Тепловой режим трансформаторов.
ГОСТ устанавливает следующие температуры и превышения температуры частей трансформатора при номинальных условиях:
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой охлаждающей среды τ м:
для Т с системами охлаждения М и Д 55°С,
для Т с системами охлаждения Ц и ДЦ 40° С.
Превышение температуры обмотки в наиболее нагретой точке над температурой масла τ об-м:
для Т с системами охлаждения М и Д 23°С,
для Т 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.
На рис.2 показана упрощенная схема распределения температур по высоте трансформатора (рис.а- для СО –М и Д, рис.б – для ДЦ и Ц).
Температура обмотки в наиболее нагретой точке:
θобм =θ 0 +τ м + τ об-м
Базисная условная температура, при которой износ изоляции класса А трансформаторов равен 1, что соответствует сроку службы трансформатора, θн обм= 98° С.
При повышении температуры изоляции изменяется срок службы изоляции. Известно шестиградусное правило (для изоляции класса А) при увеличении температуры на 6 градусов относительный износ изоляции увеличивается вдвое : F* =2 (θ - θ ном)/6 .
а) б)
|
|
|
Рис.2
ПТЭ: При эксплуатации трансформаторов должны выполняться условия их надежной работы. Нагрузки, уровень напряжения, температура отдельных элементов, характеристики масла и параметры изоляции должны находиться в пределах установленных норм, устройства охлаждения, регулирования и др.элементы должны содержаться в исправном состоянии.
Нагрузочная способность силовых трансформаторов.
Нормальным режимом работы трансформаторов является, прежде всего, номинальный режим со всеми номинальными параметрами. Если отклонения параметров будут в допустимых пределах, то такие режимы также будут допустимыми, нормальными.
ПТЭ: Допускается продолжительная работа трансформатора (при мощности не более номинальной) при напряжении на любом ответвлении на 10% выше номинального. При этом напряжение на любой обмотке должно быть не выше наибольшего рабочего.
Верхний предел повышения напряжения определяется необходимостью ограничить нагрев трансформатора потерями в стали, которые пропорциональны квадрату магнитной индукции или квадрату напряжения. Резко возрастает реактивная составляющая тока х.х. при работе на нелинейной части характеристики намагничивания, растут потери в обмотке от токов х.х.
|
|
|
По условиям электрической прочности изоляции нельзя превышать Uраб.макс:
Класс изоляции, кВ 6 10 20 35 110 220 330 500 750
U раб.макс , кВ 6,9 11,5 23 40,5 126 252 363 525 787
U раб.макс/ U ном 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,1 1,05 1,05
Таким образом, даже повышение напряжения на 10% не всегда является допустимым.
ПТЭ: Для трансформаторов допускается длительная перегрузка по току любой обмотки на 5 % номинального тока ответвления, если напряжение не превышает номинальное.
Расчеты показывают, что при изменении тока на 1% температура обмотки повышается на (1,4 -1,6)°С, таким образом, увеличивается износ изоляции. Если бы Т постоянно работал с такой перегрузкой, срок его службы уменьшился более чем в 2 раза. Учитывая, что нагрузки Т меняются, часть времени Т работает с недогрузкой, возможны и перегрузки.
Нагрузочная способность Т –это совокупность допустимых нагрузок и перегрузок.
Допустимая нагрузка- это длительная нагрузка, при которой расчетный износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы. Допустимые систематические нагрузки Т больше номинальной мощности возможны за счет неравномерности графика нагрузки.
|
|
|
Систематические нагрузки позволяют уменьшить недоиспользование трансформаторов, уменьшить установленную мощность. При этом, как правило, максимальная нагрузка не должна превышать 1,5 Sном, температура масла в верхних слоях – не более 95°С, а температура обмотки в наиболее нагретой точке не должна превышать 140° С. В таком режиме трансформатор может работать в течение всего срока службы.
В режиме аварийной перегрузки износ изоляции превышает номинальный. Обычно перегрузка не более 2,0 S ном, температура масла в верхних слоях не более 115°С, температура обмотки максимальная для Т с номинальным напряжением до 110 кВ – не более 160°С, для Т с номинальным напряжением выше 110 кВ – 140 °С. Такой режим допускается в исключительных случаях в течение ограниченного времени для обеспечения надежности электроснабжения.
Рассмотрим подробнее режим систематических нагрузок больше номинальной мощности. На рис. 3 показан суточный график нагрузки Т.
Рис.3 Рис.4
Если выбрать номинальную мощность больше максимальной нагрузки, Т будет недогружен большую часть суток. При выборе S ном по графику (рис.3), Т будет перегружен в течение двух часов в 1,25 раза и еще в течение 4 часов в 1,05 раза.
|
|
|
Критерием допустимости является износ изоляции. Расчеты связаны с тепловым расчетом Т, определением температур, характером их изменения и т.д. Объем вычислительной работы велик. Пользуются на практике расчетными таблицами, составленными для двухступенчатых графиков с параметрами К1, К2 и h (рис.4). Предварительно заданный суточный график должен быть преобразован в эквивалентный (в отношении износа) двухступенчатый.
