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電抗器

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【電抗器常識】電抗器使用壽命的分析

      電抗器在額定負載下長期正常運行時間，就是電抗器的使用壽命。電抗器使用壽命由材料所決定。制造電抗器的材料有金屬材料和絕緣材料兩大類，金屬材料耐高溫，而絕緣材料長期在較高的溫度、電場和磁場作用下，會逐漸失去原有的力學性能和絕緣性能，例如變脆、機械強度降低、電擊穿。這個漸變過程就是絕緣材料的老化。溫度越高，絕緣材料的力學性能和絕緣性能減弱的越快;絕緣材料含水量越大，老化也越快。電抗器中的絕緣材料要承受電抗器運行產生的負荷和周圍環境的作用，這些負荷的總和、強度和作用時間決定絕緣材料的使用壽命。
　　
      這些負荷包括熱性質的、機械性質的和電氣性質的，以及周圍環境的溫度、化學污染、灰塵和各種射線。由于熱作用一方面可以引起化學變化，如導致絕緣材料分子結構中的鏈斷裂，分離反應和交鏈反應;另一方面由于金屬導線和相鄰絕緣材料間的熱膨脹系數差別較大，而產生機械擠壓破壞。
　　
      因電抗器運行產生的交變磁場而引起的機械負荷有壓力、拉力、伸展、振動等。承受的機械應力高于臨界值時，絕緣材料會產生斷裂。周圍環境中對電抗器起破壞作用的最顯著的因素是溫度高、濕度大;其次是強光照射、塵埃、細沙、煙霧等;另外還有生物(如霉菌和細菌)的影響，以及一些動物(如白蟻)的侵害。尤其是在戶外條件下的紫外線輻射，會加速有機聚合物的絕緣材料的老化。
　　
      電抗器運行時，它的使用壽命要受到上述各種負荷和環境的影響，其中熱負荷和環境的影響最大。因為，在保持足夠的機械和電氣特性下，電抗器繞組的熱穩定溫升被認為是其最主要的性能指標之一。為此，IEC及相關的國家標準中均對采用各種不同耐溫等級絕緣材料的電抗器的工作溫升限值規定如表列所示。當溫升較高時，電抗器運行時的熱流強度的增加而趨于不均勻，其平均溫度與最熱點溫度的差值也增大。
　　
      電抗器運行時，它的繞組既是導熱介質、又是熱源，它的溫度一般來說在空間上總是按一定規律呈曲線分布。這樣就有了最熱點溫升和平均溫升之分，電抗器繞組的溫升限值以其最熱點溫升為準，平均溫升是評價設計是否合理和經濟性能優劣的重要指標。平均溫升與與最熱點溫升之間有一定的規律性聯系，電抗器繞組絕緣的熱壽命和絕緣是否受損應用繞組最熱點溫升來決定。而不是平均溫升來決定。干式空芯電抗器的使用壽命根據蒙特申格爾(Montsingey)的壽命定律來計算。上式中，T為絕緣材料的使用壽命;A為常數(根據電抗器所用絕緣材料的耐溫等級確定);θ為常數，約為0.88;θ為絕緣材料的實際工作溫度。對于蒙特申格爾壽命定律的半對數θ=f(lnT),得到含有方向常數(-1/α)的直線，該直線如圖所示，這就是繞組的壽命(繞組耐熱等級為A，B和H)與繞組工作溫度的函數關系。
　　
      每種絕緣材料都有一個固定的溫度變化值。在某一統計期內，若電抗器繞組的最熱點溫度比所用絕緣材料的最高允許溫度低，則絕緣材料老化緩慢，壽命延長。反之則絕緣老化加速，壽命縮短。對于電抗器的整個壽命而言，這一絕緣壽命的延長或縮短便構成了壽命的補償。每種絕緣材料的壽命減少一半或增加一倍的溫度變化值是固定不變的。該溫度變化值對于A級為8℃，對于B級為8~10 ℃，對于H級為12 ℃。由于A級的Δθ=8 ℃。因而蒙特申格爾壽命定律還稱為8 ℃規律，H級一般稱為12℃規律。

      綜上所述，每種絕緣材料均有其耐受的絕緣最高溫度，當電抗器繞組的最熱點溫度超過絕對最高溫度時，絕緣材料將迅速碳化而喪失絕緣性能和力學性能。因此若電抗器經常過負荷運行時，一定要在定貨時與制造廠協商，在設計時考慮經常過負荷的工作狀態，保證電抗器必要的運行壽命。

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