износу всех видов, что в конечном итоге сокращает срок службы агрегата. И в отличие от двигателей, которые можно оживить с помощьюэлектродвигатель перематывается, трансформатор, который часто перегружается, нелегко отремонтировать и часто требует полной замены.

Эти условия перегрузки могут возникать по разным причинам, например, из-за нештатных ситуаций на линиях электропередачи или объектов, намеренно перегружающих трансформатор. Последний случай часто обусловлен надежностью или экономическими причинами, а именно, желанием выиграть время для смягчения упомянутых ранее сценариев непредвиденных обстоятельств и предотвращения отключений электроэнергии или поддержания требований нагрузки потребителей. В таких случаях стимулирование трансформаторов использовать на 25–50% больше ожидаемого срока службы считается необходимой жертвой.

Альтернативно, это может быть вызвано сбоями или неисправностями в других областях энергосистемы. Поскольку эти системы по своей сути сложны, всегда будет риск отказа, независимо от того, насколько хорошо они спроектированы. Именно здесь на помощь приходит его защитное оборудование для выявлениянеисправности трансформатораи изолировать неисправные элементы от остальной системы. В результате поток мощности ищет новые пути удовлетворения установленного спроса на нагрузку, а трансформаторные блоки, расположенные на таких путях, подвергаются риску возникновения условий перегрузки.

Основные последствия перегрузки

1. Перегрев

Трансформаторы, работающие с превышением номинальной мощности, пропускают через обмотки больший ток, что приводит к значительному повышению температуры. Выделяемое дополнительное тепло повреждает различные компоненты устройства, например, изоляцию, и ускоряет их старение и деградацию, что в конечном итоге снижает общую производительность и в конечном итоге приводит к выходу из строя. Кроме того, более высокие температуры также влияют натрансформаторное изоляционное маслои снижает его эффективность.

2. Ускоренный износ и повреждение изоляции.

Здоровье и срок службы трансформатора напрямую зависят от состояния его изоляционных материалов. Эти материалы подвергаются повышенному износу, когда трансформаторы работают на максимальной мощности в течение длительного времени, что сокращает их эффективный срок службы. Каждый раз, когда трансформатор превышает свою нагрузочную способность, внутренние напряжения усугубляются и риск поломок (которые могут привести к внутренним коротким замыканиям) значительно возрастает. В конечном итоге, более короткие циклы технического обслуживания и более частые остановки для ремонта или замены компонентов повлекут за собой более высокие затраты.

3. Снижение эффективности

КПД трансформатора определяется тем, сколько энергии устройство может преобразовать без потерь. Когда трансформатор перегружен, больше энергии теряется в виде тепла. Эти потери энергии не только создают дополнительную нагрузку на трансформатор, но и увеличивают эксплуатационные расходы. Сердечник и обмотки теряют свою эффективность, что приводит к дополнительному энергопотреблению. Операторы заметят повышенное энергопотребление и снижение эксплуатационных характеристик, поскольку оборудование, использующее трансформатор, испытывает нестабильность или неравномерность напряжения.

4. Падения напряжения

Перегруженные трансформаторы часто с трудом поддерживают стабильный уровень напряжения. Повышенный ток через обмотки вызывает падение напряжения, а значит, выходное напряжение трансформатора оказывается ниже необходимого уровня для нижестоящего оборудования, что приводит к сбоям в работе или неэффективной работе подключенных устройств. Чувствительное оборудование может работать ниже мощности или не запускаться, а также могут возникать скачки напряжения, когда система пытается компенсировать низкое напряжение, что приводит к дальнейшему повреждению оборудования. Эта проблема становится более серьезной при использовании оборудования, которое зависит от точных уровней напряжения, например компьютеров, медицинских устройств или автоматизированных систем, поскольку оно может стать ненадежным или поврежденным.

5. Частые отключения или сбои

Когда трансформатор регулярно выходит за пределы проектного предела, он более склонен к внезапным отказам или отключениям из-за нагрузок на его внутренние системы. Автоматические выключатели или механизмы безопасности сработают, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение. Незапланированные отключения влияют на распределение электроэнергии, что приводит к сбоям в работе критически важных систем, зависящих от трансформатора. Сбои могут привести к временному или необратимому повреждению таких систем, нарушая промышленную деятельность или стабильность сети.

Другие риски перегрузки

Помимо проблем, перечисленных выше, существуют и другие риски, связанные с перегрузкой трансформатора, а именно:

Образование пузырьков газа из изоляции, прилегающей к металлическим частям конструкции и изолированным проводникам, которые могут снизить диэлектрическую прочность трансформатора.

Сниженная устойчивость к короткому замыканию из-за временного ухудшения механических свойств трансформатора из-за более высоких температур.

Диэлектрические или механические повреждения, вызванные тепловым расширением деталей конструкции, проводников и изоляционных материалов.

Монтажное давление во втулках, которое может привести к потере масла, негерметичности прокладок и резкому разрушению диэлектрика.

Возможность расширения масла в баке, когда температура верхнего масла превышает стандартные пределы.

Регулирование напряжения трансформатора может увеличиться из-за более высокой силовой нагрузки и, возможно, низкого коэффициента мощности запаздывания.

Заключение

Перегрузка трансформатора имеет серьезные последствия для его работоспособности и производительности. Когда трансформатор работает сверх номинальной мощности, он подвергается риску перегрева, снижения эффективности и преждевременного старения. Со временем может произойти повреждение изоляции и деградация жилы, что приведет к дорогостоящему ремонту или полному выходу из строя.