ПРЕДИСЛОВИЕ

1 РАЗРАБОТАН МТК 36; Открытым акционерным обществом «Украинский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт трансформаторостроения» ОАО «ВИТ»

ВНЕСЕН Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации

2 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 11 от 23.04.1997 г.)

За принятие проголосовали:

Наименование государства	Наименование национального органа стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Республика Армения	Армгосстандарт
Республика Беларусь	Госстандарт Республики Беларусь
Республика Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Кыргызская Республика	Кыргызстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Республика Таджикистан	Таджикгосстандарт
Туркменистан	Главгосинспекция Туркменистана
Республика Узбекистан	Узгосстандарт
Украина	Госстандарт Украины

3 Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст МЭК 354 (1991) «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов» с дополнениями, набранными курсивом

4 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 02.04.2001 №158-ст Межгосударственный стандарт ГОСТ 14209-97 введен в действие в качестве Государственного стандарта Российской Федерации с 01.01.2002.

5 Взамен ГОСТ 14209-85

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НД, на который дана ссылка	Номер пункта, подпункта, перечисления, приложения
ГОСТ 3484.2-88	1.2, 2.3.3, 2.6.1, приложение В
ГОСТ 11677-85	1.1, 1.6.4, 1.6.5, 2.6.1, 2.6.2, приложение С

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на масляные трансформаторы, соответствующие требованиям ГОСТ 11677. Стандарт содержит рекомендации по допустимым режимам нагрузок, превышающих номинальную мощность «трансформаторов в пределах установленных ограничений. Относительно печных трансформаторов, из-за особенностей их режимов нагрузки, следует пользоваться соответствующей консультацией у изготовителя.

1.2 Назначение

В настоящем стандарте приведены указания по определению технически обоснованных режимов нагрузки силовых трансформаторов с точки зрения допустимых температур и термического износа. Даны рекомендации по эксплуатации трансформаторов с нагрузкой, превышающей номинальное значение, и рекомендации для потребителей по выбору соответствующих номинальных величин и условий нагрузки вновь устанавливаемых трансформаторов.

Требования к превышениям температуры масляных трансформаторов при постоянной номинальной нагрузке и соответствующие испытания - по ГОСТ 3484.2. Следует отметить, что в ГОСТ 3484.2 за основу принято среднее значение превышения температуры обмотки, тогда как в настоящем стандарте ссылаются, в основном, на температуру наиболее нагретой точки; указанные значения приводятся только как рекомендуемые.

В стандарте приводятся математические модели для оценки возможных последствий различных режимов нагрузки, циклических или систематических, при различных температурах охлаждающей среды. Эти модели включают методики расчета допустимой температуры в трансформаторе, в частности, температуры наиболее нагретой точки обмотки. Эта температура, в свою очередь, используется для определения относительной скорости термического износа.

Стандарт содержит также рекомендации по ограничению допустимых нагрузок в соответствии с результатами расчета температуры. Настоящие рекомендации распространяются на трансформаторы различных категорий в зависимости от мощности и назначения, а также учитывают режимы нагрузки: режим постоянных нагрузок, режим систематических неаварийных нагрузок или режим кратковременных аварийных нагрузок.

Для трансформаторов малой мощности, называемых здесь распределительными, в стандарте приведены графики определения циклических режимов нагрузки для заданной температуры охлаждающей среды по отношению к номинальным условиям нагрузки при нормальной температуре для трансформаторов, соответствующих ГОСТ 3484.2.

Для трансформаторов большой мощности методы расчета температуры отличаются в зависимости от вида охлаждения. Категория трансформаторов средней мощности включает трехфазные двухобмоточные трансформаторы мощностью до 100 МВ?А или эквивалентные им:

трансформаторы большей номинальной мощности (свыше 100 МВ?А) определены как трансформаторы большой мощности. Для таких трансформаторов рекомендуется выполнять расчеты по значениям отдельных параметров, полученных при проведении типовых испытаний. По изложенным в настоящем документе причинам рекомендуемые ограничения для этих двух категорий трансформаторов имеют незначительные различия.

Часть первая «Общие положения» включает определения, общие принципы, основные данные и специальные рекомендации по работе различных категорий трансформаторов.

Во второй части «Расчет температуры» представлены используемые математические модели.

В третьей части «Таблицы допустимых нагрузок» приведены результаты расчета в виде графиков и таблиц для стандартных условий.

