9. Нагрузочная способность силовых трансформаторов. Систематические нагрузки трансформаторов.

Совокупность допустимых для трансформаторов нагрузок и перегрузок называется нагрузочной способностью трансформаторов.

Допустимая нагрузка – не ограниченная во времени длительная нагрузка, при которой износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ при номинальном режиме работы.

Перегрузка – режим ускоренного износа изоляции.

Нагрузки и перегрузки могут быть систематические и аварийные.

Систематическая нагрузка.

Систематическая нагрузка трансформатора мощностью более номинальной возможна за счёт неравномерной нагрузки в течение суток. На рис. 3.21 изображён условный суточный график нагрузки. Выбор мощности трансформатора по S_max неэкономичен.

При выборе S_т<S_max видно, что в ночные, утренние и дневные часы трансформатор недогружен, а во время вечернего максимума перегружен. Для оценки износа изоляции рассмотрим диаграмму теплового режима трансформаторов (рис. 3.22).

Температура масла изменяется линейно по высоте обмотки, H – высота бака трансформатора, τ - превышение температуры. ГОСТ 14209-85 устанавливает следующие температуры и превышения температуры частей трансформатора при номинальных условиях. Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой охлаждающей среды τ_м (воздуха или воды):

- для трансформаторов с системами охлаждения М и Д 55°С,

- для трансформаторов с системами охлаждения Ц и ДЦ 40° С.

Превышение температуры обмотки в наиболее нагретой точке над температурой масла τ_об-м:

- для трансформаторов с системами охлаждения М и Д 23°С,

- для трансформаторов с системами охлаждения Ц и ДЦ 38° С.

Превышение температуры обмотки над температурой охлаждающей среды в средней части обмотки τ _об: 65° С.

Номинальная температура охлаждающей среды: θ₀ = +20 °С.

Температура обмотки в наиболее нагретой точке: θ_обм =θ₀ +τ_м+ τ_об-м.

Базисная условная температура, при которой износ изоляции класса А (класс нагревостойкости изоляции) трансформаторов равен 1, что соответствует сроку службы трансформатора: θ_н.обм= 98° С.

Предельная температуры обмотки:

Предельная температура масла:

Если трансформатор перегружается, то температура обмотки будет более 98°С, и изоляция при этом больше изнашивается.

Зависимость износа изоляции 𝐿 от температуры обмотки выражается следующей формулой:

где α - постоянная нагрева для изоляции трансформаторов, характеризует тип изоляции, а θ – текущее значение температуры нагрева обмотки. При этом относительный износ изоляции:

Существует так называемое 6-градусное правило, которое формулируется так: на каждые 6 градусов увеличения температуры износ изоляции увеличивается в два раза. Если предельные температуры при этом не достигнуты, трансформатор можно оставить в таком режиме. При переменной нагрузке в одни часы износ изоляции больше нормы, а в другие меньше, а в целом за рассматриваемый период износ изоляции должен быть равен расчётному. Таким образом, критерием допустимости систематических нагрузок трансформатора является износ изоляции.

Для оценки допустимых систематических нагрузок имеются расчетные таблицы в ГОСТ. Чтобы их использовать, необходимо преобразовать реальный график нагрузки в двухступенчатый. Они должны быть эквивалентны по износу изоляции, так как критерием преобразования должен быть износ изоляции (рис. 3.23).

По графику определяем:

– коэффициент предварительной недогрузки трансформатора; где 𝛼₁, 𝛼₂, … 𝛼𝑛 - значения нагрузки в интервалах 𝑡₁, 𝑡₂, … 𝑡𝑛

– коэффициент перегрузки трансформатора; где 𝛽1, 𝛽2, … 𝛽𝑚 - значения нагрузки в интервалах ℎ₁, ℎ₂, … ℎ𝑚,

– длительность перегрузки.

Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время действия графика, вид системы охлаждения трансформатора, по таблицам определяют допустимость относительной нагрузки 𝑘₂ и ее продолжительность (для примера в таблице 3.1 приведены нормы допустимых систематических нагрузок для трансформаторов с системами охлаждения М и Д).

Нагрузка более 1,5Sном должна быть согласована с заводом-изготовителем, нагрузка более 2,0Sном не допускается.

Если для выбранного трансформатора k_2расч > k_2доп при известных k₁ и h, то необходимо или выбрать другой трансформатор или изменить график нагрузки (снизить максимум или уменьшить длительность максимума).