2.2.3. Допустимые перегрузки трансформаторов и автотрансформаторов
Допустимые перегрузки трансформаторов и автотрансформаторов (далее — трансформаторов) в нормальных режимах работы определяются старением изоляции его обмоток — бумаги. Старение изоляции приводит к изменению исходных электрических, механических и химических свойств изоляционных материалов трансформаторов. Сроком естественного износа трансформатора, работающего в номинальном режиме, считается срок, равный примерно 20 годам.
Для нормального суточного износа изоляции трансформатора температура наиболее нагретой точки его обмоток не должна превышать 98 °C. По правилу, предложенному немецким ученым Монтзингером, следует, что если температуру увеличить на 8 °C, срок службы изоляции сократится примерно в 2 раза. В данном случае под температурой наиболее нагретой точки подразумевается температура наиболее нагретого внутреннего слоя обмотки верхней катушки трансформатора.
На практике трансформаторы работают, как правило, с переменной нагрузкой в условиях непрерывно изменяющейся температуры охлаждающей среды. В таких условиях при перегрузках может иметь место форсированный износ изоляции. При нагрузках же меньше номинальной изоляция недоиспользуется, что также экономически нецелесообразно. Следовательно, режим работы трансформатора должен быть оптимальным, то есть близким к расчетному.
Согласно ПТЭ, допускается длительная перегрузка масляных трансформаторов и трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком любой обмотки по току на 5 %, если напряжение их обмоток не выше номинального; при этом для обмоток с ответвлениями нагрузка не должна превышать 1,05 номинального тока ответвления. В автотрансформаторе ток в общей обмотке должен быть не выше наибольшего длительно допустимого тока этой обмотки.
Продолжительные допустимые нагрузки сухих трансформаторов устанавливаются в стандартах и технических условиях конкретных групп и типов трансформаторов.
В ряде случаев такой допустимой перегрузки для оптимального использования изоляции трансформатора оказывается недостаточно. В этом случае продолжительность и значения перегрузок трансформаторов номинальной мощностью до 100 МВА находят по графикам нагрузочной способности в зависимости от суточного графика нагрузки, эквивалентной температуры охлаждающей среды и постоянной времени трансформатора. Это же правило относится и к трансформаторам с расщепленными обмотками.
Если при наступлении перегрузки у оперативного персонала отсутствуют суточные графики нагрузки и персонал не может воспользоваться графиками нагрузочной способности для определения допустимой перегрузки, рекомендуется пользоваться данными табл. 2.2 и 2.3 — в зависимости от системы охлаждения трансформатора (см. также п. 2.2.4).
Таблица 2.2
Таблица 2.3
Окончание табл. 2.3
Из этих таблиц следует, что систематические перегрузки, допустимые после нагрузки ниже номинальной, устанавливаются в зависимости от превышения температуры верхних слоев масла над температурой охлаждающей среды, которое определяется не позднее начала наступления перегрузки.
Кроме систематических перегрузок в зимние месяцы года допускаются 1 %-ные перегрузки трансформаторов на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Это правило применяется в том случае, если максимум нагрузки не превышал номинальной мощности трансформатора.
Перегрузки по нагрузочной способности и по 1 %-ному правилу могут применяться одновременно при условии, если суммарная нагрузка не превышает 150 % номинальной мощности трансформатора.
При возникновении аварий, например, при выходе из работы одного из параллельно работающих трансформаторов и отсутствии резерва, разрешается аварийная перегрузка оставшихся в работе трансформаторов независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды.
При разрешенных аварийных перегрузках форсированный износ изоляции и сокращение ее срока службы считается меньшим злом, чем аварийное отключение потребителей электроэнергии.
В соответствии с ПТЭ, в аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в следующих пределах:
Допускается продолжительная работа трансформаторов (при нагрузке не выше номинальной мощности) при повышении напряжения на любом ответвлении любой обмотки на 10 % сверх номинального напряжения данного ответвления. При этом напряжение на любой из обмоток должно быть не выше наибольшего рабочего напряжения.
Во избежание повреждения трансформаторов и развития аварии величины и время аварийных перегрузок трансформаторов должны находиться под контролем.
За время аварийной перегрузки оперативно-ремонтный персонал должен принять меры по замене поврежденного оборудования резервным, а затем разгрузить перегруженные трансформаторы до номинальной мощности отключением менее ответственных по категории надежности электроснабжения потребителей.