Порядок преобразования следующий:
Выделяется область перегрузки по времени h =Δ h1 +Δh2+…..
Определяются значения нагрузки S1*, S2*,… для каждого интервала Δh
Для оставшейся части графика определяют интервалы Δt1, Δt2,… и соответствующие значения нагрузки S1, S2 …в этих интервалах. Коэффициент начальной нагрузки определяется как среднеквадратичное значение по выражению:
.
Коэффициент максимальной нагрузки в интервале h определяют аналогично
.
Если К2* ≥ 0,9Кмакс, то принимают К2 =К2*, если К2* ≤ 0,9Кмакс, то принимают
К2 =0,9Кмакс (Кмакс = Sмакс/ Sном).
Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время действия графика, систему охлаждения Т, по таблицам , приведенным в ГОСТ, определяют допустимость относительной нагрузки К2 и ее продолжительность (таблица 1).
Нагрузка более 1,5Sном должна быть согласована с заводом-изготовителем, нагрузка более 2,0 S ном не допускается.
Таблица 1
Систематические перегрузки
| h,ч | М и Д | ДЦ иЦ | ||||||||||||||
| K2 при значениях K1=0,25-0,1 | K2 при значениях K1=0,25-0,1 | |||||||||||||||
| 0,2 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | |
| 0,5 | + | + | + | + | + | + | + | 1,84 | 1,711 | 1,699 | 1,677 | 1,644 | 1,61 | 1.57,57 | 1,52 | 1,44 |
| 1,0 | + | + | + | 2,00 | 1,94 | 1,86 | 1,76 | 1,60 | 1,57 | 1,55 | 1,54 | 1,52 | 1,49 | 1,46 | 1,42 | 1,35 |
| 2,0 | 1,76 | 1,73 | 1,70 | 1,67 | 1,63 | 1,58 | 1,51 | 1,40 | 1,41 | 1,40 | 1,39 | 1,38 | 1,36 | 1,34 | 1,31 | 1,26 |
| 4,0 | 1,46 | 1,44 | 1,43 | 1,14 | 1,39 | 1,36 | 1,32 | 1,25 | 1,28 | 1,27 | 1,27 | 1,26 | 1,25 | 1,24 | 1,22 | 1,19 |
| 6,0 | 1,33 | 1,32 | 1,31 | 1,30 | 1,29 | 1,27 | 1,24 | 1,20 | 1,21 | 1,21 | 1,21 | 1,20 | 1,20 | 1,19 | 1,18 | 1,15 |
| 8,0 | 1,26 | 1,26 | 1,25 | 1,24 | 1,23 | 1,22 | 1,20 | 1,17 | 1,18 | 1,18 | 1,17 | 1,17 | 1,17 | 1,16 | 1,15 | 1,13 |
| 12,0 | 1,19 | 1,19 | 1,18 | 1,18 | 1,17 | 1,16 | 1,15 | 1,13 | 1,14 | 1,14 | 1,14 | 1,13 | 1,13 | 1,13 | 1,12 | 1,11 |
| 24,0 | 1,08 | 1,08 | 1,08 | 1,08 | 1,08 | 1,08 | 1,08 | 1,08 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,07 |
Θ 0 = 10° С
θо=20°С
| h,ч | М и Д | ДЦ иЦ | ||||||||||||||
| K2 при значениях K1=0,25-0,1 | K2 при значениях K1=0,25-0,1 | |||||||||||||||
| 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | |
| 0,5 | + | + | + | + | + | 1,98 | 1,81 | 1,00 | 1,63 | 1,60 | 1,58 | 1,55 | 1,52 | 1,47 | 1,41 | 1,00 |
| 1,0 | 1,97 | 1,92 | 1,87 | 1,80 | 1,71 | 1,57 | 1,00 | 1,49 | 1,47 | 1,45 | 1,43 | 1,40 | 1,37 | 1,31 | 1,00 | |
| 2,0 | 1,66 | 1,63 | 1,60 | 1,56 | 1,51 | 1,45 | 1,35 | 1,00 | 1,34 | 1,33 | 1,32 | 1,30 | 1,28 | 1,26 | 1,22 | 1,00 |
| 4,0 | 1,37 | 1,35 | 1,34 | 1,32 | 1,29 | 1,25 | 1,19 | 1,00 | 1,21 | 1,20 | 1,19 | 1,19 | 1,18 | 1,16 | 1,13 | 1,00 |
| 6,0 | 1,25 | 1,24 | 1,23 | 1,21 | 1,20 | 1,17 | 1,13 | 1,00 | 1,15 | 1,14 | 1,13 | 1,13 | 1,13 | 1,12 | 1,10 | 1,00 |
| 8,0 | 1,18 | 1,17 | 1,17 | 1,16 | 1,15 | 1,13 | 1,09 | 1,00 | 1,11 | 1,11 | 1,10 | 1,10 | 1,10 | 1,09 | 1,07 | 1,00 |
| 12,0 | 1,11 | 1,10 | 1,10 | 1,09 | 1,09 | 1,08 | 1,06 | 1,00 | 1,07 | 1,07 | 1,07 | 1,06 | 1,06 | 1,05 | 1,04 | 1,00 |
| 24,0 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
θохл=30°С θохл=40°С
| h,ч | K1 | |
| 0,4 | 0,5 | |
| 4 | 1,26 | 1,24 |
| 6 | 1,15 | 1,13 |
| h,ч | K1 | |
| 0,4 | 0,5 | |
| 4 | 1,17 | 1,15 |
| 6 | 1,05 | 1,03 |
Для примера проведем расчет возможности систематической нагрузки больше номинальной, если трансформатор имеет суточный график, приведенный на рис.3.
