Измерение температуры наиболее нагретой точки трансформатора - Относительная скорость теплового старения изоляции трансформатора

Средневзвешенная эквивалентная окружающая температура трансформатора

Если окружающая температура изменяется приблизительно по синусоидальному закону, в расчетах должно быть использовано средневзвешенное ее значение, поскольку средневзвешенная окружающая температура будет выше средней. Средневзвешенная окружающая температура есть фиктивная постоянная температура, которая в течение определенного времени вызывает то же старение изоляции, как и изменяющаяся температура, действующая в течение этого времени ( могущего измеряться в днях, месяцах и годах).


Рис. 2. Поправка на среднюю температуру для получения средневзвешенной (эквивалентной) температуры.

Метод преобразования фактического графика нагрузки в эквивалентный двухступенчатый график

Время суток 24 ч
Рис. 3. График нагрузки с двумя максимумами равной амплитуды и разной длительности.

Для того чтобы пользоваться графиками и таблицами, приведенными в стандартах, необходимо преобразовать реальный суточный график нагрузки в эквивалентный двухступенчатый график в соответствие с рис. 2.5 со ступенями нагрузки К1 и К2, где К2 _ максимум нагрузки. Продолжительность максимума нагрузки в течение 3 часов. Методы определения этой продолжительности зависят от нескольких факторов; ниже приведены рекомендуемые методы для различных видов реальных графиков нагрузки. Если эквивалентность двухступенчатого графика вызывает сомнения, следует сделать несколько допущений и принять график с наибольшим запасом.

График нагрузки с одним максимумом

В этом случае значение / следует определять так, как показано на рис 4. Для участка графика нагрузки без максимума значение нагрузки Кх определяют, как среднее значение нагрузки без максимума.

Рис. 4. График нагрузки с одним максимумом.

График нагрузки с двумя максимумами равной амплитуды, но различной продолжительности

При двух максимумах примерно равной амплитуды, но различной продолжительности, значения / определяют для максимума большей продолжительности, а значение ATj должно соответствовать среднему значению оставшейся части нагрузки. На рис. 4  приведен пример графика такой нагрузки.

График нагрузки с последовательными максимумами
Если график нагрузки состоит из нескольких последовательных максимумов, значение / принимают достаточной продолжительности, чтобы охватить все максимумы, а значение К1 должно соответствовать среднему значению оставшейся нагрузки, как показано на рис 5.

Рис. 5. График нагрузки с близко расположенными максимумами.

Нормальная продолжительная нагрузка

Когда ток нагрузки в течение некоторого времени существенно не изменяется, может рассматриваться эквивалентный постоянный ток нагрузки. В таблице 2  даны допустимые значения коэффициента нагрузки К = А24 для длительной работы при различной окружающей температуре.
Таблица 2. Допустимые значения коэффициента нагрузки К1А при различной окружающей температуре

Нормальный циклический нагрузочный режим
— распределительные трансформаторы с охлаждением О NAN;
— трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением ON;
— трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением OF;
— трансформаторы средней и большой мощности с охлаждением OD.
По графикам можно определить допустимую нагрузку К2 при заданной продолжительности / и такой начальной нагрузке Кх, при которых потеря срока службы за день, месяц и т.д. не превысит нормальной.
На рис. 6—9  приведены графики допустимой нагрузки для температуры охлаждающей среды —20, 0, +20 и +40 °С для всех четырех категорий трансформаторов, указанных выше.
Эти графики можно также использовать для выбора номинальной мощности трансформатора (с нормальным сроком службы) для заданного прямоугольного графика нагрузки, определяемого отношением K2/Kh при условии постоянного значения приложенного к трансформатору напряжения. Для этого достаточно найти точку пересечения кривой, соответствующей продолжительности / нагрузки К2 и прямой постоянного наклона К2/Кх, которая может быть построена по точкам, соответствующим ординате К2 и абсциссе Кх, и соединив эти две точки прямой (см. ниже пример 2 и соответствующий рис. 7).
Пример 1
Распределительный трансформатор мощностью 2 MB* А с охлаждением ONAN. Начальная нагрузка 1 MB-А.
Необходимо определить нагрузку, допустимую для длительности 2 часа при окружающей температуре 20°С и неизменном напряжении сети.
QA = 20 °С, / = 2 ч, Кх = 0,5.
Из рис. 2.9, а определяем К2 = 1,56. Но предельным значением согласно таблице 2.1 является К2 = 1,5. Поэтому допустимой нагрузкой в течение 2-х часов будет 3 MB-А. Затем нагрузка снижается до 1,0 MB - А.
Пример 2
Распределительный трансформатор с охлаждением ONAN при окружающей температуре 0^ = 20 °С. Требуется получить мощность 1750 кВ*А в течение 8 часов, а в остальные 16 часов — 1000 кВ-А. Полагая напряжение постоянным, имеем:
К2/Кх = 1750/1000 = 1,75
Из графика рис. 2.13 для / = 8 ч определяем Кх и К2, для которых
К2/ К{= 1,75
Получаем К2 = 1,15 и Кх = 0,66 (см. рис. 2.13). Отсюда номинальная мощность должна быть:
Sr= 1750/1,15 = 1000/0,66 = = 1520 кВ-А

Рис 6. Охлаждение ONAN. Распределительные трансформаторы. Допустимые режимы.

Рис. 7. Охлаждение ON. Средние и большие трансформаторы. Допустимые режимы.

Рис. 8. Охлаждение OF. Средние и большие трансформаторы. Допустимые режимы.

Охлаждение OD. Средние и большие трансформаторы. Допустимые режимы.

Аварийная циклическая нагрузка

В стандартах (МЭК 60354 (1991) и ГОСТ 14209—97) приведены значения аварийных нагрузок, при которых не превышается допустимая температура наиболее нагретой точки, но может быть ускоренное старение изоляции при характеристиках трансформаторов, приведенных в таблице 1.
Информация приводится в 24 таблицах для 4 категорий трансформаторов при 6 значениях времени / (от 0,5 до 24 часов):
ONAN — распределительные трансформаторы,
ON — трансформаторы средней и большой мощности,
OF — трансформа юры средней и большой мощности,
OD — трансформаторы средней и большой мощности.
С помощью этих таблиц может быть определена допустимость рассматриваемой нагрузки (по температуре наиболее нагретой точки) при заданных значениях К1, К2 и / и потерю срока службы в нормальных днях (т. е. в эквивалентных сутках работы при номинальной мощности и температуре охлаждающей среды 20 °С).
Температура наиболее нагретой точки и потеря срока службы в таблицах рассчитаны для циклической ежедневной нагрузки.
Если аварийная нагрузка имела место только один день, а в предшествующие и последующие дни нагрузка была ниже, то фактическая потеря срока службы будет меньше рассчитанной по таблице, и данные таблицы будут иметь некоторый запас по износу изоляции.
Относительное сокращение срока службы приводится в таблицах с точностью до трех знаков. Это облегчает построение графиков и выполнение интерполяции при условии, что полученные значения будут округлены по окончании расчетов.

ЛИТЕРАТУРА
1. IEC 60354. Second edition 1991-0,9. Loading guide for oil immersed power transformers.
2. ГОСТ 14209-97 (МЭК-60354-91).
Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов.
3. ГОСТ 11677—85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
4. Power Transformer handbook, Edited by Bernard Hochart. Alslom Transformer Division, Sant-Oueen, France, First english edition.