При выборе мощности трансформаторов нельзя руководствоваться только их номинальной мощностью, так как в реальных условиях температура охлаждающей среды, условия установки трансформатора могут быть отличными от принятых. Нагрузка трансформатора меняется в течение суток, и если мощность выбрать по максимальной нагрузке, то в периоды спада ее трансформатор будет не загружен, т.е. недоиспользована его мощность. Опыт эксплуатации показывает, что трансформатор может работать часть суток с перегрузкой, если в другую часть суток его нагрузка меньше номинальной. Критерием различных режимов является износ изоляции трансформатора.
Нагрузочная способность трансформатора — 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.
Перегрузка трансформатора — режим, при котором расчётный износ изоляции обмоток превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.Такой режим возникает, если нагрузка окажется больше номинальной мощности трансформатора или температура охлаждающей среды больше принятой расчётной.
Допустимые систематические нагрузки трансформатора больше его номинальной мощности возможны за счёт неравномерности нагрузки в течение суток. На рис. 4.17 изображён суточный график нагрузки, из которого видно, что в ночные, утренние и дневные часы трансформатор недогружен, а во время вечернего максимума перегружен. При недогрузке износ изоляции мал, а во время перегрузки значительно увеличивается. Максимально допустимая систематическая нагрузка определяется при условии, что наибольшая температура обмотки +140 °С, наибольшая температура масла в верхних слоях +95 °С и износ изоляции за время максимальной нагрузки такой же, как при работе трансформатора при постоянной номинальной нагрузке, когда температура наиболее нагретой точки не превышает +98 °С (ГОСТ 14209-85). Для подсчета допустимой систематической нагрузки действительный график преобразуется в двухступенчатый (см. рис. 4.17).
Рис. 4.17. Построение двухступенчатого графика
по суточному графику нагрузки трансформатора
Коэффициент начальной нагрузки эквивалентного графика определяется по выражению:
где — значение нагрузки в интервалах
,
Коэффициент максимальной нагрузки в интервале
.
Если , то принимают
, если
, то принимают
.
Зная среднюю температуру охлаждающей среды за время действия графика (Q охл), систему охлаждения трансформатора (М, Д, ДЦ, Ц), по таблицам, приведённым в ГОСТ 14209-85 (для трансформаторов до 100 MB∙А), определяют допустимость относительной нагрузки и её продолжительность.
Нагрузка более должна быть согласована с заводом-изготовителем. Нагрузка более
не допускается.
Аварийная перегрузка разрешается в аварийных случаях, например при выходе из строя параллельно включенного трансформатора.
Допустимая аварийная перегрузка определяется предельно допустимыми температурами обмотки (140 °С для трансформаторов напряжением выше 110 кВ и 160 °С для остальных трансформаторов) и температурой масла в верхних слоях (115 °С). Аварийные перегрузки вызывают повышенный износ витковой изоляции, что может привести к сокращению нормированного срока службы трансформатора, если повышенный износ впоследствии не компенсирован нагрузкой с износом изоляции ниже нормального.
Значение допустимой аварийной перегрузки определяется по ГОСТ 14209-85 в зависимости от коэффициента начальной нагрузки k итемпературы охлаждающей среды во время возникновения аварийной перегрузки Q 0ХЛ и длительности перегрузки. Максимальная аварийная перегрузка не должна превышать .
При выборе трансформаторов, устанавливаемых на подстанциях, по условиям аварийных перегрузок можно воспользоваться табл. 4.6.
Точный расчет максимально допустимых нагрузок и аварийных перегрузок, а также износ витковой изоляции производится на ЭВМ по вспомогательным схемам, приведенным в ГОСТ 14209-85.
Таблица 4.6
Допустимые аварийные перегрузки трансформатора
при выборе их номинальной мощности для промышленных подстанций
при предшествующей нагрузке, не превышающей 0,8 (по ГОСТ 14209-85)
Продолжительность перегрузки, ч | Эквивалентная температура охлаждающего воздуха, °С | |||||||||
-10 | + 10 | + 20 | + 30 | |||||||
М,Д | ДЦ | М,Д | ДЦ | М,Д | ДЦ, Ц | М,Д | ДЦ, Ц | М,Д | ДЦ, Ц | |
0,5 | 1,7 1,6 1,6 1,5 1,5 | 1,8 1,7 1,6 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 | 1,9 1,7 1,5 1,5 1,5 1,5 | 1,8 1,7 1,6 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 | 1,8 1,6 1,5 1,4 1,4 1,4 | 1,7 1,6 1,5 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 | 1,7 1,4 1,4 1,3 1,3 1,3 | 1,6 1,5 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 | 1,9 1,6 1,3 1,3 1,2 1,2 1,2 | 1,5 1,5 1,4 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 |
Анализируя приведённые в ГОСТ 14209-85 таблицы допустимых аварийных перегрузок, можно сделать вывод, что трансформаторы с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц при первоначальной нагрузке не более допускают перегрузку на 40 % в течение 6 ч при температуре охлаждающего воздуха не более +20 °С и 30 % в течение 4 ч при температуре охлаждающего воздуха +30 °С.
Допустимые нагрузки и аварийные перегрузки для трансформаторов мощностью свыше 100 MBА устанавливаются в инструкциях по эксплуатации; для сухих трансформаторов и трансформаторов с негорючим жидким диэлектриком — в стандартах или технических условиях на конкретные типы трансформаторов (ГОСТ 11677-85).