Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Режимы работы трансформатора

Режимы работы трансформатора

Оглавление
Режимы работы трансформатора
Тепловая диаграмма трансформатора
Нагрев трансформаторов при неравномерном графике нагрузки
Нагрузочная способность трансформатора
Выбор мощности силовых трансформаторов для дуговых сталеплавильных печей

Продолжительное воздействие тепла, влаги, кислорода вызывает старение изоляционных материалов трансформатора, прежде всего тех, основой которых является целлюлоза (электроизоляционная бумага), а также и тех, где основой являются волокнистые текстильные материалы, пластмассы, тканевые материалы, эластомеры. Термические свойства диэлектриков, определяемые классом нагревостойкости, обусловливают срок службы трансформатора, который в зависимости от условий в процессе эксплуатации укорачивается или удлиняется. Важнейшим фактором, определяющим срок службы трансформатора, является режим работы.
Процесс старения материалов — необратимое изменение их физико-химических, механических свойств и структуры при эксплуатации и длительном хранении. Старение обусловливает изменение исходных электрических, механических и химических свойств материала. Однако степень снижения электрической прочности, вызванная процессом старения, не велика. В то же время возникающие при этом изменения механических характеристик изоляционных материалов (прочности на разрыв, числа выдерживаемых перегибов) делают трансформатор чувствительным к неизбежно возникающим при коротком замыкании перемещениям проводников, вызываемым динамическими усилиями, пропорциональными квадрату тока (чем и опасны токи КЗ).
Поэтому в трансформаторе с состарившейся изоляцией легко может возникнуть витковое замыкание. Степень снижения предела прочности изоляции при растяжении по сравнению с исходным его значением становится существенной уже после относительно непродолжительного времени старения, особенно если трансформатор работает достаточно часто и длительно с перегрузкой.

Время, по истечении которого изоляционный материал приходит в негодность, называется его сроком службы. Согласно закону Аррениуса,   константа скорости химической реакции меняется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону.

В рекомендациях Международной электротехнической комиссии (МЭК) по нагрузочной способности значение постоянной р, необходимое для определения срока службы, не указано, так как не было согласовано из-за расхождения во мнениях по физическим свойствам изношенного изоляционного материала (по современной научной терминологии — из-за свойств самоорганизации, фрактальности, ценологических, хаоса).
Однако существует единое мнение о том, что в диапазоне температур от 80 до 140 °С каждые 6 °С прироста температуры f> вызывают сокращение срока службы изоляции вдвое, т.е. ее износ удваивается (шестиградусное правило старения изоляции). Это означает, что если в диапазоне 80...140°С температуре f> соответствует срок службы Е, то при температуре (f> + 6) °С срок службы составит 0,5£.

Откуда постоянная р, входящая в формулу Монтзингера будет равна 0,1155 °С-1 (чаще просто р = 0,115).
Если в качестве базовой выбрана такая температура f36, для которой срок службы принимается нормальным, то отношение этого срока к сроку службы, соответствующему любой другой температуре, называемое относительным износом изоляции. Обычно срок службы изоляции трансформатора определяют, ориентируясь на номинальную температуру в его наиболее нагретой точке, принимаемую равной 98 °С (эта температура связана с кипением воды при 100 °С). Заводы-изготовители могут указывать другую номинальную температуру в наиболее нагретой точке.
При нормальной нагрузке и максимальной температуре охлаждающей среды (среднесуточной температуре воздуха 30 °С и температуре воды у входа в охладитель 25 °С) максимально допустимые значения температуры верхних слоев масла не должны превышать:
95 °С в трансформаторах (и реакторах), имеющих естественное масляное или дутьевое охлаждение;
75 °С в трансформаторах (и реакторах), имеющих охлаждение с принудительной циркуляцией масла и воздуха (если завод-изготовитель не указывает другое значение);
70 °С в трансформаторах, имеющих масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (если не указано другое значение).
Изменения значения температуры охлаждающей среды, на другое значение изменит срок службы трансформатора.
Таким образом, трансформатор с температурой в наиболее нагретой точке, равной 98 °С, стареет нормально. Срок службы изоляции в этом случае составит десятки лет (20 и более).
Расчет температуры наиболее нагретой точки трансформатора упрощен и справедлив, строго говоря, только для однородной обмотки (с одинаковыми катушками и охлаждающими каналами катушек), у которой превышения средней температуры каждой катушки над температурой прилегающих слоев масла одинаковы, а температура масла изменяется вдоль высоты обмотки по линейному закону.
Если при неизменной нагрузке в течение времени  температура охлаждающей среды f>0 с резко изменяется, то температура наиболее нагретой точки  также изменяется, хотя и с некоторым запаздыванием, обусловленным тепловой постоянной времени трансформатора. В таких случаях при определении f>„ н т необходимо исходить из эквивалентной температуры охлаждающей среды f}3 (а не из среднеарифметической), взятой за некоторый промежуток времени.
Эквивалентная температура охлаждающей среды определяется исходя из следующих допущений:
срок службы трансформатора зависит только от температуры наиболее нагретой точки f>H н т;
изменение температуры охлаждающей среды влияет на изменение температуры наиболее нагретой точки таким же образом, как изменение нагрузки;
прирост температуры охлаждающей среды на 6 °С уменьшает срок службы изоляции вдвое, т.е. в такой же степени, как при возрастании температуры на 6 °С из-за увеличения нагрузки.
При правильно организованной эксплуатации следует вести учет эквивалентной нагрузки трансформатора и эквивалентной температуры охлаждающего воздуха. Последняя для рассматриваемого периода набора нагрузки определяется по средней годовой температуре воздуха для данной местности f>cr по рис. Данные по средней годовой температуре воздуха приводятся в соответствующих метеорологических справочниках.


Зависимость эквивалентной годовой температуры воздуха

Рис. 1. Зависимость эквивалентной годовой температуры воздуха:
Зависимость эквивалентной температуры дэ от средней годовой месячных температур

Рис. 2. Зависимость эквивалентной температуры дэ от средней годовой месячных температур Фэм от средней температуры воздуха: 1 — летней; 2 — годовой; 3 — зимней I...XII — месяцы года

Зависимость эквивалентных месячных температур от средней месячной температуры воздуха

Рис. 3. Зависимость эквивалентных месячных температур   от средней месячной температуры воздуха.



 
« Режим холостого хода трансформатора   Силовые трансформаторы промышленных предприятий и их выбор »
электрические сети