3.5. Расчет температуры масла и обмотки в конце периода интенсивной нагрузки и расчет износа изоляции обмоток

Выбор мощности трансформатора согласно § 3.4 не означает решения всех проблем. Выбранный таким способом трансформатор должен быть проверен на перегрев в интенсивный период, причем температура охлаждающей среды должна быть принята для расчетов значительно большей, нежели эквивалентная _ос, так как в летнее время на большей части нашей страны температура атмосферного воздуха может значительно превышать свои эквивалентные летние значения, используемые для выбора мощности трансформатора.

Эти значения находятся в пределах 15-17⁰С для городов Владимира, Иванова, Иркутска, Кемерово, Калуги, Красноярска, Калининграда и Санкт-Петербурга. Для Абакана, Барнаула, Брянска, Владивостока, Владикавказа, Курска и Москвы такие температуры имеют пределы 17-19⁰С, и даже для самых теплых наших городов – Астрахани и Волгограда они не превышают 25⁰С.

В летнее время в любом из этих регионов воздух около трансформаторов, даже без учёта солнечной радиации, может быть нагрет до значительно бо′льших температур.

Обозначим такую температуру _мах.

При расчете максимальных перегревов обмотки и масла в интенсивный период необходимо учесть, что режим средних нагрузок имеет длительность t_с = 1440 - t_и, которая во много раз превышает постоянную времени масла Т_м. За это время не только перегрев , но и перегрев  достигнет своего установившегося значения. Таким образом, начальные значения перегревов масла и обмотки для интенсивного периода будут равны

соответствующим установившимся значениям этих перегревов для периода средних нагрузок.

Значение перегрева  в конце 2-го (интенсивного) периода определится по выражению

₂ = _у1 + (_у2 - _у1)[1 - Exp(-t_и/Т_м)]. (3-31)

В отличие от перегрева масла над охлаждающей средой, перегрев обмотки над маслом  даже при t_и = 60 минут достигнет своего установившегося значения. Так как

реальные величины t_и не могут быть менее 60 минут, то значение этого перегрева в конце интенсивного периода

₂ = _у2. (3-32)

Тогда искомое значение температуры наиболее нагретой точки обмотки (ННТО) в конце периода интенсивной нагрузки

_о2 = _мах + ₂ + _у2 < 140⁰С. (3-33)

Температура верхних слоев масла в конце 2-го периода

_м2 = _мах + ₂ < 95⁰С. (3-34)

В случаях, если хотя бы один из этих показателей работы трансформатора выходит за свое допустимое значение, необходимо снизить нагрузку трансформатора, например, включить в работу ещё один трансформатор. Если это выясняется на стадии проектирования, то для такой тяговой подстанции необходимо принимать трансформаторы большей номинальной мощности.

При расчетах относительного износа важно помнить, что изменение температуры обмотки на 6⁰С меняет величину этого износа вдвое. Резко нелинейная зависимость () приводит к необходимости брать столь

малые интервалы времени, чтобы разность температур на концах такого интервала не превышала 3-4⁰С, а при значениях температур выше номинальной даже 1-2⁰С.

В режиме средних нагрузок температуры масла и обмо-

ток не остаются постоянными. В первой части этого режима происходит остывание трансформатора после интенсивного периода. Вследствие этого, режим средних нагрузок необходимо, в свою очередь, разбить еще на две части – одну, когда происходит возврат температуры ННТО от значения _о2 к значению _о1, и другую, в течение которой температура ННТО не изменяется.

Поэтому для расчета средней скорости износа изоляции обмоток расчетные сутки необходимо разбить на 3 части:

1-я – режим средних нагрузок, находящийся перед режи-

мом максимальных нагрузок (1-й участок на рисун-

ке 3.8).

2-я – режим максимальных нагрузок продолжительностью

t_и (2-й участок на рисунке 3.8).

3-я – период остывания трансформатора после прекраще-

ния действия максимальной нагрузки и перехода к

режиму средних нагрузок (3-й участок на рисунке

3.8).

Принято считать, что температура любого тела достигает своего установившегося значения, соответству-ющего новой величине нагревающей мощности, за время 4Т. Тогда длительность 3-й, переходной части, определит-ся как учетверенная постоянная времени нагрева масла (постоянная времени обмотки во много раз меньше)

t₃ = 4Т_м. (3-35)

Длительность первого участка определится как разность

t₁ = 1440 - t_и - t₃ (3-36)

Температура ННТО в течение всего первого периода

_о1 = _ос + _у1 + _у1 = Const. (3-37)

Таким образом, начальное значение перегревов масла и обмотки для второго периода будут равны соответству-ющим установившимся значениям _у1 и _у1.

В течение второго периода перегрев масла над воздухом растет от значения _у1 по выражению

 = _у1 + (_у2 - _у1)[1 - Exp(-t/Т_м)]. (3-38)

Перегрев обмотки над маслом определяется по аналогичному выражению, выведенному в § 3.3 курса лекций.

 = _у1 + (_у2 - _у1)[1 - Exp(-t/Т_о)]. (3-39)

Для расчета среднесуточного износа изоляции необхо-димо знать поведение температуры обмотки в 3-м периоде.

Перегрев масла над охлаждающей средой меняется по выражению

 = ₂ - (₂ - _у1)[1 - Exp(-t/Т_м)]. (3-40)

Аналогично перегрев обмотки над маслом определяется по выражению

 = ₂ - (₂ - _у1)[1 - Exp(-t/Т_о)]. (3-41)

График нагрузки трансформатора в расчетные сутки представлен на рисунке 3.7, а зависимости перегревов и температуры обмотки - на рисунке 3.8.

Износ изоляции обмоток в течение первой части суток

₁ = Ехр[(_о1-98)], (3-42)

где  = ln(2)/6  0,1155245.

Так как I_эс < I_ном, то и  < 98 ^оС, поэтому величина ₁ должна быть существенно меньше единицы.

Среднее значение износа изоляции за расчетные сутки

1440

_сут = 1/1440 0,5(_i-1 + _i)t_i. (3-43)

i=1