
- •22.1. Основные типы трансформаторов, элементы конструкции
- •22.2. Автотрансформаторы
- •22.3. Регулирование напряжения
- •22.4. Тепловой режим трансформаторов
- •22.5. Номинальная мощность и нагрузочная способность трансформаторов
- •23.1. Распределительные устройства с одной системой сборных шин
- •23.2. Распределительные устройства с двумя системами сборных шин
- •23.3. Распределительные устройства кольцевого типа
- •23.4. Упрощенные схемы распределительных устройств
- •24.1. Задание на технический проект электрической станции, подстанции
- •24.2. Требования, предъявляемые к схемам электроустановок
- •24.3. Схемы тепловых конденсационных электростанций
- •24.4. Схемы теплофикационных электростанций
- •24.5. Схемы атомных электростанций
- •24.6. Схемы гидростанций и гидроаккумулирующих станций
- •24.7. Схемы трансформаторных подстанций
- •25.2. Токоограничивающие устройства
- •25.3. Ограничение токов однофазного короткого замыкания в сетях 110-1150 кВ
- •25.4. Ограничение тока короткого замыкания и распределительных устройствах 6—10 кВ электростанций с помощью токоограничивающих реакторов
- •26.2. Рабочие машины системы собственных нужд электростанций и их характеристики
- •26.3. Системы собственных нужд тепловых электростанций
- •26.4. Системы собственных нужд атомных электростанций
- •26.5.Системы собственных нужд гидростанций и гидроаккумулирующих станций
- •26.6. Система сцбственных нужд подстанций
- •27.1. Назначение аккумуляторных батарей
- •27.3. Электрохимические реакции в аккумуляторе. Электродвижущая сила. Внутреннее сопротивление. Саморазряд. Сульфатация пластин
- •27.4. Характеристики разряда аккумулятора
- •27.5. Характеристики заряда аккумулятора
- •27.6. Преобразователи энергии
- •27.7. Режимы работы аккумуляторной батареи
- •27.8. Определение числа аккумуляторов в батарее и их емкости
22.5. Номинальная мощность и нагрузочная способность трансформаторов
Номинальная мощность трансформатора представляет собой значение полной мощности трансформатора на основном ответвлении, гарантированное заводом-изготовителем в номинальных условиях охлаждающей среды при номинальном напряжении и номинальной частоте.
Под нагрузочной способностью понимают свойство трансформатора нести нагрузку сверх номинальной при условиях эксплуатации, определяемых предшествующей нагрузкой и температурой охлаждающей среды.
Опыт показывает, что трансформаторы могут без ущерба для нормального срока службы работать в течение части суток (года) с нагрузкой, превышающей номинальную, если в другую часть рассматриваемого периода их нагрузка меньше номинальной. Критерием допустимости того или иного режима (в течение суток и года) является не номинальная мощность, а износ изоляции за рассматриваемый период. Если при выборе трансформаторов и их эксплуатации руководствоваться только номинальной мощностью, они будут недоиспользованы.
Тепловое старение изоляции. При повышении температуры изоляции класса А ускоряются в соответствии с законом Аррениуса химические реакции (главным образом окислительные), что ведет к потере механической прочности изоляции. Зависимость среднего срока службы изоляции класса А от температуры при изменении последней в пределах от 80 до 140 °С может быть представлена следующей показательной функцией:
где
А
и а — некоторые
постоянные;
— температура изоляции в наиболее
нагретой
точке.
Срок службы изоляции при номинальной температуре +98°С равен
Отношение F/FHOM представляет собой относительный срок службы изоляции (величина безразмерная):
Величина, обратная относительному сроку службы, называется относительным износом изоляции:
При расчетах удобно перейти от основания е к основанию 2. Тогда выражение для относительного износа получит следующий вид:
где
Постоянную
принимают
равной 6
°С. Это означает, что при изменении
температуры
на каждые 6°С относительный
износ и соответственно срок
При
температуре 98 °С относительный
износ изоляции равен единице, т.