Определяем по приведенным формулам К1 =0,404, К2* =1,12,
К2 =0,9 К макс = 0,9 *25/20 =1,125, поэтому принимаем К2 = 1,125, h=6 ч.
По таблице 1 получаем, что при θ 0 =10°С при К1=0,4 и h= 6 ч , К2доп = 1,32.
При θ 0 =20° С К2доп = 1,24, при θ0 =30°С К2доп = 1,15 и только при θ0 =40° С К2доп = 1,05, что больше расчетной величины.
Аварийные перегрузки чаще всего возникают при выходе из строя параллельно работающего Т.
В режиме аварийной перегрузки износ изоляции превышает номинальный. Обычно перегрузка не более 2,0 S ном, температура масла в верхних слоях не более 115°С, температура обмотки максимальная для Т с номинальным напряжением до 110 кВ – не более 160° С, для Т с номинальным напряжением выше 110 кВ – 140 °С. Такой режим допускается в исключительных случаях в течение ограниченного времени для обеспечения надежности электроснабжения.
Значение допустимой аварийной перегрузки можно определить из таблиц по ГОСТ (пример таблица 2). Анализируя приведенные данные в таблице, можно сделать вывод, что при первоначальной нагрузке не более 0,9 Sном трансформаторы всех типов допускают перегрузку на 40% в течение 6 ч при θ 0 не более +20°С и 30% в течение 6 ч при θ 0 +30° С.
Таблица 2
Аварийные перегрузки
θохл=20◦С
| h,ч | М и Д | ДЦ иЦ | ||||||||||||||
| K2 при значениях K1=0,25-0,1 | K2 при значениях K1=0,25-0,1 | |||||||||||||||
| 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | |
| 0,5 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 1,70 | 1,70 | 1,70 | 1,70 | 1,70 | 1,60 | 1,60 | 1,50 |
| 1,0 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 1,80 | 1,80 | 1,60 | 1,60 | 1,60 | 1,60 | 1,60 | 1,50 | 1,50 | 1,50 |
| 2,0 | 1,80 | 1,80 | 1,80 | 1,80 | 1,70 | 1,70 | 1,70 | 1,60 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
| 4,0 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
| 6,0 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,30 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
| 8,0 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
| 12,0 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
| 24,0 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
θохл=30◦С
| h,ч | М и Д | ДЦ иЦ | ||||||||||||||
| K2 при значениях K1=0,25-0,1 | K2 при значениях K1=0,25-0,1 | |||||||||||||||
| 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 0,25 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | |
| 0,5 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 1,90 | 1,70 | 1,60 | 1,60 | 1,60 | 1,60 | 1,50 | 1,50 | 1,50 |
| 1,0 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 2,00 | 1,90 | 1,90 | 1,80 | 1,70 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,50 | 1,40 | 1,40 |
| 2,0 | 1,80 | 1,70 | 1,70 | 1,70 | 1,60 | 1,60 | 1,50 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
| 4,0 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 |
| 6,0 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,20 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 |
| 8,0 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 |
| 12,0 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 |
| 24,0 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,20 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 | 1,30 |
Необходимо отметить, что все таблицы пригодны для трансформаторов мощностью до 100 МВА и напряжением до 110 кВ.
В настоящее время имеются дополнительные технические условия на допустимые перегрузки трансформаторов. Так, при предшествующей нагрузке не более 0,8 номинальной и температуре охлаждающего воздуха 20°С допускаются перегрузки 1,4 в течение 4 часов, а для автотрансформа-
торов при предшествующей нагрузке 0,7 S ном при θ 0= 25° С допускаются следующие кратности и длительности перегрузок:
1,0 ч – 1,4 ; 2,0 ч 1,3 ; 4,0 ч 1,2.
Имеются также специальные расчетные таблицы, по которым можно определить износ изоляции при аварийной перегрузке. Так работа в течение 4 ч с перегрузкой 40% и предшествующей нагрузкой 0,8 Sном при температуре воздуха 20°С приведет к износу изоляции в 200 час, а при температуре окружающей среды 30°С износ изоляции окажется 600 час, т.е. 5 суток.
Еще один вид перегрузок – кратковременные перегрузки, возникающие в аварийных и послеаварийных режимах, при работе устройств автоматики. Критерием допустимости являются лишь предельно допустимые температуры обмоток и масла (рис. 5).
Рис.5
ПТЭ: Допускаются кратковременные перегрузки масляных трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в следующих пределах:
Перегрузка, % 30 45 60 75 100
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1682; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!