1.3 Определения

В настоящем стандарте приняты следующие определения:

1.3.1 Распределительный трансформатор

Трехфазный трансформатор номинальной мощностью не более 2500 кВ?А или однофазный номинальной мощностью не более 833 кВ?А классов напряжения до 35 кВ включительно, то есть понижающий трансформатор с раздельными обмотками и напряжением распределительной сети, с охлаждением ON и без переключения ответвлений обмоток под нагрузкой.

1.3.2 Трансформатор средней мощности

Трехфазный трансформатор номинальной мощностью не более 100 МВ?А или однофазный номинальной мощностью не более 33,3 МВ?А с раздельными обмотками, в котором сопротивление короткого замыкания (в процентах) вследствие ограничений плотности потока рассеяния не превышает значения

где W - количество стержней;

Sr - номинальная мощность, МВ·А.

Эквивалентный номинальный режим для автотрансформаторов определяется по приложению А.

1.3.3 Трансформатор большой мощности

Трансформатор мощностью более 100 МВ?А (трехфазный) или с предельным сопротивлением короткого замыкания, превышающим приведенное выше значение.

1.3.4 Режим циклических нагрузок

Режим нагрузки с циклическими изменениями (обычно цикл равен суткам), который определяют с учетом среднего значения износа за продолжительность цикла. Режим циклических нагрузок может быть режимом систематических нагрузок или режимом продолжительных аварийных перегрузок.

а) Режим систематических нагрузок

Режим, в течение части цикла которого температура охлаждающей среды может быть более высокой и ток нагрузки превышает номинальный, однако с точки зрения термического износа (в соответствии с математической моделью) такая нагрузка эквивалентна номинальной нагрузке при номинальной температуре охлаждающей среды. Это достигается за счет понижения температуры охлаждающей среды или тока нагрузки в течение остальной части цикла.

При планировании нагрузок этот принцип может быть распространен на длительные периоды, в течение которых циклы со скоростью относительного износа изоляции более единицы компенсируются циклами со скоростью износа менее единицы.

б) Режим продолжительных аварийных перегрузок

Режим нагрузки, возникающий в результате продолжительного выхода из строя некоторых элементов сети, которые могут быть восстановлены только после достижения постоянного значения превышения температуры трансформатора. Это не обычное рабочее состояние, и предполагается, что оно будет возникать редко, однако может длиться в течение недель или даже месяцев и вызывать значительный термический износ. Тем не менее такая нагрузка не должна быть причиной аварии вследствие термического повреждения или снижения электрической прочности изоляции трансформатора.

1.3.5 Режим кратковременных аварийных перегрузок

Режим чрезвычайно высокой нагрузки, вызванный непредвиденными воздействиями, которые проводят к значительным нарушениям нормальной работы сети, при этом температура наиболее нагретой точки проводников достигает опасных значений и в некоторых случаях происходит временное снижение электрической прочности изоляции. Однако на короткий период времени этот режим может быть предпочтительнее других. Можно предполагать, что нагрузки такого типа будут возникать редко. Их необходимо по возможности быстрее снизить или на короткое время отключить трансформатор во избежание его повреждения. Допустимая продолжительность такой нагрузки меньше тепловой постоянной времени трансформатора и зависит от достигнутой температуры до перегрузки; обычно продолжительность перегрузки составляет менее получаса.

1.4 Основные ограничения и воздействия режима нагрузок, превышающих номинальные значения

1.4.1 Воздействие режима нагрузок, превышающих номинальные значения

1.4.1.1 Факторы, влияющие на срок службы

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:

а) значительности (амплитуды и длительности) воздействия;

б) конструкции трансформатора;

в) температуры различных частей трансформатора;

г) содержания влаги в изоляции и масле;

д) содержания кислорода и других газов в изоляции и масле;

е) количества, размера и вида частиц примесей.

Предполагаемый нормальный срок службы - это некоторая условная величина, принимаемая для непрерывной постоянной нагрузки при нормальной температуре охлаждающей среды и номинальных условиях эксплуатации. Нагрузка и (или) температура охлаждающей среды, превышающие номинальную, вызывают ускоренный износ и заключают в себе некоторую степень риска. Целью настоящего стандарта и является определение степени риска и установление некоторых ограничений режимов нагрузки трансформаторов, превышающих номинальные значения.

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

а) температура обмоток, отводов, соединений, изоляции и масла увеличивается и может превысить допустимые значения;

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

в) сочетание основного и добавочного потоков рассеяния ограничивает эксплуатационные возможности магнитной системы при высокой индукции;

г) с изменением температуры изменяется содержание влаги и газа в изоляции и масле;

д) 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.

