книги из ГПНТБ / Грудинский, П. Г. Техническая эксплуатация основного электрооборудования станций и подстанций

Недостатком термоуказателей является возможность расплавления припоя при коротких замыканиях и получения вследствие этого лож­ ного сигнала.

Термопленки и термокраски применяются для постоянного контроля за нагревом соединений токоведущих частей и других элементов рас­ пределительных устройств. При нагреве цвет термопленок и термо­ красок изменяется. Термопленки характеризуются многократностью своего действия, изменение цвета их обратимо, при понижении темпера­ туры цвет восстанавливается. Их целесообразно применять в установках с постоянным дежурным персоналом. Термокраски характеризуются однократностью действия, при применении их в установках без дежур­ ного персонала они сигнализируют о перегревах, происшедших за период после последнего осмотра. Без таких термоуказателей временные перегревы от больших нагрузок не будут обнаружены.

Термопленочные указатели изменяют свой цвет в следующей пос­ ледовательности: до 70 °С они красные, после 70 °С — темно-красные; после 100 °С — черные. При 120 °С пленка разлагается, становится грязно-желтой и теряет способность восстанавливать первоначальный цвет. Термопленочные ука/атели наклеиваются на поверхность клеем БФ-4, причем наклейка может производиться при помощи оперативной штанги под напряжением.

Термокраски наносятся кистью: краска не может храниться в разведенном состоянии больше одного дня. Применяются две краски: первая из сернистого кобальта, меняющая после воздействия темпера­ туры 85 °С светло-розовый цвет на пурпурный, и краска оранжевого цвета, изменяющая свой цвет на темно-серый после нагрева выше 85 °С.

а

2-4. Перегрузки электрооборудования, допустимые по критерию предельной температуры

Под перегрузкой оборудования понимается работа его при нагрузках, превышающих номинальную мощность. Работа оборудования в условиях перегрузки может потре­ боваться как в аварийных, так и в нормальных режимах электроустановки или энергосистемы. В аварийных усло­ виях она может быть необходима при замене другого повре­ жденного оборудования. В нормальных условиях она тре­ буется в тех случаях, когда нагрузка превысила проектные предположения.

И в том, и в другом случае отказ от перегрузки обору­ дования повлек бы за собой ограничение нагрузки потре­ бителя и недоотпуск электроэнергии. Это означает, что потребитель недоиспользовал бы производительность уста-

4 0

новленного у него оборудования, снизил выпуск полезной продукции, что вызвало бы существенный материальный ущерб. Следует отметить, что работа самой электроуста­ новки, как правило, в условиях перегрузки экономически выгодна — при этом снижается удельная себестоимость передачи и распределения энергии, как это показано в § 1-2. Это положение относится к электроустановкам, уже находящимся в эксплуатации, и справедливо до опре­ деленных значений перегрузки, после которых становится экономически целесообразной замена оборудования на более мощное или возникает угроза быстрого износа изоля­ ции оборудования и его повреждения.

За технические критерии допустимости перегрузки можно принять или заданную температуру оборудования, или заданный износ изоляции. Как правило, допустимые перегрузки оборудования по первому критерию в нормаль­ ных условиях получаются меньше, чем по второму, когда повышенный износ при перегрузках может компенсиро­ ваться снижением износа при малых нагрузках. Так как длительности повышенных и пониженных нагрузок изме­ ряются часами, то перегрузки по критерию износа целесо­ образны для такого оборудования, у которого при измене­ нии нагрузки температура обмотки изменяется относительно медленно. Это имеет место в трансформаторах, характери­ зуемых большой тепловой инерцией, т. е. большой постоян­ ной времени нагрева.

Перегрузки по критерию предельной температуры могут быть длительными и кратковременными. Длительные пере­ грузки допустимы в тех случаях, когда условия охлажде­ ния отличны от номинальных или когда характер или состояние оборудования позволяет отклониться от норми­ рованных предельно допустимых температур на длительное время. Кратковременные перегрузки применяются в ава­ рийных условиях, при переходе от пониженной по сравне­ нию с номинальной нагрузки к перегрузочному режиму.

