Нагрузочная способность трансформатора

Силовые трансформаторы выпускаются в соответствии с рядом номинальных мощностей. Номинальная мощность трехфазного трансформатора определяется номинальным током и номинальным напряжением:

Расчетный срок службы трансформатора в 25 лет обеспечивается при соблюдении условий

где — нагрузка трансформатора; U_c — напряжение сети, к которой подключен трансформатор; ?>₀ — температура охлаждающей среды.

Реальные условия эксплуатации трансформаторов существенно отличаются от нормированных, поэтому возникает вопрос о допустимых перегрузках, происходящих в случае нарушений одного или одновременно нескольких условий, перечисленных ранее, т. е.

Перегрузки по напряжению нормально должны исключаться схемой и режимом работы электрической сети, а также защитными устройствами. Поэтому обычно рассматривается только допустимость перегрузок по мощности (току) в условиях изменяющейся температуры охлаждающей среды.

Различают систематические и аварийные перегрузки. Первые могут иметь место систематически при неравномерном суточном графике нагрузки трансформатора, вторые — при аварийной ситуации. Во втором случае требуется обеспечить электроснабжение потребителей, несмотря на наличие перегрузки трансформатора.

Допустимость систематических перегрузок лимитируется износом изоляции, поэтому требуется, чтобы L_cp < 1, т. е. средний износ изоляции должен быть меньше или равен расчетному при заданных условиях. При этом ГОСТ 14 209–69 вводит дополнительные ограничения:

Последнее условие лимитируется параметрами вводов трансформатора и параметрами устройств РПН (регулирования коэффициента трансформации под нагрузкой) и ПБВ (переключения без возбуждения).

Рис. 4.9. График нагрузочной способности трансформатора с системой охлаждения ДЦ (Ц).

Допустимость аварийных перегрузок лимитируется не износом изоляции, а предельно допустимыми температурами для обмотки и масла:

Вопрос о допустимости систематических перегрузок решается с учетом графиков нагрузочной способности трансформаторов. ГОСТ 14 209–69 содержит 36 таких графиков для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц при условии, что постоянная времени нагрева этих трансформаторов равна 2,5 или 3,5 ч, а эквивалентная температура охлаждающей среды изменяется от -10 до +40 °С.

На рис. 4.9 в качестве примера приведен график нагрузочной способности трансформатора с системой охлаждения ДЦ (Ц) и постоянной времени нагрева 3,5 ч при эквивалентной температуре охлаждающей среды 20 °C, а на рис. 4.10 и 4.11 приведено семейство графиков нагрузочной способности масляных трансформаторов с системами охлаждения соответственно М и Д, ДЦ и Ц. На этих графиках даны семейства кривых К₂ = ДА',) при различных длительностях перегрузки. Коэффициенты начальной А', и повышенной К₂ нагрузок находятся по следующим выражениям:

где /_эк, и /_эк2 — эквивалентные токи соответственно начальной и повышенной нагрузок; 5_эк1 и 5_эк2 — эквивалентные мощности соответственно начальной и повышенной нагрузок.

Эквивалентный ток и эквивалентная мощность определяются по формулам.

Рис. 4.10. Графики нагрузочной способности масляных трансформаторов с системами охлаждением М и Д:

а — при эквивалентной температуре д_э = -10 ^вС; б — при 0, = 0 °C; в — при.

где /", S_n и /_я — соответственно ток, полная мощность и продолжительность /;-й ступени графика нагрузки трансформатора.

При К₂> 1,5 кривые на графиках показаны пунктиром, так как на работу трансформатора с перегрузками более 50% требуется согласие завода-изготовителя.

Для пользования графиками нагрузочной способности реальный график нагрузки трансформатора необходимо преобразовать.

Рис. 4.11. Графики нагрузочной способности масляных трансформаторов с системами охлаждения ДЦ и Ц:

а — при эквивалентной температуре 6, = -10'С; б — при в, = 0"С; в — при в, = 10 °С; г — при в, = 20 ‘С; д — при в, = 30 «С в эквивалентный двухступенчатый. При этом возможны три варианта:

• 1) суточный график содержит один максимум нагрузки в зоне перегрузки, где 5_тр > 5_тр."_ом;
• 2) суточный график содержит два максимума нагрузки в той же зоне, причем больший максимум нагрузки является вторым по времени;
• 3) суточный график в указанной зоне содержит два максимума нагрузки, причем больший максимум нагрузки является первым по времени.

В первом варианте 5_эк2 определяется для зоны, где 5_гр > 5_{1р ном}, а 5_эк1 — для зоны продолжительностью 10 ч, предшествующей режиму перегрузки.

Во втором варианте 5_эк2 определяется для зоны, где 5,_р > 5_тр иом, во время второго максимума нагрузки, а 5_ЭК) — для предшествующей зоны продолжительностью 10 ч, включая первый максимум нагрузки в той мере, в какой он в эту зону входит.

В третьем варианте 5_ЭК2 определяется для зоны, где 5_тр > 5_тр._н0м во время первого максимума нагрузки, а 5_0к) — для последующей зоны продолжительностью 10 ч, включая второй максимум в той мере, в какой он входит в эту зону.

ГОСТ 14 209–69 разрешает использовать так называемое однопроцентное правило систематических перегрузок: если максимум типового (среднего) графика нагрузки трансформатора в летнее время меньше его номинальной мощности, то в зимнее время допускается дополнительная однопроцентная перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15% (причем должно соблюдаться условие 6'_гр < 1,55^,._ном).

При работе трансформатора может частично или полностью отказать система принудительного охлаждения (вентиляторы, насосы). При этом, естественно, нагрузка трансформаторов должна быть снижена по значению или длительности. Соответствующие рекомендации содержатся в ГОСТ 14 209–69.

Различают два типа аварийных перегрузок:

кратковременные — независящие от предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки трансформатора;

длительные — зависящие от предшествующей нагрузки.

Кратность и длительность кратковременных аварийных перегрузок для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц связаны следующим образом:

Кратность перегрузки…1,3 1,45 1,6 1,75 2,0 3,0.

Длительность перегрузки, мин 120 80 45 20 10 1,5.

При аварийных режимах работа с перегрузкой трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц (в случае, если коэффициент начальной нагрузки не превышает 0,93), допускается в течение не более 5 сут. Перегрузка на 40% во время максимумов нагрузки для этих трансформаторов допускается, если общая продолжительность последних не превышает 6 ч в сутки. При этом должны быть приняты все возможные меры для усиления охлаждения трансформаторов (включение вентиляторов, насосов системы охлаждения, резервных охладителей и т. п.).