1.4.1.2 Опасность кратковременных воздействий:

а) 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 °С. 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 °С, повышение температуры неизолированных металлических частей, находящихся в трансформаторном масле, но непосредственно не соприкасающихся с основной органической изоляцией;

б) временное ухудшение механических свойств при повышенной температуре может снизить стойкость трансформатора при коротком замыкании;

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

г) при расширении масла может произойти его перелив из расширителя;

д) переключение очень больших токов переключателем может быть опасным.

1.4.1.3 Опасность длительных воздействий

а) 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;

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

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

г) уплотняющие материалы в трансформаторе при повышенной температуре становятся более хрупкими.

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.

Настоящий стандарт предусматривает одновременное ограничение нагрузочной способности кратковременными и длительными воздействиями. Таблицы и графики, приведенные в стандарте, основаны на традиционных методах расчета предполагаемой долговечности бумажной изоляции по механическим свойствам в зависимости от времени и температуры, в то время как ограничения предельных температур наиболее нагретой точки устанавливаются ввиду опасности немедленного отказа.

1.4.2 Мощность трансформатора

Чувствительность трансформатора к нагрузкам выше номинальных обычно зависит от мощности. С увеличением мощности трансформатора наблюдается следующее:

а) увеличивается индуктивность рассеивания;

б) увеличиваются усилия короткого замыкания;

в) увеличивается поверхность изоляции с электростатической напряженностью;

г) сложнее определяется достоверная температура наиболее нагретой точки.

Таким образом, трансформаторы большой мощности могут быть менее устойчивыми к перегрузкам, чем трансформаторы меньшей мощности. Кроме того, выход из строя мощных трансформаторов влечет за собой более тяжелые последствия, чем отказ трансформаторов малой мощности.

С целью сохранения возможно меньшей степени риска при ожидаемых перегрузках в настоящем стандарте рассматриваются три категории трансформаторов:

а) распределительные трансформаторы, для которых учитываются только температура наиболее нагретой точки и термический износ;

б) трансформаторы средней мощности, для которых воздействия потока рассеяния не являются критическими, однако должны учитываться различные виды охлаждения;

в) трансформаторы большой мощности, для которых воздействия потока рассеяния и последствия отказа могут быть значительными.

1.4.3 Ограничения тока и температуры

При нагрузке, превышающей номинальную, рекомендуется не превышать предельные значения, приведенные в таблице 1 и учитывать специальные ограничения, приведенные в 1.5-1.7.

Таблица 1 - Предельные значения температуры и тока для режимов нагрузки, превышающей номинальную

Тип нагрузки	Трансформаторы
	распределительные	средней мощности	большой мощности
Режим систематических нагрузок
Ток, отн. ед.	1,5	1,5	1,3
Температура наиболее нагретой точки и металлических частей, соприкасающихся с изоляционным материалом, °С	140	140	120
Температура масла в верхних слоях, °С	105	105	105
Режим продолжительных аварийных перегрузок
Ток, отн. ед.	1,8	1,5	1,3
Температура наиболее нагретой точки и металлических частей, соприкасающихся с изоляционным материалом, °С	150	140	130
Температура масла в верхних слоях, °С	115	115	115
Режим кратковременных аварийных перегрузок
Ток, отн. ед.	2,0	1,8	1,5
Температура наиболее нагретой точки и металлических частей, соприкасающихся с изоляционным материалом, °С	По 1.5.2	160	160
Температура масла в верхних слоях, °С	По 1.5.2	115	115

1.5 Специальные ограничения для распределительных трансформаторов

1.5.1 Ограничение мощности

В настоящем пункте рассматриваются распределительные трансформаторы мощностью не более 2500 кВ?А, определение которых приведено в 1.3.1.

1.5.2 Ограничение тока и температуры

Не следует превышать приведенные в таблице 1 предельные значения тока нагрузки, температуры наиболее нагретой точки обмоток и температуры масла в верхних слоях. Для режимов кратковременных аварийных перегрузок предельные значения температуры масла в верхних слоях и наиболее нагретой точки не установлены, так как на практике невозможно контролировать продолжительность аварийной перегрузки распределительных трансформаторов. Следует иметь в виду, что при температуре наиболее нагретой точки, превышающей 140-160 °С, возможно выделение пузырьков газа, снижающих электрическую прочность изоляции трансформатора (см. 1.4.1.2. Опасность кратковременных воздействий).

1.5.3 Другие части трансформатора

Работа трансформатора в режиме нагрузки, превышающей 1,5 номинального тока, помимо обмоток может ограничиваться некоторыми другими частями трансформатора, такими как вводы, концевые кабельные соединения, устройства переключения ответвлений обмоток и соединения. Причиной ограничения работы трансформатора может быть также расширение и давление масла.

