3.2 Уточненный расчет мощности трансформатора

3.2.1 Факторы, влияющие на срок службы трансформатора

Предполагаемый нормальный срок службы – это условная величина, принимаемая для непрерывной постоянной нагрузки при нормальной температуре охлаждающей среды (20°C) и номинальных условиях эксплуатации.

Нормальные условия эксплуатации, в соответствии с ГОСТ 11677 характеризуются следующими данными:

• высота установки над уровнем моря – не более 1000 м;

• климатическое исполнение – У;

• среднесуточная температура воздуха – не более 30°C;

• среднегодовая температура воздуха – не более 20°C.

Нагрузка и (или) температура охлаждающей среды, превышающие номинальную, вызывают ускоренный износ и заключают в себе некоторую степень риска.

Действительный срок службы трансформатора в значительной степени зависит от исключительных воздействий, таких как перенапряжения, короткие замыкания в сети и аварийные перегрузки. Вероятность безотказной работы при таких воздействиях, возникающих отдельно или в сочетании, зависит в основном от:

1. значительности (амплитуды и длительности) воздействия;

2. конструкции трансформатора;

3. температуры различных частей трансформатора;

4. содержания влаги в изоляции и масле;

5. содержания кислорода и других газов в изоляции и масле;

6. количества, размера и вида частиц примесей.

Режим нагрузки трансформатора, превышающей номинальное значение, приводит к следующему:

1. температура обмоток, отводов, соединений, изоляции и масла увеличивается и может превысить допустимые значения;

2. возрастает плотность потока рассеяния вне магнитной системы, что в результате образования вихревых токов вызывает больший нагрев металлических частей, охваченных этим потоком;

3. сочетание основного и добавочного потоков рассеяния ограничивает эксплуатационные возможности магнитной системы при высокой индукции;

4. с изменением температуры изменяется содержание влаги и газа в изоляции и масле;

5. вводы, переключатели, концевые заделки кабеля и трансформаторы тока также подвергаются повышенным нагрузкам, что ограничивает возможности их применения.

Таким образом, с увеличением тока нагрузки и температуры возникает опасность преждевременного отказа. Такая опасность может возникнуть немедленно или явиться следствием общего ухудшения состояния трансформатора в течение многих лет.

3.2.2 Опасность длительных воздействий

1. при повышенной температуре скорость совокупного термического износа изоляции проводников повышается. Если такое воздействие продолжается достаточно долго, может произойти сокращение действительного срока службы трансформатора, особенно если трансформатор подвергается коротким замыканиям сети;

2. при повышенной температуре может также повыситься скорость износа других изоляционных материалов, а также проводников и некоторых механических частей;

3. при повышенных токе и температуре переходное сопротивление контактов переключающих устройств может увеличиться и в конечном итоге вызвать недопустимый их перегрев;

4. уплотняющие материалы в трансформаторе при повышенной температуре становятся более хрупкими.

3.2.3 Опасность кратковременных воздействий

1. основной опасностью, вызывающей отказ трансформатора при кратковременных воздействиях, является снижение электрической прочности изоляции вследствие возможного выделения пузырьков газа в местах с высокой электростатической напряженностью, т.е. в обмотках или соединениях.

В бумажной изоляции пузырьки газа могут скапливаться при внезапном повышении критического значения температуры наиболее нагретой точки, равного для трансформаторов с нормальным содержанием влаги приблизительно от 140 до 160°C. С увеличением концентрации влаги эта критическая температура незначительно уменьшается.

Пузырьки газа могут также скапливаться на поверхности крупных металлических частей, нагретых потоком рассеяния, или выделяться при перенасыщении масла. Однако пузырьки обычно скапливаются в местах с низкой электростатической напряженностью и должны перемещаться в места с более высокой электростатической напряженностью до того, как произойдет значительное снижение электрической прочности изоляции.

Допускается резкое, до 180°C, повышение температуры неизолированных металлических частей, находящихся в трансформаторном масле, но непосредственно не соприкасающихся с основной органической изоляцией;

2. временное ухудшение механических свойств при повышенной температуре может снизить стойкость трансформатора при коротком замыкании;

3. при повышении давления во вводах может произойти пробой вследствие утечки масла. Если температура изоляции превышает значение 140°C, во вводах также может происходить скопление газов;

4. при расширении масла может произойти его перелив из расширителя;

5. переключение очень больших токов переключателем может быть опасным.

Опасность кратковременных воздействий обычно прекращается после снижения нагрузки до нормальной, однако с точки зрения уровня надежности трансформатора она может нанести более значительный ущерб, чем длительные воздействия.