Аналіз впливу мікротріщин на мультипольову модель старіння целюлозної ізоляції силового трансформатора

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.08

Ключові слова:

трансформатор, мікротріщини, математична модель, температурне поле, поле вологи, поле кислотності старіння ізоляції, пакет програм FEMM

Анотація

В сучасному світі силові трансформатори займають важливе місце тому що вони використовуються в розподілі, перетворені та передачі електричної енергії та використовуються в усіх напрямах електропостачання, тому дослідження процесу старіння целюлозної ізоляції силового трансформатора є актуальним та досліджується багатьма вченими, але ще є питання які досі не вирішенні та полягають подальшого дослідження. У роботі описано модель впливу мікротріщин та метод побудови двовимірної моделі для дослідження процесу старіння целюлозної ізоляції силового трансформатору з використанням пакета програм FEMM (Finite Element Method Magnetics). Показано, як мікротріщини впливають на целюлозну ізоляцію та допомагають оцінити вібраційні впливи на обмотки і пов'язати рівні динамічних напружень з імовірністю формування мікротріщин в паперовій ізоляції. Наведено методику кількісного моделювання процесу старіння з урахуванням механічного поля (циклічна втома), термохімічного впливу та перевірочних випробувань (DP, фенольні, фуранові маркери в олії, вимірювання вібрації). Ключові висновки ґрунтуються на аналізі сучасної літератури зі старіння целюлозної ізоляції силового трансформатора та дослідженнях вібраційного впливу на целюлозну ізоляцію в пакета програм FEMM. Також слід зазначити, що більш детальне дослідження полів які впливають на старіння ізоляції силового трансформатора дозволяє подовжити термін експлуатації та знизити витрати на обслуговування трансформатора, тому можна сказати що дослідження вважається актуальним та доцільним.

Посилання

  1. Yuan Z., Wang Q., Ren Z., Lv F., Xie Q., Geng J., Zhu J., Teng F. Investigating Aging Characteristics of Oil-Immersed Power Transformers' Insulation in Electrical-Thermal-Mechanical Combined Conditions. Polymers. – 2023. – Vol. 15, Issue 21. – P. 4239. https://doi.org/10.3390/polym15214239. – Accessed: 15.04.2025.
  2. Meeker D. Finite Element Method Magnetics. User Manual. – Version 4.2. – 2022. – Available at: https://www.femm.info/Archives/doc/manual.pdf. – User Manual. – Accessed: 01.03.2025.
  3. Ahmad A. et al. Short circuit stress analysis using FEM in power transformer on HV winding displaced vertically & horizontally. Alexandria engineering journal. – 2018. – Т. 57. – No. 1. – Pp. 147-157.
  4. Ahn H. M. et al. Finite-element analysis of short-circuit electromagnetic force in power transformer. IEEE Transactions on Industry Applications. – 2011. – Т. 47. – No. 3. – Pp. 1267-1272.
  5. ABB – special report and technical reviews on oil-filled and oil-free transformers. – 2018. – Available at: https://search.abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=9AKK107046A6487&LanguageCode=en&DocumentPartId=&Action=Launch – 01-64 ABB – special report. – Accessed: 21.03.2025.
  6. Guides and articles on selecting GSU (Generator Step-Up) and power station practices: kataloh produktsii / Prolec. – 2024. – Available at: https://www.prolec.energy/wp-content/uploads/2024/12/PGE_Data-Sheet_ Generation_Step-Up_Transformers_RGB_ENG_0224 _V1.pdf. – Generator Step-Up. – Accessed: 25.03.2025.
  7. United for Efficiency – Guide to Energy Efficiency in Transformers (Overview of Technologies and Practices). – 2017. – Available at: https://united4efficiency.org/wp-content/uploads/2017/11/U4E-TransformersGuide-201711-Final.pdf. – Overview of Technologies and Practices. – Accessed: 12.03.2025.
  8. Zaporozhtransformator. Pasport sylovoho transformatora. – Zaporizhzhia : ZTR, 2015. – Available at: https://ztr.ua/produсts/uploads/2015/05/Pasport/Transformator.pdf. – Transformator . – Accessed: 11.01.2025.
  9. Dovidnyk. Dovidkovi dani po transformatorakh i avtotransfor-matorakh iz vyshchoiu napruhoiu 220-500 kV. – Zaporizhzhia : ZTR. – Available at: https://forсa.сom.ua/info/spravka/spravoсhnye-dannye-po-transformatoram-i-avtotransformatoram-s-vysshim-napryazheniem-220-500-kv.html. – ATDCNT 220-500. – Accessed: 11.03.2025.
  10. Li J. et al. A novel aging indiсator of transformer paper insulation based on dispersion staining colors of cellulose fibers in oil. IEEE Electrical Insulation Magazine. – 2018. – Т. 34. – No 4. – Pp. 8-16.
  11. Сigré B. 323: Ageing of сellulose in mineral oil insulated transformers. Study Committee D. – 2007. – Т. 1.
  12. Matusevych O.O. Udoskonalennia systemy diahnostuvannia sylovykh transformatoriv tiahovykh pidstantsii elektryfikovanykh zaliznyts. Hirnycha elektromekhanika ta avtomatyka. – 2014. – No. 92. – Pp. 31-36.
  13. Poliakov M. O., Vasylevskyi V. V., Baraban O. D. Postanovka zadachi multypolovoho modeliuvannia protsesiv znosu tseliuloznoi izoliatsii sylovoho transformatora. – 2024.
  14. Poliakov, M., Vasylevskyi, V., & Baraban, O. (2025). Analysis of the influence of thermal and electric fields on the wear process of cellulose insulation of a power transformer in the FEMM software package. Bulletin of NTU "KhPI". Series: Problems of Electrical Machines and Apparatus Perfection. The Theory and Practice, (1 (13), 59–62. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2025.1.12
  15. Liang Z. et al. Innovative transformer life assessment considering moisture and oil circulation. Energies. – 2024. – Т. 17. – No 2. – Pp. 429.
  16. Yang L. et al. Improvement of lifetime model on thermal aging of oil-paper insulation by time-temperature-moisture superposition method. Zhongguo Dianji Gongcheng Xuebao (Proceedings of the Chinese Society of Electrical Engineering). – Chinese Society for Electrical Engineering, 2011. – Т. 31. – No. 31. – Pp. 196-203.
  17. Fan X. et al. FDS measurement-based moisture estimation model for transformer oil-paper insulation including the aging effect. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2021. – Т. 70. – Pp. 1-10.
  18. Enderle T. P. et al. Adapting the IEEE C57. 91 Standard for Underground Transformers with Natural Ester Insulating: Analysis, Thermal Modeling and Life Expectancy Estimation. IEEE Access. – 2025.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Поляков , М. ., Василевський , В. ., & Барабан , О. . (2026). Аналіз впливу мікротріщин на мультипольову модель старіння целюлозної ізоляції силового трансформатора. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин I апаратiв. Теорiя I практика, (1 (15), 47–53. https://doi.org/10.20998/2079-3944.2026.1.08

Номер

№ 1 (15) (2026): Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Проблеми удосконалювання електричних машин і апаратів. Теорія і практика

Розділ

Електричні машини

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 М.О. Поляков, В.В. Василевський, О.Д. Барабан

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.