Тепловий режим роботи трансформаторів

1. Тепловий режим роботи трансформаторів

В процесі експлуатації трансформаторів їх навантаження змінюється в добових та річних циклах. При цьому деяку частину доби (року) трансформатори можуть працювати з перевантаженнями, а іншу - з недовантаженнями. Перевантаження допустимі тому, що критерієм допустимості режиму роботи трансформатора є не номінальна потужність, а результуюче за розрахунковий період зношення ізоляції, яке повинно бути нормальним. Підвищене зношення ізоляції під час перевантажень трансформатора повинно компенсуватися його зменшенням під час недовантажень трансформатора. Якщо в цілому, за розрахунковий період часу зношення ізоляції не перевищує нормального, то перевантаження трансформатора є економічно доцільними, бо вони не зменшують терміну його служби.

Навантажувальна здатність трансформатора визначається температурою охолоджувального середовища та допустимою температурою частин трансформатора. За нижчої температури охолоджувального середовища та за вищих допустимих температур частин трансформатора він може брати на себе більше навантаження. Обидві ці умови об’єднуються в одну - перевищення температури частин трансформатора над температурою охолоджувального середовища.

Держстандартом встановлено наступні перевищення температури частин трансформатора над температурою охолоджувального середовища в усталеному стані за номінальних умов: обмотки - 65°С; поверхня магнітопроводу та конструктивних елементів - 75°С; оливи у верхніх шарах - 55°С (для трансформаторів з системами охолодження М і Д) та 40°С (для трансформаторів з системами охолодження Ц і ДЦ). Номінальна температура охолоджувального середовища становить + 20°С. Температура найбільш нагрітої точки обмотки за номінальних умов не повинна перевищувати 98°С. За такої температури трансформатор може працювати протягом всього запланованого строку служби.

За ГОСТ-ом 11677-85 розрахунковий строк служби ізоляції трансформатора за постійного номінального навантаження та за номінальних температурних умов (за середньорічної температури оточуючого середовища +20°С) становить 25 років. Це відповідає постійній середній температурі обмотки +85°С і температурі найбільш нагрітої точки обмотки +98°С.

1.1 Перевищення температури трансформатора за усталеного навантаження.

Перевищення температури оливи трансформатора (у верхньому шарі) над температурою охолоджувального середовища пропорційне втратам потужності у трансформаторі в степеніm.

(1)

де - перевищення температури оливи трансформатора за номінального навантаження ( = 55°С - для трансформаторів з системою охолодження М і Д; = 40°С для трансформаторів з системою охолодження Ц і ДЦ); - коефіцієнт, який враховує навантаження трансформатора; - коефіцієнт, який враховує відношення втрат потужності в обмотках та сталі трансформатора за номінального навантаження, b = 2¸6;m - показник значення якого залежить від системи охолодження трансформатора (таблиця 1).

Таблиця 1 - Значення показника m

Система охолодження	М	Д	Ц і ДЦ
m	0,8	0,9	1,0

Перевищення температури обмотки трансформатора над температурою оливи пропорційне до втрат потужності в обмотках у степені 2n.

(2)

де - перевищення температури обмотки трансформатора в найбільш нагрітій точці обмотки над температурою верхнього шару оливи за номінального навантаження трансформатора. Для трансформаторів з системою охолодження типу М і Д - = 23°С, а з системою охолодження Ц і ДЦ - = 38°С. Виконуючи розрахунок, необхідно прийматиm = n.

Перевищення температури обмотки в найбільш нагрітій точці над температурою охолоджувального середовища трансформатора за відносного його навантаження k рівне

(3)

1.2 Перевищення температури оливи та обмоток трансформатора під час перехідного процесу.