е. номинальному износу. Зависимость
относительного износа F
изоляции класса
А от температуры
приведена
на рис.
22.23. В полулогарифмическом масштабе
это наклонная прямая.
Произведение
относительного износа
при некоторой температуре
на
время
t
представляет
собой износ (выраженный
в часах, сутках) за это время:
(22.24
Если
в течение суток температура изменяется,
график температуры разбивают
на участки, в пределах которых температуру
можно считать неизменной, и
определяют износ за сутки, выраженный
в часах, как сумму произведений:
Если износ за сутки равен 24 ч, то он соответствует «нормальным суткам».
При расчете износа достаточно определить износ на участке графика, где температура обмотки превышает 80 °С,
поскольку при температуре, меньшей 80 °С, износ ничтожно мал.
Допустимые нагрузки для трансформатора, работающего по двухступенчатому графику. Расчеты допустимой нагрузки связаны с определением износа изоляции. Объем вычислительной работы велик. Поэтому наряду с точными расчетами, показанными выше, применение получили расчеты по таблицам, составленным для двухступенчатых графиков суточной нагрузки с параметра-
ми K1, К2 и h (рис. 22.24). Предварительно заданный суточный график должен быть преобразован в эквивалентный (в отношении износа) двухступенчатый. Преобразование заданного графика нагрузки в эквивалентный двухступенчатый график (рис. 22.25) следует выполнять в следующей последовательности:
1) провести на заданном графике горизонтальную линию с ординатой К = 1, т. е. линию номинальной нагруз ки shom>
пересечением этой линии с исход ным графиком выделить участок наи большей перегрузки продолжитель ностью h';
оставшуюся часть исходного гра фика разбить на т интервалов Дг,-, исходя из возможности провести линию средней нагрузки в каждом интервале, и определить значения S1, S2, ..., Sn;
4) определить начальную нагрузку K1 эквивалентного графика из выраже ния
5) участок перегрузки h' на исходном графике разбить на р интервалов Δhi,
исходя из возможности провести линию средней нагрузки в каждом интервале, и определить значения S'1, S'2, ..., S'p;
6) определить предварительное значение нагрузки К'2 эквивалентного графика нагрузки из выражения
Затем следует сравнить предварительное значение К'2 с Ктах исходного графика; если К'2 ≥0,9Kmax, следует принять К2 = К2; если К2 < 0,9К'тах, следует принять К2 = 0,9Ктах; продолжительность перегрузки следует скорректировать по формуле
Различают режим систематической нагрузки и режим аварийной перегрузки трансформаторов. В режиме систематической нагрузки износ изоляции трансформатора в течение рассматриваемого периода (суток, года) равен номинальному износу. Максимальная нагрузка
трансформатора не должна превышать 1,5Sном, температура масла в верхних слоях не должна превышать 95°С, а температура в наиболее нагретой точке обмотки не должна превышать 140°С. В таком режиме трансформатор может работать в течение всего срока службы.
В режиме аварийной перегрузки износ изоляции превышает номинальный. Максимальная нагрузка трансформатора не должна превышать 2,0Sном, температура масла в верхних слоях не должна превышать 115°С, температура в наиболее нагретой точке обмотки трансформаторов с номинальным напряжением до 110 кВ включительно не должна превышать 160°С, а трансформаторов с номинальным напряжением выше 110 кВ — 140°С. Такой режим допускается в исключительных условиях в течение ограниченного времени, чтобы не прерывать электроснабжения.
Таблицы допустимых нагрузок трансформаторов приведены в приложении 4. Они рассчитаны по следующим значениям параметров номинального режима:
а) для
трансформаторов с система
ми
охлаждения М и Д
=
60 °С;
= 3 ч; х
= 0,9
и у
=
1,6; допускается использование
таблиц и для трансформаторов,
у которых
=
55 °С;
б) для
трансформаторов с система
ми
охлаждения Ц и ДЦ
=40°С;
= 2 ч; х
=
1,0 и у
= 1,8;
d
= Рк.ном/Рном
=
5.