Допустимые перегрузки, рассчитанные для обмоток, не должны ограничиваться нагрузочными характеристиками комплектующих трансформатор изделий.

1.5.4 Трансформаторы внутренней установки

Если трансформаторы предназначены для внутренней установки, необходимо к значению номинального превышения температуры масла в верхних слоях внести поправку на окружающую среду. Такое дополнительное увеличение превышения температуры следует определять в основном при испытаниях трансформаторов (см. п. 2.7.6).

1.5.5 Воздействия внешних факторов

Ветер, солнце и дождь могут в определенной степени влиять на нагрузочную способность распределительных трансформаторов, но поскольку воздействие этих факторов нерегулярно, учитывать их нецелесообразно.

1.6 Специальные ограничения для трансформаторов средней мощности

1.6.1 Ограничения номинального режима

В настоящем пункте рассматриваются трехфазные трансформаторы номинальной мощностью не более 100 MB?А, на которые распространяются ограничения по сопротивлению короткого замыкания, приведенные в 1.3.2.

1.6.2 Ограничения тока и температуры

Не следует превышать приведенные в таблице 1 предельные значения тока нагрузки, температуры наиболее нагретой точки обмоток, температуры масла в верхних слоях и температуры металлических частей, соприкасающихся с изоляционным материалом. Кроме того, следует иметь в виду, что при температуре наиболее нагретой точки, превышающей 140-160 °С, возможно выделение пузырьков газа, снижающих электрическую прочность изоляции трансформатора (см. 1.4.1.2. Опасность кратковременных воздействий).

1.6.3 Другие части трансформатора и присоединенное оборудование

Кроме обмоток, работа трансформатора в режиме нагрузки, превышающей 1,5 номинального тока, может ограничиваться также возможностями других частей трансформатора, таких как вводы, концевые кабельные соединения, устройства переключения ответвлений и соединения. Причиной ограничения работы трансформатора может быть также расширение и давление масла. Следует учитывать и характеристики такого присоединенного оборудования, как кабели, выключатели, трансформаторы тока и т.д.

1.6.4 Требования к стойкости при коротком замыкании

Во время работы в условиях нагрузки, превышающей номинальную, или непосредственно после такой работы трансформаторы могут не удовлетворять требованиям ГОСТ 11677 к термической стойкости при коротком замыкании, допускающем длительность токов короткого замыкания 2с. Однако в большинстве случаев в условиях эксплуатации длительность тока короткого замыкания меньше 2с.

1.6.5 Ограничения напряжения

Если нет других ограничений для регулирования напряжения с изменяемым потоком (ГОСТ 11677), то прикладываемое напряжение не должно превышать 1,05 номинального напряжения (основное ответвление) или напряжения ответвления (другие ответвления) на любой обмотке трансформатора.

1.7 Специальные ограничения для трансформаторов большой мощности

1.7.1 Общие положения

Для трансформаторов большой мощности следует учитывать дополнительные ограничения, связанные, в основном, с сильными потоками рассеяния. В связи с этим целесообразно указывать при заказе трансформатора или по запросу нагрузочную способность трансформаторов специального назначения (см. приложение С).

Метод расчета термического износа изоляции для всех трансформаторов одинаков. Однако рекомендуется выполнять машинный расчет по фактическим тепловым характеристикам каждого индивидуально рассматриваемого трансформатора, а не использовать данные таблиц допустимых нагрузок, приведенных в разделе 3.

Существующий уровень знаний, требования высокой надежности трансформаторов большой мощности, связанные с последствиями их повреждения, а также приведенные ниже положения обуславливают более консервативный и более индивидуальный подход к рекомендациям для этих трансформаторов, чем для трансформаторов меньшей мощности:

а) сочетание потока рассеяния и главного намагничивающего потока в стержнях или ярмах магнитной системы обусловливает значительную подверженность трансформаторов большой мощности перевозбуждениям, особенно в условиях перегрузки;

б) последствия ухудшения механических свойств изоляции под воздействием температуры и времени, включая износ, вызванный тепловым расширением, для трансформаторов большой мощности могут быть более значительными;

в) температура наиболее нагретой точки обмоток не может быть определена при обычном испытании на нагрев. Даже если при таком испытании номинальным током не появляется никаких отклонений от нормы, сделать заключение о последствиях при более высоких токах нельзя, эта экстраполяция не учитывается при конструировании трансформаторов;

г) рассчитанные по результатам испытаний на нагрев номинальным током значения превышения температуры наиболее нагретой точки обмоток для токов, превышающих номинальный, для трансформаторов большой мощности могут быть менее достоверными.

