Силовые трансформаторы выпускаются в соответствии с рядом номинальных мощностей. Номинальная мощность трехфазного трансформатора определяется номинальным током и номинальным напряжением. Расчетный срок службы трансформатора в 25 лет обеспечивается при соблюдении определенных условий. Реальные условия эксплуатации трансформаторов существенно отличаются от нормированных, поэтому возникает вопрос о допустимых перегрузках, происходящих в случае нарушений одного или одновременно нескольких условий.
Перегрузки по напряжению нормально должны исключаться схемой и режимом работы электрической сети, а также защитными устройствами. Поэтому обычно рассматривается только допустимость перегрузок по мощности (току) в условиях изменяющейся температуры охлаждающей среды.
Различают систематические и аварийные перегрузки. Первые могут иметь место систематически при неравномерном суточном графике нагрузки трансформатора, вторые — при аварийной ситуации. Во втором случае требуется обеспечить электроснабжение потребителей, несмотря на наличие перегрузки трансформатора.
Допустимость систематических перегрузок лимитируется износом изоляции, поэтому требуется, чтобы Lcp< 1, т.е. средний износ изоляции должен быть меньше или равен расчетному при заданных условиях.
Последнее условие лимитируется параметрами вводов трансформатора и параметрами устройств РПН (регулирования коэффициента трансформации под нагрузкой) и ПБВ (переключения без возбуждения).
Допустимость аварийных перегрузок лимитируется не износом изоляции, а предельно допустимыми температурами для обмотки и масла. Вопрос о допустимости систематических перегрузок решается с учетом графиков нагрузочной способности трансформаторов. ГОСТ 14209—69 содержит 36 таких графиков для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц при условии, что постоянная времени нагрева этих трансформаторов равна 2,5 или 3,5 ч, а эквивалентная температура охлаждающей среды изменяется от -10 до +40 "С.
На рис. в качестве примера приведен график нагрузочной способности трансформатора с системой охлаждения ДЦ (Ц) и постоянной времени нагрева 3,5 ч при эквивалентной температуре охлаждающей среды 20 С, а на рис. 2 и 3 приведено семейство графиков нагрузочной способности масляных трансформаторов с системами охлаждения соответственно М и Д, ДЦ и Ц. На этих графиках даны семейства кривых К2 - f(K{)при различных длительностях перегрузки.
Рис. График нагрузочной способности трансформатора с системой охлаждения ДЦ (Ц)
Рис. 2. Графики нагрузочной способности масляных трансформаторов с системами охлаждением М и Д:
а — при эквивалентной температуре вэ = -10 °С; б — при дэ = О °С; в — при Т = 10 С; г — при вэ = 20 °С; d — при ©э = 30 °С
При К2 > 1,5 кривые на графиках показаны пунктиром, так как на работу трансформатора с перегрузками более 50 % требуется согласие завода-изготовителя.
При этом возможны три варианта:
1) суточный график содержит один максимум нагрузки в зоне перегрузки, где STp> STp,H0M;
2) суточный график содержит два максимума нагрузки в той же зоне, причем больший максимум нагрузки является вторым по времени;
3) суточный график в указанной зоне содержит два максимума нагрузки, причем больший максимум нагрузки является первым по времени.
В первом варианте S3k2определяется для зоны, где STp> STp,H0M, a S3Kl— для зоны продолжительностью 10 ч, предшествующей режиму перегрузки.
Во втором варианте Sэк2определяется для зоны, где Sjp> Тр.ном, во время второго максимума нагрузки, a S3Kl— для предшествующей зоны продолжительностью 10 ч, включая первый максимум нагрузки в той мере, в какой он в эту зону входит.
В третьем варианте S3k2определяется для зоны, где Srp> STPномво время первого максимума нагрузки, a S3Ki— для последующей зоны продолжительностью 10 ч, включая второй максимум в той мере, в какой он входит в эту зону.
ГОСТ 14209—69 разрешает использовать так называемое однопроцентное правило систематических перегрузок: если максимум типового (среднего) графика нагрузки трансформатора в летнее время меньше его номинальной мощности, то в зимнее время допускается дополнительная однопроцентная перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 % (причем должно соблюдаться условие Srp< 1,5,5S ном).
При работе трансформатора может частично или полностью отказать система принудительного охлаждения (вентиляторы, насосы). При этом, естественно, нагрузка трансформаторов должна быть снижена по значению или длительности. Соответствующие рекомендации содержатся в ГОСТ 14209—69.
Различают два типа аварийных перегрузок:
кратковременные — независящие от предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки трансформатора;
длительные — зависящие от предшествующей нагрузки.
Кратность и длительность кратковременных аварийных перегрузок для трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц связаны следующим образом:
Кратность перегрузки ....................1,3 1,45 1,6 1,75 2,0 3,0
Длительность перегрузки, мин..... 120 80 45 20 10 1,5
При аварийных режимах работа с перегрузкой трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ и Ц (в случае, если коэффициент начальной нагрузки Ку не превышает 0,93), допускается в течение не более 5 сут. Перегрузка на 40 % во время максимумов нагрузки для этих трансформаторов допускается, если общая продолжительность последних не превышает 6 ч в сутки. При этом должны быть приняты все возможные меры для усиления охлаждения трансформаторов (включение вентиляторов, насосов системы охлаждения, резервных охладителей и т.п.).