Таблицы П4.1 — П4.7 определяют допустимые систематические нагрузки трансформаторов при работе по двухступенчатому графику при температуре охлаждающей среды от — 20 до + 40 °С. Обозначение ( + ) указывает на то, что К2 > 2,0, что недопустимо. Подчеркнутые значения указывают на то, что 1,5 < К2 ≤ 2,0. Такие режимы допустимы, но требуют согласования с заводом-изготовителем.
Таблицы П4.8 —П4.14 определяют допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при работе по двухступенчатому графику при температуре охлаждающей среды от —20 до +40°С. Соответствующий износ изоляции мо-
жет
быть определен по табл. П4.16— П4.31,
в которых приведены значения относительного
износа изоляции F
при температуре
охлаждающей среды +20°С,
а также границы предельно допустимых
значений К2
при
различных
иK1.
Для определения относительного
суточного износа изоляции при температуре
необходимо
ум-
ножить износ, найденный по таблицам, на коэффициент f, значения которого приведены в табл. П4.15,
Температура воздуха непрерывно изменяется. Соответственно изменяется и температура обмоток трансформатора даже в том случае, когда нагрузка не изменяется. Принимая во внимание, что относительный износ изоляции не пропорционален температуре, нельзя при расчете износа за некоторое время исходить из средней температуры воздуха за это время. Вместо средней следует вводить в расчет эквивалентную температуру.
Эквивалентной температурой воздуха за время Т называется некоторая постоянная температура, при которой износ изоляции класса А получается такой же, как в действительных условиях при изменяющейся температуре
воздуха
за рассматриваемый период времени.
Допустим, что нагрузка трансформатора
в течение некоторого времени Г
не изменяется. Тогда при естественно
изменяющейся
температуре воздуха
и
при неизменном превышении температуры
обмотки
износ
изоляции за время Т
может
быть определен из следующего
выражения:
Если
вместо изменяющейся температуры
воздуха ввести некоторую постоянную
температуру
то
получим
Из условия сохранения износа имеем
Эквивалентная температура воздуха за время Т не зависит от нагрузки трансформатора. Она выше средней температуры воздуха за это же время. Однако, если отклонение температуры от среднего значения невелико, разница между средней и эквивалентной температурами может оказаться незначительной. Так, например, эквивалентную суточную температуру можно в большинстве случаев заменить среднесуточной.
На основании многолетних наблюдений за температурой воздуха определены месячные, сезонные и годовые эквивалентные температуры воздуха для разных климатических зон. Они служат единственными характеристиками естественно изменяющейся температуры воздуха в месте установки трансформаторов. Среднегодовые и эквивалентные температуры воздуха некоторых горо-
дов приведены в ГОСТ 14209-85. Эквивалентная годовая температура в Москве равна +1-0,1 °С; эквивалентная зимняя температура равна — 8,2 °С и эквивалентная летняя +18 °С.
Согласно ГОСТ 11677-85* для трансформаторов установлены следующие допустимые температуры:
Указанные в ГОСТ температуры следует рассматривать как расчетные предельные, при которых заводы-изго товители гарантируют нормальную ра боту трансформаторов. Наблюдаемые температуры воздуха в большинстве районов СССР отличаются от предель ных. Так, например, среднегодовая тем пература в СССР нигде не достигает + 20 °С. Лишь в некоторых районах Средней Азии она равна +18°С; на всей территории к северу от Черного, Каспийского и Аральского морей сред негодовая температура ниже +9°С; в северных районах Сибири она ниже нуля. Среднесуточные температуры вы ше + 30 °С наблюдаются на значитель ной части территории СССР, однако число дней в году с такой температу рой в большинстве районов невелико. Таким образом, трансформатор, выпол ненный по ГОСТ 11677-85*, может удовлетворительно работать в любой климатической зоне СССР. Однако из нос изоляции и срок службы трансфор матора неодинаковы в разных клима тических зонах. Они зависят от режима трансформатора и соответствующих эк вивалентных температур (месячных и го довой).
Глава двадцать третья
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ
УСТРОЙСТВ.