1.7.2 Ограничения тока и температуры

1.7.3 Другие части трансформатора и присоединенное оборудование

По 1.6.3

1.7.4 Требования к стойкости при коротком замыкании

По 1.6.4

1.7.5 Ограничения напряжения

По 1.6.5

2 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ

2.1 Условные обозначения

2.1.1 Основные условные обозначения

А - амплитуда годового изменения среднесуточной температуры охлаждающей среды, °С;

В - амплитуда суточного изменения, °С;

ДХ - самый жаркий день в году;

Н - коэффициент температуры наиболее нагретой точки;

I - ток нагрузки, А;

К - коэффициент нагрузки (отношение тока нагрузки к номинальному току);

L - относительный износ за определенный период времени;

R - отношение нагрузочных потерь при номинальном токе к потерям холостого хода;

S - номинальная мощность, МВ?А;

ТХ - самое жаркое время суток;

V - относительная скорость износа;

W - количество стержней остова;

g - разность температур обмотки и масла, °С;

j - месяц года (используется при расчете износа и температуры наиболее нагретой точки на целый год);

t - продолжительность нагрузки на прямоугольном графике нагрузки;

z - сопротивление короткого замыкания, %;

? - температура, °С;

? - тепловая постоянная времени;

ON - обозначает виды охлаждения ONAN или ONAF,

OF - обозначает виды охлаждения OFAF или OFWF,

OD - обозначает виды охлаждения ODAF или ODWE.

2.1.2 Приставки

? - превышение температуры (по отношению к температуре охлаждающей среды).

2.1.3 Показатели степени

х - показатель степени суммарных потерь при расчете превышения температуры масла;

у - показатель степени коэффициента нагрузки при расчете превышения температуры обмотки;

- относится к температуре наиболее нагретой точки для вида охлаждения OD.

2.1.4 Индексы (общие)

E - соответствует эквивалентной температуре охлаждающей среды;

M - соответствует температуре охлаждающей среды при расчете наиболее нагретой точки;

W - соответствует обмотке;

a - соответствует охлаждающему воздуху (температуре);

h - соответствует наиболее нагретой точке (температуре);

m - соответствует коэффициенту, используемому при расчете максимальной температуры наиболее нагретой точки;

о - соответствует маслу;

r - обозначает номинальное значение (если применяется, то всегда ставится последним);

t - соответствует температуре или превышению температуры в момент времени t,

у - соответствует ежегодному значению.

2.1.5 Специальные индексы для температуры масла (если применяется один из этих индексов, то всегда ставится первым)

i - масло внутри обмоток, в верхних слоях;

1т - средняя температура масла в обмотках;

b - масло в нижней части бака, обмотки или охладителя;

о - масло в верхней части бака;

от - средняя температура масла в баке;

е - масло в верхней части теплообменника;

ет - средняя температура в теплообменнике;

bt - температура масла в нижней части бака в момент времени t,

bi - начальная температура масла в нижней части бака;

bu - максимальная температура масла в нижней части бака.

2.2 Непосредственное измерение температуры наиболее нагретой точки

Наиболее значительным ограничением перегрузки трансформатора является температура наиболее нагретой точки обмотки: необходимо стремиться к тому, чтобы с возможно большей точностью определять эту температуру. В настоящее время начинают постепенно выполнять непосредственное ее измерение (оптическими волоконными светопроводами с датчиками или другими приборами аналогичного назначения). Такие измерения должны улучшить оценку температуры наиболее нагретой точки по сравнению с методами расчета, приведенными в п. 2.4.

2.3 Расчетные тепловые характеристики

2.3.1 Принятые упрощения

Следует иметь в виду, что формулы, приведенные в настоящем стандарте, основаны на ряде упрощений. Приведенная на рисунке 1 схема распределения температуры является упрощением более сложной действительной картины распределения температуры. Итак, приняты следующие упрощения:

а) температура масла внутри обмоток повышается линейно от нижней части к верхней независимо от вида охлаждения;

б) превышение температуры проводника увеличивается линейно по высоте обмотки и параллельно превышению температуры масла с постоянной разностью g между двумя прямыми линиями (g - разность между превышением средней температуры, измеренной методом сопротивления, и превышением средней температуры масла);

в) превышение температуры наиболее нагретой точки должно быть выше превышения температуры проводника в верхней части обмотки, как показано на рисунке 1, поскольку необходимо учесть увеличение дополнительных потерь. Для учета этих нелинейностей за разность температур наиболее нагретой точки и масла в верхней части обмотки принято обозначение Нg. Коэффициент Н может иметь значения от 1,1 до 1,5 в зависимости от мощности трансформатора, сопротивления короткого замыкания и конструкции обмотки. При построении графиков и составлении таблиц раздела 3 настоящего стандарта для распределительных трансформаторов использовано значение 1,1, для трансформаторов средней и большой мощности - 1,3.