Визначаючи температури оливи та обмоток трансформатора під час перехідного процесу, приймають допущення: трансформатор розглядають, як однорідне тверде тіло у якому генерується деяка кількість теплоти за одиницю часу; віддача тепла в навколишнє середовище пропорційне різниці температури трансформатора та середовища; теплоємність оточуючого середовища необмежена; умови охолодження по всій поверхні трансформатора однакові; втрати потужності, коефіцієнти питомої теплоємності (с) і тепловіддачі (b) - постійні, не залежать від температури. За таких допущень диференційне рівняння теплового стану під час перехідного режиму має вигляд

(4)

де Р - кількість теплоти, яка генерується за одиницю часу, тобто потужність втрат; - теплоємність тіла, - питома теплоємність тіла, G - маса тіла; - тепловий потік, b - коефіцієнт тепловіддачі, - перевищення температури тіла над температурою навколишнього середовища, F - поверхня охолодження.

Фізичний зміст виразу наступний – енергія втрат отримана трансформатором частково поглинається трансформатором за рахунок його теплоємності, а частково віддається в оточуюче середовище. При цьому перевищення температури трансформатора збільшується до того часу, поки не наступить усталений тепловий стан.

Рівняння теплового стану однорідного тіла (4) має розв’язок у вигляді

(5)

де - усталене значення перевищення температури, - перевищення температури до початку нагрівання; t - поточний час; - стала часу нагрівання трансформатора, значення якої наведені у таблиці 2.

Наведена формула 5 для визначення перевищення температури обмоток трансформатора в будь-який момент перехідного процесу як під час нагрівання, так і під час остигання є наближеною, бо в дійсності значення Т змінюється із збільшенням навантаження та температури. Крім цього, силовий трансформатор - неоднорідне тіло і тепловіддача не пропорційна перевищенню температури. Але, оскільки залежність сталої часу нагрівання трансформаторів від навантаження і температури є не суттєвою, то під час розрахунків можна приймати, що Т= const.

Таблиця 2.Стала часу нагрівання силових трансформаторів

Потужність трансформатора, МВА	Система охолодження	Стала часу, год
0,001¸1,0	М	2,5
1,0¸6,3	М	3,5
6,3¸32	Д	2,5
32¸63	Д	3,5
100¸125	Ц і ДЦ	2,5
>125	Ц і ДЦ	3,5

Для багатоступінчастого графіка навантаження трансформатора перевищення температури оливи на жодній ступені не встигає досягти усталеного значення. Обчислення перевищення температури за формулою 5 вимагає значних затрат часу (необхідно задаватися початковим перевищенням температури, визначати перевищення температури в кінці кожного ступеня та добиватися рівності ). Тому для визначення перевищення температури оливи трансформатора у випадку ступінчастого графіка навантаження необхідно використовувати формулу

(6)

де і - порядковий номер ступеня; n - кількість ступенів.

Перевищення температури в кінці ступеня з порядковим номером іможна визначити за формулою

(7)

де - перевищення температури в усталеному стані, яке відповідає навантаженнюk₁, k₂, …, k_n ; - перевищення температури в кінці відповідного ступеня.

За початок розрахунку можна прийняти будь-яку точку на графіку навантаження трансформатора. Якщо необхідно визначити тільки максимальне перевищення температури, то за початок розрахунку зручно прийняти кінець ступеня з найбільшим навантаженням трансформатора. Тоді можна обмежитися визначенням за формулою 6. Після визначення перевищень температури оливи та обмотки трансформатора в кінці кожного ступеня, можна визначити проміжні значення в будь-якій точці за формулою 5.

Визначаючи перевищення температури обмотки над температурою оливи трансформатора, слід враховувати, що стала часу нагрівання обмотки по відношенню до сталої часу нагрівання оливи трансформатора є значно меншою (не перевищує декількох хвилин, бо обмотка добре охолоджується оливою і має малу теплоємність). Тому під час розрахунку теплового режиму трансформатора приймають, що у випадку зміни навантаження перевищення температури обмотки над температурою оливи трансформатора відразу приймає значення, яке відповідає усталеному станові.

Розрахунок зручно виконувати у формі таблиці (таблиця Д3 “Додаток”). Отримані результати розрахунку повинні бути проілюстровані у вигляді графіків залежностей перевищення температури оливи та перевищення температури обмотки над температурою повітря в залежності від часу.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 Следующая ⇒