耐热等级的影响 变压器的耐热等级表示绕组在最高负荷条件(热点)下工作并应具有至少符合这一等级的绝缘材料时可以承受的最高温度。计算答应最高温度的公式如下:
最高温度=平均绕组温升(K) 最大环境温度 热点答应温度
这意味着必须将绝缘系统的额定温度设定为绕组的最高温度,而不仅仅是绕组的平均温度,下表示出了基于IEC标准726的干式变压器的温度比较结果。
表5.最热点温度计算结果
耐热等级 平均绕组 最大 热点 最高
温升(K) 环境温度(℃) 温差 温度(℃)
B级 80 40 10 130
F级 100 40 15 155
H级 125 40 20 185
C级 150 40 30 220
正如所规定的那样,绝缘材料必须能够承受绕组内的最热点温度。美国的一些研究1表明,最热点温差可能比标准中规定的温差高,视线圈设计和外形而定。温差可能高达10至20K。这可能导致降低变压器的耐热等级或提高绕组中绝缘材料的等级。因此,与降低变压器的实际耐热等级相比,采用耐高温材料是最经济的解决方案。
采用这些耐高温芳族聚酰胺材料还具有许多其它优点。
1)对效率的影响
a.较小的线圈意味着磁芯尺寸较小,这可降低空载损耗
b.导体较少和温度较高会导致负载损耗增加
c.常用损耗评估方程一般在空载损耗上放更大的值,通常20年内估算的损耗比在3::1至6::1之间,这对小型变压器较为有利。
2)对尺寸和重量的影响
a.较高的绕组温度答应线圈较小,磁芯较小,节省成本、空间和重量
b.H级线圈一般比F级线圈小15,比B级线圈小30;R级线圈可以进一步减小约10
3)热保护
a.F级变压器一般采用B级和F级绝缘材料,因而几乎不提供超负荷保护
b.H级变压器一般具有R级绝缘(220℃芳族聚酰胺材料),这种材料可以承受比H级更高的温度,因而可提供较高超负荷保护。
因此,更高温度设计方式更充分地采用了原材料,并使损耗降至最低程度,从而降低了总运行成本,这是全球各地正逐渐形成的一种趋势。
结论
本文旨在引起用户和制造商对采用耐高温绝缘材料的注重,以及这种材料可为干式变压器提供的机会。本文还归纳了用这种材料生产的变压器可为用户提供的优点,尤其是强调了固有超负荷承受能力提供的可能性。这可使用户购买不仅成本低廉而且还具有比预期使用寿命长的使用时间的额定容量降低的变压器。在21世纪的世界中,这种技术可使制造商满足社会对改善安全性、环境保护方面日益增长的需求。此外,还提高了配电网内的短路和脉冲冲击能力。耐高温敞开式干式变压器技术并不是新技术,但它最适于满足市场日益增长的需求和发展趋势,并可以通过经济可靠的方式实现。
参考文献
1L.W.皮尔斯,"敞开式干式变压器中的最热点温度",IEEE论文WM052-1PWRD,1993年2月1-5日俄亥俄州哥伦布IEEEPES冬季会议上提交的论文。