2.3.2 Температура масла в верхних слоях, измеренная во время испытания, отличается от температуры масла, вытекающего из обмотки. Эта разность особенно заметна в течение неустановившегося режима в результате внезапного появления нагрузки большой амплитуды. Фактически масло в верхних слоях представляет собой смесь различных потоков масла, которые циркулируют вдоль и (или) снаружи разных обмоток.

Рисунок 1 - Схема распределения температуры

Разность между главными обмотками при охлаждении ON обычно незначительна. Для любой обмотки за температуру масла на выходе из обмотки принимается температура смеси масла в верхней части бака.

За температуру масла на выходе из обмотки при видах охлаждения OF и OD принимается температура масла в нижней части обмоток плюс удвоенная разность средней температуры масла в средней части рассматриваемой обмотки и температуры масла в нижней части обмотки.

В силу различий в распределении потоков масла разные виды охлаждений следует рассматривать отдельно. Предполагается, что в трансформаторах с охлаждением ОN и OF циркуляция масла в обмотке осуществляется термосифоном, а в трансформаторах с охлаждением OD - в основном насосом и практически не зависит от градиента температуры масла.

2.3.3 В трансформаторах с видами охлаждения OF и OD (среднюю температуру масла следует определять наилучшим из известных методов, так как от этого непосредственно зависит расчет температуры наиболее нагретой точки. В ГОСТ 3484.2 приведен ряд методов определения значения, используемого только при расчете некоторых поправок на превышение средней температуры обмотки. В настоящем стандарте использован в основном альтернативный метод (см. приложение В) определения средней температуры масла по результатам испытаний.

2.3.4 Поскольку тепловая постоянная времени обмоток обычно небольшая (от 5 до 10 мин), она оказывает на температуру наиболее нагретой точки только ограниченное влияние даже при повышенных кратковременных перегрузках. Продолжительность самой кратковременной перегрузки по таблицам допустимых нагрузок настоящего стандарта равна 30 мин (раздел 3); при расчетах значение тепловой постоянной времени принимают равным нулю.

2.3.5 Для расчета превышения температуры наиболее нагретой точки в постоянном, циклическом или другом режиме можно использовать тепловые характеристики, полученные из различных источников:

а) результатов специальных испытаний на нагрев, в том числе и непосредственных измерений температуры наиболее нагретой точки или температуры масла на выходе из обмоток (при отсутствии непосредственного измерения наиболее нагретой точки коэффициент наиболее нагретой точки N может быть сообщен только изготовителем);

б) результатов обычного испытания на нагрев;

в) значений превышения температуры при номинальном токе.

В таблице 2 приведены тепловые характеристики, которые использовались при составлении таблиц допустимых нагрузок раздела 3 настоящего стандарта. Следует отметить, что если для трансформаторов большой мощности превышение средней температуры обмотки при номинальном токе равно 65 °С для видов охлаждения ОN и OF и 70 °С - для вида охлаждения OD, то в зависимости от конструкции трансформатора превышение температуры наиболее нагретой точки при номинальном токе может составлять более 78 °С.

Таблица 2 Тепловые характеристики, используемые при составлении таблиц нагрузок раздела 3

Показатель	-	Трансформаторы
		распределительные	средней и большой мощности
		ONAN	ON	OF	OD
Показатель степени масла	x	0,8	0,9	1,0	1,0
Показатель степени обмотки	y	1,6	1,6	1,6	2,0
Отношение потерь	R	5	6	6	6
Коэффициент температуры наиболее нагретой точки	H	1,1	1,3	1,3	1,3
Тепловая постоянная времени масла	?o, ч	3,0	2,5	1,5	1,5
Температура охлаждающей среды	?a, °C	20	20	20	20
Превышение температуры наиболее нагретой точки	??hr, °С	78	78	78	78
Превышение средней температуры обмотки	??wr, °C	65	63	63	68
Градиент температуры наиболее нагретой точки (масло на выходе из обмотки)	Hqr, °С	23	26	22	29
Превышение средней температуры масла	??imr, °C	44	43	46	46
Превышение температуры масла на выходе из обмотки	??ir, °C	55	52	56	49
Превышение температуры масла в нижней части обмотки	??br, °C	33	34	36	43

