2.3. Расчет температуры в установившемся тепловом

режиме

Для вида охлаждения ON максимальная температура наиболее нагретой точки при любой нагрузке К равна сумме температуры охлаждающей среды, превышения температуры масла в верхних слоях и разности температур наиболее нагретой точки и масла в верхних слоях

, (2.7)

где К – коэффициент нагрузки (отношение тока нагрузки к номинальному току).

Для вида охлаждения OF метод расчета основан на температуре масла в нижней и средней частях обмотки и средней температуре масла. Таким образом, максимальная температура наиболее нагретой точки при любой нагрузке К равна сумме температуры охлаждающей среды, превышения температуры масла в нижней части обмотки, разности температур масла на выходе из обмотки и в нижней части, а также разности температур наиболее нагретой точки и масла на выходе из обмотки

(2.8)

Для трансформаторов с охлаждением OD к значению _h, рассчитанному по выражению (2.8) добавляется поправка на изменение омического сопротивления обмоток от температуры (при К > 1)

, (2.9)

где _hr - температура наиболее нагретой точки при номинальной нагрузке.

2.4. Расчет температуры в неустановившемся тепловом режиме

Любое изменение режимов нагрузки рассматривается как ступенчатая функция. В стандарте используется прямоугольный график нагрузки, который состоит из одной ступени, направленной вверх, и через некоторое время одной ступени, направленной вниз.

Превышение температуры масла (например, в нижней части) в конце интервала времени t определяют по формуле

(2.10)

(2.11)

(2.12)

где _bi - начальное превышение температуры масла в нижней части;

_bu - установившееся превышение температуры масла в нижней части при нагрузке, прикладываемой в течение этого интервала времени.

При любом изменении нагрузки разность температур обмотки и масла изменяется и достигает нового значения с характерной постоянной времени обмотки. В соответствии с причинами указанными выше, эта постоянная не принимается в расчет. Принимается, что значение коэффициента нагрузки К^y в последнем выражении формулы (2.7) и двух последних выражениях формулы (2.8) мгновенно достигает нового значения.

Температуру наиболее нагретой точки обмотки в переходном тепловом режиме снижения температуры при длительности снижения 4τ > (t₃ – t₂) ≥ 4τ_w следует рассчитывать по формулам

, (2.13)

где τ_w – постоянная времени обмотки.

3.5. Термический износ изоляции трансформатора

Изоляция в масляных трансформаторах изготавливается из кабельной бумаги и электроизоляционного картона на основе целлюлозы, и изоляция подвергается термохимическому износу. Этот процесс является кумулятивным и приводит к недопустимому ее состоянию по некоторым критериям.

В интервале температуры от 80 до 140 °С, соответствующей реальным условиям, учитывают тот факт, что скорость износа удваивается при каждом изменении температуры приблизительно на 6 °С.

Скорость износа определяется температурой наиболее нагретой точки. Для трансформаторов, соответствующих требованиям стандарта (ГОСТ 11677), эталонное значение этой величины при номинальной нагрузке к нормальной температуре охлаждающей среды принимается равным 98 °С. В стандарте (ГОСТ 14209 – 97) относительная скорость износа при этой температуре принимается равной единице.

Для трансформаторов, отвечающих требованиям стандарта (ГОСТ 11677), относительная скорость термического износа изоляции принята равной единице для температуры наиболее нагретой точки 98 °С, что соответствует работе трансформатора при температуре охлаждающей среды 20 °С и превышению температуры наиболее нагретой точки 78 °С. Относительная скорость износа определяется по формуле

. (2.14)

Сокращение срока службы, вызванное месячной, суточной или часовой нагрузкой при температуре наиболее нагретой точки 98 °С, выражается «нормальными» месяцем, сутками или часами.

Если нагрузка и температура охлаждающей среды постоянны в течение определенного периода времени, то относительное сокращение срока службы равно Vt, где t - рассматриваемый период времени. То же самое относится к постоянному режиму нагрузки при изменяющейся температуре охлаждающей среды, если при этом используется базовое значение температуры охлаждающей среды.

Обычно, когда изменяется режим нагрузки и температура охлаждающей среды, относительная скорость сокращения срока службы изменяется во времени.

Износ изоляции выражается нелинейной функцией от темпе­ратуры изоляции, а износ за время t оценивается по числу отжи­тых часов или суток. Его можно также охарактеризовать сред­ним износом за рассматриваемый интервал времени

. (2.15)

Относительный износ изоляции по рассчи­танному тепловому режиму трансформатора необходимо определять по каждому из т интервалов преобразованного в прямоугольную форму графика нагрузки, каждый продолжительностью Δt_i (рис. 2.3). Затем по каждому интервалу Δt_i следует рассчитать θ_hi(t) по формулам (2.7 – 2.13), где h и t заменить значениями Δt_i.

Относительный расчетный износ изоляции по каждому участку графика необходимо определять по формуле

. (2.16)

Относительный износ за продолжительность Т графика нагрузки будет равен сумме относительных износов по всем участкам

. (2.17)

Относительный износ витковой изоляции допускается также определять по всему графику θ_h(t) продолжительностью Т (рис. 2.2). В этом случае график θ_h(t) также необходимо разделить на m

интервалов Δt_i. Участки графика с неизменной θ_h принимать за один интервал. Участки графика с изменяющейся θ_h по экспоненте (неустановившийся режим при К=cоnst) необходимо разделить на интервалы по правилу: продолжительность первого и второго интервалов от начала экспоненты не должны превышать 0,3τ

Рисунок 2.2 Разбиение графика изменения температуры наиболее

нагретой точки обмотки на интервалы для расчета износа

изоляции

каждый, третьего и четвертого интервала – не более τ каждый, продолжительности последующих интервалов не ограничиваются. В каждом интервале следует провести линии среднего значения θ_hi, а затем по каждому интервалу Δt_i графика θ_h(t) рассчитывать относительный износ по формуле

. (2.18)

Относительный износ витковой изоляции для суточного двухступенчатого прямоугольного графика нагрузки с продолжительностью максимальной нагрузки в интервале (24 - 4τ) ≥h ≥ 0,5 ч следует определять как сумму относительных износов по трем характерным участкам графика изменения температуры (рис. 2.2) – с установившейся температурой, с повышением и снижением температуры

, (2.19)

где θ´_h(t) и θ´´_h(t) – повышение и снижение температуры наиболее нагретой точки обмотки, выражаемые формулами (2.7 – 2.13), но не для конечных значений интервалов времени h и (t₃ – t₂), а как функция их непрерывного изменения в этих интервалах.