Длительные перегрузки голых проводников и оборудования распре­ делительных устройств. Сборные и соединительные шины в распреде­ лительных устройствах выполняются, как правило, из голых провод­ ников. Предельные нагрузки голых шин различного сечения определя­ ются по таблицам, имеющимся в Правилах устройства электроустано­ вок и в справочниках. Таблицы составлены для предельной температуры

вышение температуры 0Ном= 45 °С.

При снижении температуры окружающей среды ниже номинальной Д° Ф0.п можно повысить нагрузку шин, не выходя при этом за пре­

41

дельно допустимую температуру поверхности шины. Значение тока нагрузки в этих условиях можно найти, используя выражение (2-2).

то после совместного решения полученного выражения и выражения (2-6) допустимый ток в режиме перегрузки, А, определится как

(2-7)

Г °ном

Ток в режиме перегрузки / п может быть допущен на все время, пока температура окружающей среды равна или ниже Ф0. п.

Перегрузка шин может быть допущена в некоторых слу­ чаях не только за счет снижения температуры окружающей среды ниже номинальной, но и за счет повышения темпера­ туры поверхности шины выше номинальной. Предельно допустимая температура в основном определяется из усло­ вий надежной работы болтовых соединений. При темпера­ туре, превышающей 70 °С, наблюдались случаи прогрес­ сирующего окисления контактных поверхностей соединений и их нагрев. Но в соединениях, выполненных сваркой, подобные явления не возникают. Поэтому в случае не­ обходимости может быть допущена температура, пре­ вышающая 70s С. Например, в период Великой Отече­ ственной войны допускалось повышение температуры до 90° С. Следует отметить, что при повышении нагрузки увеличиваются потери энергии, поэтому такая перегрузка может допускаться временно.

Заменив в выражении (2-7) Фном на •&„, получим значе­ ние допустимого тока нагрузки в условиях, когда предельно допускаемая температура шины и температура окружаю­ щего воздуха отличны от номинальных значений:

Выражения (2-7) и (2-8) позволяют определить допусти­ мый ток нагрузки не только при снижении температуры окружающей среды ниже номинального значения, но и при ее превышении.

Выражения (2-7) и (2-8) можно применять и для опре­ деления допустимой нагрузки оборудования, которое со­ стоит в основном из проводящих деталей и фарфоровой

42

изоляции: разъединителей, отделителей, короткозамыкателей, выключателей, трансформаторов тока. В зимних условиях повышенная нагрузка приходится на период с пониженной температурой воздуха, летом имеют место обратные явления. В обоих случаях определение предельно допустимых нагрузок оборудования в зависимости от тем­ пературных условий может оказаться полезным.

Кратковременные перегрузки за счет предшествующей недогрузки используются, как правило, в аварийных условиях. Определение их

Рис. 2-7. Определение допустимой длительно, сти перегрузки в переходном режиме нагре­ вания.

допустимой величины основано на том, что переход оборудования от одного теплового состояния (при недогрузке) к другому (при перегрузке) сопровождается постепенным изменением температуры, как это пока­ зано на рис. 2-7. Перегрузка может быть допущена на время /п и должна быть снята тогда, когда темпертура достигнет определенного значения. Таким значением может быть или предельно допускаемая температура в номинальном режиме или несколько более высокая температура, допускаемая в аварийных случаях.

Рассмотрим сначала общий случай — определим продолжитель­ ность перегрузки tn для условий, когда предшествующая нагрузка была 11, нагрузка в условиях перегрузки / 2, допускаемое превышение

температуры в конце перегрузки 03. Нагрузкам 1Хи / 2 соответствуют установившиеся превышения температур вх и 02.