_______________

1) Для видов охлаждения ON значения ??ir принимают равным ??or

2.4 Расчет температуры в установившемся тепловом режиме

2.4.1 Вид охлаждения ON

Для вида охлаждения ON максимальная температура наиболее нагретой точки при любой нагрузке К равна сумме температуры охлаждающей среды, превышения температуры масла в верхних слоях и разности температур наиболее нагретой точки и масла в верхних слоях

(1)

2.4.2 Вид охлаждения OF

Для вида охлаждения OF метод расчета основан на температуре масла в нижней и средней частях обмотки и средней температуре масла, как указано в 2.3.2. Таким образом, максимальная температура наиболее нагретой точки при любой нагрузке К равна сумме температуры охлаждающей среды, превышения температуры масла в нижней части обмотки, разности температур масла на выходе из обмотки и в нижней части, а также разности температур наиболее нагретой точки и масла на выходе из обмотки

(2)

2.4.3 Вид охлаждения OD

Для вида охлаждения OD метод расчета, в основном, такой же, как и для вида охлаждения OF, за исключением того, что к значению ?h, добавляется поправка на изменение омического сопротивления обмоток от температуры

(при К>1) (3)

где ?h рассчитывают по формуле (2) без учета влияния изменений омического сопротивления;

?hr - температура наиболее нагретой точки при номинальной нагрузке. Для получения более точных результатов следует обращаться за консультацией к изготовителю.

2.4.4 Поправки к формулам расчета

При расчете максимальной температуры наиболее нагретой точки по приведенным выше формулам теоретически возможно вводить различные поправки, например, на изменение в зависимости от температуры:

а) нагрузочных потерь;

б) отношения омических потерь и потерь на вихревые токи в обмотке;

в) вязкости масла.

Для видов охлаждения ON и OF изменение вязкости при изменении температуры компенсируется изменением сопротивления обмоток. В настоящем стандарте эти два явления не принимаются во внимание.

Для вида охлаждения OD влияние вязкости масла на превышение температуры незначительно. Следует учитывать изменение омического сопротивления, например, введением поправки в формулу (3).

2.5 Расчет температуры в неустановившемся тепловом режиме

Любое изменение режимов нагрузки рассматривается как ступенчатая функция. Прямоугольный график нагрузки, используемый при составлении таблиц раздела 3 настоящего стандарта, состоит из одной ступени, направленной вверх, и через некоторое время одной ступени, направленной вниз. Для непрерывно изменяющейся нагрузки ступенчатая функция применяется к меньшим интервалам времени, а для расчета температуры наиболее нагретой точки требуется программа машинного расчета (см. 2.8).

Превышение температуры масла (например, в нижней части) в конце интервала времени t определяют по формуле

где ??bi - начальное превышение температуры масла в нижней части;

??bu - установившееся превышение температуры масла в нижней части при нагрузке, прикладываемой в течение этого интервала времени;

?0 - постоянная времени масла.

При любом изменении нагрузки разность температур обмотки и масла изменяется и достигает нового значения с характерной постоянной времени обмотки. В соответствии с причинами, приведенными в 2.3.4, эта постоянная не принимается в расчет. Принимается, что значение коэффициента нагрузки Кy в последнем выражении формулы (1) и двух последних выражениях формулы (2) мгновенно достигает нового значения.

2.6 Термический износ изоляции трансформатора

2.6.1 Закон термического износа

Кроме всех других воздействий, которыми можно было бы пренебречь, изоляция подвергается термохимическому износу. Этот процесс является кумулятивным и приводит к недопустимому ее состоянию по некоторым критериям. Согласно закону Аррениуса, период времени до достижения этого состояния в зависимости от скорости химической реакции выражается формулой

Срок службы = е(?+?/T), (5)

где ? и ? - постоянные;

T - абсолютная температура.

Для ограничения диапазона температуры можно пользоваться более простым экспоненциальным отношением Монтсингер

Срок службы = е-??, (6)

где ? - постоянная;

? - температура, °С.

Примечание. В настоящем стандарте используется отношение Монтсингер, которое, по приведенному выше определению, является упрощением основного, используемого в других руководствах по нагрузке, закона Аррениуса относительно термохимического износа. Для рассматриваемого в настоящем стандарте диапазона температур использование отношения Монтсингер считается достаточным и, в сущности, дает оценку термического износа с запасом прочности.

