Допустимые перегрузки трансформаторов по предельной температуре

Срок службы трансформатора определяется старением его изоляции, которое резко воз­растает с повышением температуры обмотки. При изменении температуры изоляции на 6 °С срок службы ее изменяется вдвое (сокращается при повышении температуры или увеличивает­ся при ее понижении).

По критерию предельно допустимой температуры для трансформаторов допускаются два вида перегрузки:

длительная, за счет снижения температуры окружающей среды по сравнению с номи­нальной;

кратковременная - аварийная, которая используется в тех случаях, когда отключается один из трансформаторов и оставшиеся в работе принимают на себя повышенную нагрузку.

ГОСТ нормирует температурные условия, при которых трансформатор может работать непрерывно в течение всего срока службы:

температура окружающей среды равна 20 °С;

превышение средней температуры масла над температурой окружающей среды для сис­тем охлаждения М и Д 44 °С и для систем охлаждения ДЦ и Ц 36 °С;

превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над средней температурой обмотки 13 °С;

при изменении температуры изоляции на 6 °С от среднего значения при номинальной нагрузке, равного 85 °С, срок службы изоляции изменяется вдвое (сокращается при повышении и увеличивается при понижении температуры);

во время переходных процессов в течение суток наибольшая температура верхних слоев масла не должна превышать 95 °С, а наиболее нагретая точка металла обмотки 140°С.

Кратковременные перегрузки по критерию температуры являются аварийными, т. е. очень редкими. Они определяются из следующих условий:

перед перегрузкой трансформатор находится в номинальном режиме работы (номиналь­ная нагрузка и номинальная температура окружающей среды);

перегрузка снимается, когда температура наиболее нагретой точки достигает 140 °С. Температура в 140 °С значительно превышает номинальную. Но кратковременно она может быть допущена. Превышение этой температуры нежелательно ввиду ее близости к тем­пературе воспламенения паров масла. Кроме того, понижается электрическая прочность мас­ляных промежутков, так из масла может начаться выделение пузырьков воздуха, растворенного в масле при более низких температурах.

Время достижения установившихся перегревов трансформатора определяется теплоем­костью всех входящих в него масс, условиями охлаждения и характеризуется постоянной вре­мени нагревания (табл. 17.1).

ГОСТ предусматривает работу трансформаторов при естественно меняющейся темпера­туре воздуха в пределах (-45... + 45 °С). Кроме того, среднесуточная температура не должна превышать +30 °С, а среднегодовая +20 °С. Используется связь между среднегодовой и эк­вивалентной годовой температурами воздуха (табл. 17.2).

В закрытых трансформаторных подстанциях с естественной приточной вентиляцией эк­вивалентная температура воздуха на 8°С выше, чем наружного.

Допускаемые систематические перегрузки трансформаторов определяются в зависимо­сти от характеристик графика нагрузки и эквивалентных годовых температур окружающей сре­ды. За исходную характеристику графика принимают коэффициент начальной загрузки к_эз, равный отношению эффективной токовой нагрузки 1_эф к номинальному току трансформатора

^ном.т * ^кэ.з ¹ эф ^ ^ном.т

Так же учитывается длительность систематической перегрузки t_cn = 1,2,4,6ч. Коэффици­ент систематической перегрузки к_сп определяется по приводимым в справочниках зависимо­стям к_сп = f (к_эз;t_cn). Коэффициент систематической перегрузки к_сп изменяется в пределах 1,1...

1,5. Трансформаторы с большой постоянной времени нагревания (мощностью более 1 MB-А) допускают большие систематические перегрузки (при прочих равных условиях), чем трансфор­маторы меньшей мощности (менее 630 кВА).

Послеаварийные перегрузки допускаются в исключительных случаях, например при вы­ходе из строя одного из работающих трансформаторов. В аварийных случаях допустимую пере­грузку кап и ее продолжительность t_an определяют по приводимым в справочниках зависимо­стям к_ап = f (к_эз; t_an) для трансформаторов с разными системами охлаждения. При коэффициен­те предварительной загрузки кэ з не более 0,93 масляные и совтоловые трансформаторы в тече­ние 30 мин допускают перегрузку на 60% (при системе охлаждения М и Д) и на 70% (при сис­теме охлаждения ДЦ и Ц). При длительности перегрузки до 6 ч в сутки допускается перегрузка на 40 % сверх номинального тока в течение не более 5 сут.

Сухие трансформаторы в аварийных случаях должны допускать одну из следующих пе­регрузок сверх номинального тока независимо от температуры окружающей среды и места ус­тановки (табл. 17.3)

Согласно ГОСТ трансформаторы для КТП должны допускать аварийные перегрузки на 30% сверх номинального тока не более чем 3 ч в сутки, если длительная предварительная на­грузка составляла не более 70% от номинального тока трансформатора.

Выбор трансформаторов главной понижающей подстанции

Главная понижающая подстанция объекта - ГПП выполняется двухтрансформаторной. Мощность трансформаторов определяется активной нагрузкой объекта (предприятия) и реак­тивной мощностью, передаваемой от системы в период максимума нагрузок. Мощность транс­форматоров выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного из них второй воспринял основную нагрузку подстанции с учетом допускаемой перегрузки в послеаварийном режиме и
возможного временного отключения потребителей третьей категории. В соответствии с суще­ствующей практикой проектирования мощность трансформаторов на понижающих подстанци­ях рекомендуется выбирать из условия допустимой перегрузки в послеаварийных режимах до 60...70% на время максимума, т. е. по условию

S р

е             >            '                                                    (17 2)

LJ ном.тГПП Л Г Л                                         '                                                                                                    \ ■ )

17.4. Принципы выбора единичной мощности трансформаторов цеховых подстан­ций

Ориентировочно выбор единичной мощности трансформаторов цеховых подстанций (ТП) может производиться по удельной плотности нагрузки (кВ • А/м²) и полной расчетной на­грузке объекта (кВА).

При удельной плотности более 0,2... 0,3 кВА/м² и суммарной нагрузке более 3000... 4000 кВ А целесообразно применять цеховые трансформаторы мощностью соответственно 1600...2500 кВА. При удельной плотности и суммарной нагрузке ниже указанных значений наиболее экономичны трансформаторы мощностью 400... 1000 кВА. Таким образом, для под­разделений предприятия с разными удельными плотностями нагрузки могут быть приняты раз­ные номинальные мощности трансформаторов. Однако число типоразмеров трансформаторов, применяемых на данном предприятии, следует ограничивать до одного-двух, так как большое их разнообразие создает неудобства в эксплуатации и дополнительные затруднения в отноше­нии резервирования и взаимозаменяемости. Поэтому следует выделить подразделения с боль­шой плотностью нагрузок (более 0,3 кВА/м²) и для них выбрать трансформаторы большей мощности, чем для остальной части предприятия.

Для цеховых подстанций с первичным напряжением 10 кВ могут быть применены мас­ляные, сухие трансформаторы или трансформаторы, заполненные негорючей жидкостью. Для внутренней установки преимущественно применяются масляные трансформаторы.

На однотрансформаторных подстанциях при наличии взаимного резервирования с по­мощью перемычек на вторичном напряжении мощность трансформаторов выбирается исходя из величины коэффициента загрузки. Коэффициент загрузки цеховых, трансформаторов (при преобладании нагрузок второй категории) К_зт = 0,7... 0,8. Таким образом, прежде чем опреде­лить число цеховых трансформаторов, необходимо выбрать тип, единичную мощность S _номт и

коэффициент загрузки трансформатора К_зт.