Изменение превышений температур при переходе от установивше­ гося состояния 1 к установившемуся состоянию 2 происходит согласно (2-5). Подставив в это выражение 03 вместо 0 и решив его относительно t, найдем допустимую продолжительность перегрузки, с:

(2-9)

43

Для частного случая, когда за предельно допускаемую температуру в режиме перегрузки принята температура номинального режима,выра­ жению (2-9) целесообразно придать иной вид. Для этого используется выражение (2-2) с учетом того, что Р = PR, a / i/ / HOm и Лг/Люм обозначены через kt и кг. Допустимая продолжительность, с, для этого случая имеет вид:

Полученное выражение содержит постоянную нагрева Т. Для проводников шин и аппаратов значение Т, с, можно подсчитать, исходя из (2-3) и учитывая, что Р — PH0MR = ^homP^s' а С = Gc = Isyc:

t'n по выражению (2-10) опеределяетсяу множением Т на коэффициент,

близкий к единице. Например, при k2 = 1 , 5 и = 0 значение этого коэффициента равно 0,6. Таким образом, для сборных и соединительных шин и для аппаратуры возможности кратковременных перегрузок очень ограничены и такие перегрузки практически не используются. Как будет показано дальше, для оборудования, характеризуемого большими постоянными нагрева, использование кратковременных перегрузок может представлять интерес.

2-5. Перегрузки трансформаторов по предельной температуре

По критерию предельно допустимой температуры для трансформаторов допускаются два вида перегрузки: дли­ тельная, за счет снижения температуры охлаждающей среды против номинальной, и кратковременная — аварийная. Последняя используется в тех случаях, когда отключится один из параллельно работающих трансформаторов и остав­ шиеся в работе примут на себя повышенную нагрузку.

Величина и продолжительность перегрузки могут быть определены по описанному выше методу. Однако зависимость между температурой наиболее нагретой точки и нагрузкой и характер изменения этой температуры во времени опре­ деляется более сложно ввиду сложной конструкции транс­ форматора. Тепло, выделяемое токами нагрузки в обметке трансформатора, передается сначала маслу, а от масла охла­ ждающим поверхностям бака и охладителей токов. Масло непрерывно циркулирует в трансформаторе, поднимаясь снизу вверх через и вдоль обмоток и сердечника, постепенно

44

нагреваясь. Соответственно повышаются и температуры вдоль обмотки, как это показано на рис. 2-8. Этот рисунок дает упрощенную картину распределения температур — кривые второго порядка заменены прямыми линиями. Анализ результатов расчетов показал, что это упрощение значительно облегчает расчеты, не внося в них существен­ ной погрешности. На рис. 2-8 представлены диаграммы распределения температур для двух типов трансформато­ ров — выполненных согласно ГОСТ 401-41 (б) и ГОСТ

Рис. 2-8. Распределение превышений температур по высоте обмотки трансформаторов, выполненных по ГОСТ 11677-65 (а) и по ГОСТ

401-41 (б).

1 — сердечник; 2 — обмотка; 3 — стенка бака.

11677-65 (а). Следует учесть, что мощность трансформа­ торов, выполненных по ГОСТ 401-41 и находящихся в на­ стоящее время в эксплуатации, превышает 500 млн. кВ-А.

Температуры и превышения температур, указанные на рис. 2-8, относятся к номинальной нагрузке. Температуру наиболее нагретой точки в этом режиме можно представить следующим образом:

здесь Ф0.Н0М— температура охлаждающего воздуха; 0„.Ном— превышение температуры верхних слоев масла над темпера­ турой воздуха; 0Об.ном — превышение температуры об­ мотки над температурой масла; 0к.Ном — превышение наи­ более нагретой точки верхней катушки над средней темпе­ ратурой этой катушки.

45

Для трансформаторов, выполненных по ГОСТ 11677-65, темпера­

Номинальная температура охлаждающего воздуха по ГОСТ 401-41 определена «как естественно изменяющаяся», т. е. за номинальную тем­ пературу принята среднегодовая температура того места, где установ­ лен трансформатор. Для средней полосы СССР эта температура близка

к10° С.