Пока не существует единственного и простого критерия окончания срока службы, который мог бы быть использован для количественной оценки полезного срока службы изоляции трансформатора, однако можно сделать сравнения, основанные на скорости износа изоляции. Это величина, обратная сроку службы, выражаемая отношением Монтсингер

Скорость износа = постоянная ? е-??.

Значение постоянной в этом уравнении зависит от многих факторов: первоначального состава целлюлозных продуктов (смесь исходных материалов, химические добавки) и параметров окружающей среды (содержание влаги, свободного кислорода в системе).

Однако независимо от этих изменений в интервале температуры от 80 до 140 °С, соответствующей реальным условиям, коэффициентом изменения температуры допускается принимать постоянное значение ?. При определении его значения учитывают тот факт, что скорость износа удваивается при каждом изменении температуры приблизительно на 6 °С; такое значение принято в настоящем стандарте.

Скорость износа определяется температурой наиболее нагретой точки. Для трансформаторов, соответствующих требованиям ГОСТ 11677, эталонное значение этой величины при номинальной нагрузке к нормальной температуре охлаждающей среды принимается равным 98 °С. В настоящем стандарте относительная скорость износа при этой температуре принимается равной единице.

Во многих трансформаторах применяется термически высококачественная изоляция. Поскольку в ГОСТ 3484.2 этот вид изоляции для масляных трансформаторов не рассматривается, то допустимые пределы превышения температуры, обусловленные улучшением термической стойкости изоляции, устанавливаются по согласованию между изготовителем и потребителем. В большинстве случаев трансформаторы с такой изоляцией имеют нормальный предполагаемый срок службы при базовой температуре наиболее нагретой точки 110 °С.

2.6.2 Относительная скорость термического износа изоляции

Для трансформаторов, отвечающих требованиям ГОСТ 11677, относительная скорость термического износа изоляции принята равной единице для температуры наиболее нагретой точки 98 °С, что соответствует работе трансформатора при температуре охлаждающей среды 20 °С и превышению температуры наиболее нагретой точки 78 °С. Относительная скорость износа определяется по формуле

. (7)

Из данных, приведенных ниже, следует, что эта формула содержит значительную зависимость относительной скорости износа изоляции от температуры наиболее нагретой точки:

?h	Относительная скорость износа изоляции
80	0,125
86	0,25
92	0,5
98	1,0
104	2,0
110	4,0
116	8,0
122	16,0
128	32,0
134	64,0
140	128,0

2.6.3 Расчет сокращения срока службы

Сокращение срока службы, вызванное месячной, суточной или часовой нагрузкой при температуре наиболее нагретой точки 98 °С, выражается «нормальными» месяцем, сутками или часами.

Если нагрузка и температура охлаждающей среды постоянны в течение определенного периода времени, то относительное сокращение срока службы равно Vt, где t - рассматриваемый период времени. То же самое относится к постоянному режиму нагрузки при изменяющейся температуре охлаждающей среды, если при этом используется базовое значение температуры охлаждающей среды (см. 2.7).

Обычно, когда изменяется режим нагрузки и температура охлаждающей среды, относительная скорость сокращения срока службы изменяется во времени. Относительный износ изоляции (или относительное сокращение срока службы) в течение определенного периода времени составит

, или (8)

где п - порядковый номер интервала времени;

N - общее количество равных интервалов времени.

2.7 Температура охлаждающей среды

2.7.1 Общие положения

Для трансформаторов наружной установки с воздушным охлаждением за температуру охлаждающей среды принимается действительная температура воздуха. Для распределительных трансформаторов внутренней установки поправка на температуру охлаждающей среды приведена в 2.7.6. Для трансформаторов с водяным охлаждением за температуру охлаждающей среды принимается температура воды на входе в теплообменник, которая во времени изменяется меньше, чем температура воздуха.

При перегрузке продолжительностью более нескольких часов следует учитывать изменение температуры охлаждающей среды. По желанию потребителя эти изменения можно учитывать при помощи одного из следующих методов:

а) использовать для расчета термического износа изоляции эквивалентную температуру охлаждающей среды; для расчета максимальной температуры наиболее нагретой точки использовать эквивалентную температуру охлаждающей среды и среднее значение месячных максимумов (2.7.2 и 2.7.5);

б) допускается непосредственно использовать кривую изменения фактической температуры (2.7.4);

ГОСТ 14209-97. Керівництво по навантаженню силових масляних трансформаторів (ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов)

Предварительный просмотр: