فرایند حرارتی یک ترانسفورماتور با نگه‌داشتن دما تحت مقدار مجازی که توسط شرکت سازنده مقرر می‌شود کنترل می‌شود. این محدودیت دما معمولاً با پیروی از استانداردهای IEEE و IEC برای ترانسفورماتورهای قدرت وضع می‌شود.

• • • • 1. 1. دماها و استانداردهای IEEE

         

         

     

     

برای استفاده از یک ترانسفورماتور قدرت باید محدودیت‌های اصلی‌اش را دانست. پر واضح است که دمای تولید شده توسط تلفات ترانسفورماتور بر طول عمر عایق آن تأثیر می‌گذارد. این محدودیت‌ها در مورد دمای محیط، دمای متوسط سیم‌پیچ و بیشینه دمای نقطه داغ سیم‌پیچ می‌باشند. بر طبق استاندارد IEEE C57.12.00-2000، ترانسفورماتور قدرت روی دمای بیشینه محیط ۴۰ درجه سانتی‌گراد و دمای متوسط محیط که نباید از ۳۰ درجه سانتی‌گراد تجاوز کند ارزیابی شده است. این استاندارد همچنین بیان می‌کند وقتی که ترانسفورماتور در بار، ولتاژ و فرکانس نامی‌اش کار می‌کند افزایش دمای متوسط سیم‌پیچ نسبت به دمای محیط نباید از ۶۵ درجه سانتی‌گراد بالاتر رود. به عبارت دیگر بر طبق معیار دمای محیط، وقتی که ترانسفورماتور در شرایط نامی کار می‌کند دمای متوسط سیم‌پیچ نمی‌تواند بیش از ۶۵ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط شود. بیشینه دمای نقطه داغ سیم‌پیچ نمی‌تواند به مقدار ۸۰ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای محیط تجاوز کند. همچنین در استاندارد IEEE C57.91-1995 بیان شده است که تحت یک دمای پیوسته محیط ۳۰ درجه سانتی‌گراد، دمای نقطه داغ نباید از ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد تجاوز نماید. اگر ترانسفورماتور به طور پیوسته در این دما کار کند عمر عادی ترانسفورماتور ۵۵/۲۰ سال (۱۸۰۰۰۰ساعت) خواهد بود]۲۶ و ۲۸[.

• • • • 1. 1. بارگذاری ترانسفورماتور بیش از توان نامی

         

         

     

     

دلایل مختلفی برای اضافه باری ترانسفورماتورها وجود دارد. یک دلیل این است که تقاضای بار ممکن است از ظرفیت ترانسفورماتور بیشتر شود و به ظرفیت اضافی نیاز باشد. ممکن است گاهی به دلایل اقتصادی و یا قابلیت اطمینان سیستم، آگاهانه اضافه باری بر طبق استاندارد IEEE تا حدی که در کار ترانسفورماتور مشکلی به وجود نیاید اعمال شود. راهنمای این استاندارد خطرات کلی و محاسبات لازم که در پی اضافه بار ترانسفورماتور به وجود می‌آید را تشریح می‌کند. درک فرسایش عایقی و چگونگی محاسبه‌ی دمای نقطه داغ، در پی بردن به اینکه چه میزان اضافه باری می‌تواند برای ترانسفورماتور بی‌خطر باشد و در تخمین عمر باقیمانده آن، از اهمیت حیاتی برخوردار است.

• • • • 1. 1. فرسایش عایقی

         

         

     

     

عایق جامد ترانسفورماتور قدرت دو پارامتر اصلی دارد: استقامت دی الکتریکی و استقامت مکانیکی. استقامت دی الکتریکی تا زمانی که عایق در معرض دمای بالای معینی قرار نگیرد حفظ می‌شود. و همچنین در این نقطه (دما) عایق از نظر استقامت مکانیکی نیز ترد و شکننده می‌شود]۲۷[. اگر ترانسفورماتور در این دمای بالا کار کند، دیگر عایق نخواهد توانست خواص خود را حفظ کند در نتیجه به شکست عایقی و پایان عمر مفید ترانسفورماتور منجر خواهد شد. از عوارض جانبی فرسایش عایقی تشکیل آب و اکسیژن می‌باشد. اگر چه با سیستم های جدید نگهداری روغن این عوارض می‌توانند به حداقل برسند.
در اواخر دهه ۱۹۴۰ کشف شد که فرسایش عایق قسمتی از یک فرایند شیمیایی است، این واکنش بر طبق رابطه آرینیوس متغیر با دما می‌باشد:
(۳-۲۱)
که در آن θ_H دمای نقطه داغ سیم‌پیچ بر حسب °C و Aو B ثابت می‌باشند.
استاندارد IEEE C57.91-1995 از این رابطه به عنوان مبنای واحد عمر که در شکل (۳-۱۷) نمودار آن نشان داده شده است، تفسیر می‌کند.

شکل ۳-۱۷ : عمر عایقی ترانسفورماتور
این نمودار نشان می‌دهد که اگر دمای نقطه داغ سیم‌پیچ به بیشتر از ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد افزایش پیدا کند کاهش عمر عایق بالاتر از میزان طبیعی آن شتاب می‌گیرد و بر عکس برای دمای پایین تر از ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد عمر عایق با سرعت کمتری سپری می‌شود.
برای نمودار واحد عمر رابطه زیر بیان می‌شود:
(۳-۲۲)
مقدار ثابت ۱۵۰۰۰، برابر شیب فرسایش می‌باشد و برای اکثر عایق‌ها صدق می‌کند.
این رابطه مبنایی برای محاسبه ضریب تسریع فرسودگی (F_AA) برای یک بار و دما داده شده یا برای یک بار متغیر و پروفیل دما روی یک دوره ۲۴ ساعته می‌باشد. نمودار F_AA بر حسب دمای نقطه داغ برای یک افزایش دمای ۶۵ درجه در شکل (۳-۱۸) نشان داده شده است. برای دمای نقطه داغ سیم‌پیچ بزرگ‌تر از دمای مرجع ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد، F_AA مقداری بیشتر از واحد و برای دمای نقطه داغ کمتر از ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد، F_AA مقداری کمتر از واحد خواهد داشت]۲۸[.

شکل ۳-۱۸ :ضریب تسریع فرسودگی
مقادیر F_AA برای مقادیر دمای نقطه داغ ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد و بیشتر در جدول (۳-۲) بیان شده است.
رابطه ضریب تسریع فرسودگی یا کاهش عمر به صورت آمده در رابطه (۳-۲۳) بیان می‌شود]۲۸[:
(۳-۲۳)
مقدار کاهش عمر معادل (بر حسب ساعت یا روز) در دمای مرجع که در دوره زمانی معین و طبق چرخه دمای داده شده مصرف می‌شود را می‌توان از رابطه زیر به دست آورد: