Нагрузочная способность

Влияние нагрузки трансформатора на износ изоляции. Под нагрузочной способностью трансформатора понимается способность трансформатора работать с нагрузкой выше номинальной при определенных условиях эксплуатации (величина предшествующей и последующей нагрузки, температура охлаждающей среды, допустимая температура отдельных частей трансформатора).
Срок службы трансформатора определяется износом изоляции под влиянием прежде всего температуры при изменяющихся значениях нагрузки, напряжения и условиях охлаждения. К концу срока службы изоляция полностью изнашивается и трансформатор находится под постоянной угрозой аварии. Расчетный срок службы трансформатора при номинальном режиме нагрузки составляет 20...40 лет. При этом за номинальную температуру θ _н наиболее нагретой точки обмотки масляных трансформаторов (класс нагревостойкости А) в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) принята температура 98 °С. Разница в номинальных температурах (классу нагревостойкости А соответствует длительно допустимая температура 105 °С) объясняется тем, что для системы изоляции из нескольких однородных изоляционных материалов одного класса длительно допустимая температура принимается меньше, чем для однородной изоляции. При расчете срока службы изоляции класса А принято, что он уменьшается в два раза при увеличении температуры на 6 °С от номинальной («правило шести градусов»).
МЭК рекомендует оценивать срок службы изоляции класса А по формуле:

V = ce^-αθ , (12.1)

где c = (7,5... 1,5) • 10⁴ лет; α = 0,115 - постоянные коэффициенты (для диапазона температур 80... 140 °С); θ - температура наиболее нагретой точки изоляции обмотки, °С.
На практике чаще пользуются не абсолютным, а относительным сроком службы изоляции:

υ = V/ V _н = e^{-α ( θ - θ н)} , (12.2)

или относительным износом изоляции:

F = 1/ υ = e^{α ( θ - θ н)} , (12.3)

где V _н - срок службы изоляции при нормальной температуре θ _н в наиболее нагретой точке изоляции обмотки.
Относительный износ изоляции F показывает, во сколько раз износ изоляции при данной температуре наиболее нагретой точки обмотки θ больше (меньше) износа при нормальной температуре ( θ _н = 98 °С) за одинаковое время работы. Поскольку относительный износ изоляции F =1 при θ _н = 98 °С, то нетрудно рассчитать, что при θ = 86 °С относительный износ F = 0,25 (относительный срок службы υ = 4), а при θ = 110 °С F = 8 ( υ = 0,125).
Трансформаторы обычно работают с переменной нагрузкой. При этом если максимальное значение нагрузки не превышает номинальной мощности трансформатора, то температура обмоток и масла изменяется в диапазоне температур, меньших нормальной. Поэтому износ изоляции F < 1, что дает возможность без ущерба для срока службы трансформатора повышать на некоторое время его нагрузку сверх номинальной.
Расчеты нагрузочной способности трансформатора проводятся либо для проверки допустимости предполагаемого графика нагрузки, либо для определения возможных для данного трансформатора графиков нагрузки при известных значениях времени и величины перегрузки. Обе задачи решаются при выборе трансформаторов по мощности.
Перегрузки разделяются на систематические и аварийные.Систематические перегрузки характерны для переменного графика нагрузки (часового, суточного, месячного), аварийные перегрузки возникают в случаях необходимости обеспечить электроснабжение потребителей, несмотря на перегрузку трансформатора и возможное сокращение его срока службы.
Значения допустимых и систематических перегрузок масляных трансформаторов мощностью до 100 MB • А установлены ГОСТ 14209 - 85, для других трансформаторов - техническими условиями, инструкциями или стандартами.
Величина систематических перегрузок ограничивается средним износом изоляции Fcp, который не должен быть больше 1.

Ограничения по мощности определяются характеристиками вводов и устройств регулирования напряжения.
Расчет относительного износа изоляции в соответствии с ГОСТ 14209 - 85 проводится в следующей последовательности.
1. Преобразование графика нагрузки. На непрерывном или дискретном графике нагрузки β (t) , полученном по данным измерений или расчетов (рис. 12.1), выделяются интервалы времени t₁ и t₂ , на которых нагрузка β ≤ 1 и β ≥ 1. Далее реальный график нагрузки 1 заменяется на эквивалентный в тепловом отношении многоступенчатый график 2 , который затем приводится к эквивалентному прямоугольному двухступенчатому графику 3, как показано на рис. 12.1. Многоступенчатый график получают эквивалентированием на интервалах времени Δ t , соизмеримых с постоянной времени нагрева обмотки (порядка 0,5 ч).
Затем определяют начальную эквивалентную нагрузку K₁ на интервале t₁ .

K ₁ = [( β ₁ ² Δ t₁ + β ₂ ² Δ t₂ +...+ β _n ² Δ t_n ) t₁ ] ^1/2 , (12.5)

где β _i , Δ t_i - относительная нагрузка и длительность i -го интервала эквивалентного многоступенчатого графика нагрузки на интервале t₁ .
По формуле (12.5) определяют среднюю перегрузку K ₂ на интервале t₂ и проверяют ограничение по перегрузке K ₂ ≤ β_м .

Рис. 12.1. Преобразование графика нагрузки трансформатора:

1 - реальный график нагрузки; 2 - многоступенчатый эквивалентный график нагрузки; 3 - двухступенчатый эквивалентный график нагрузки

Если К₂ превышает 1,5 то необходимо заменять тр-тор на более мощный.