Основные ограничения и воздействия режима нагрузок, превышающих номинальные значения
РУКОВОДСТВО ПО НАГРУЗКЕ СИЛОВЫХ МАСЛЯНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
LOADING GUIDE FOR OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS
Дата введения 2002.01.01
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 |
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
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.
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.
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.
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