ВГОСТ 11677-65 нормирована температура охлаждающей среды

в20° С, что соответствует среднегодовой температуре на крайнем юге нашей страны. Такая же температура принята в стандартах почти всех стран и в рекомендациях Международной электротехнической комиссии

режима с относительной нагрузкой kx к установившемуся режиму k2 каждое из превышений температур (2-12а) и (2-13) будет изменяться согласно (2-5) со своей постоянной времени нагрева.

Постоянная времени нагрева обмотки трансформатора невелика: 5— 10 мин. В расчетах можно принять, что при изменении нагрузки превышение температуры обмотки над маслом 0 об сразу принимает установившееся значение, соответствующее новому режиму, как это показано пунктиром на рис. 2-9.

Постоянная времени нагрева для масла существенно больше; примерные значения этого показателя даны выше. Более точно постоян­ ная времени нагрева, ч, может быть определена по выражению

где GM; Gc; G6 — масса масла, сердечника, бака, кг; см; сс; с$ — удель­ ные теплоемкости, Дж/(°С-кг); 0 м. Ном — превышение температуры масла в номинальных условиях, °С; Рк,3) Рх х — потери к. з. и х. х. при номинальной нагрузке, кВт.

4 6

Выражение в скобках в числителе, разделенное на 3 600, пред­ ставляет собой теплоемкость трансформаторов, кВт-ч/°С. Частное от деления (Рк.3 + РХ. Х)/0 М.11Ом является согласно (2-2) теплоотдачей трансформатора. Таким образом, (2-14) соответствует (2-4). При подста­ новке в (2-14) количественных значений удельных теплоемкостей полу­ чим:

РК. 3 4"Рх. X

Вэтом выражении масса элементов трансформатора подставляется

втоннах, а потери — в киловаттах.

ВГОСТ 14209-69 при определении допустимых пере­

грузок трансформаторов рекомендуется принимать постоян­ ную времени нагрева в зависимости от мощности трансфор­ матора и системы ее охлаждения согласно данным табл. 2-2.

Таблица 2-2

Постоянная времени нагрева трансформаторов в зависимости от мощности и системы охлаждения

Приведенные здесь сведения и данные достаточны для построения графика изменений температуры наиболее на­ гретой точки обмотки трансформатора при переходе от одной установившейся нагрузки к другой, как это выпол­ нено для примера для наиболее простого двухступенчатого графика нагрузки на рис. 2-9. Этих же сведений достаточно для определения предельных допустимых перегрузок по критерию температуры.

Для определения длительных перегрузок при темпера­ туре охлаждающей среды, отличной от номинальных, используются зависимости (2-13) и (2-14). По этим выра­ жениям строится график зависимостей превышения темпе­ ратуры наиболее нагретой точки обмотки над воздухом от относительной нагрузки k. Задаваясь температурой окру­ жающей среды, по этому графику можно найти нагрузку, при которой сумма температуры окружающей среды и пре­ вышения температуры наиболее нагретой точки над воз­

47

духом равна температуре наиболее нагретой точки в номи­ нальном режиме.

Ниже приведены предельно допустимые нагрузки для трансформаторов, выполненных по ранее действовавшему и действующему ГОСТ. Естественно, они получились раз­ личными. При указанных в таблице нагрузках и темпера­ турах окружающей среды температура наиболее нагретой

точки обмотки не превысит той, которая была бы при но­ минальной нагрузке трансформатора и номинальной тем­ пературе охлаждающей среды. Следовательно, нагрузки, определенные ниже, могут держаться сколько угодно долго.

Температура охлаждающей среды, °С

Кратковременные перегрузки по критерию температуры являются, как было сказано в начале параграфа, аварийными, т. е. очень редкими. Они определяются из следующих условий: перед перегрузкой трансфор.

48