Пока не существует единственного и простого критерия окончания срока службы, который мог бы быть использован для количественной оценки полезного срока службы изоляции трансформатора, однако можно сделать сравнения, основанные на скорости износа изоляции. Это величина, обратная сроку службы, выражаемая отношением Монтсингер
Скорость износа = постоянная ?? е-????.
Значение постоянной в этом уравнении зависит от многих факторов: первоначального состава целлюлозных продуктов (смесь исходных материалов, химические добавки) и параметров окружающей среды (содержание влаги, свободного кислорода в системе).
Однако независимо от этих изменений в интервале температуры от 80 до 140 °С, соответствующей реальным условиям, коэффициентом изменения температуры допускается принимать постоянное значение ??. При определении его значения учитывают тот факт, что скорость износа удваивается при каждом изменении температуры приблизительно на 6 °С; такое значение принято в настоящем стандарте.
Скорость износа определяется температурой наиболее нагретой точки. Для трансформаторов, соответствующих требованиям ГОСТ 11677, эталонное значение этой величины при номинальной нагрузке к нормальной температуре охлаждающей среды принимается равным 98 °С. В настоящем стандарте относительная скорость износа при этой температуре принимается равной единице.
Во многих трансформаторах применяется термически высококачественная изоляция. Поскольку в ГОСТ 3484.2 этот вид изоляции для масляных трансформаторов не рассматривается, то допустимые пределы превышения температуры, обусловленные улучшением термической стойкости изоляции, устанавливаются по согласованию между изготовителем и потребителем. В большинстве случаев трансформаторы с такой изоляцией имеют нормальный предполагаемый срок службы при базовой температуре наиболее нагретой точки 110 °С.
2.6.2 Относительная скорость термического износа изоляции
Для трансформаторов, отвечающих требованиям ГОСТ 11677, относительная скорость термического износа изоляции принята равной единице для температуры наиболее нагретой точки 98 °С, что соответствует работе трансформатора при температуре охлаждающей среды 20 °С и превышению температуры наиболее нагретой точки 78 °С. Относительная скорость износа определяется по формуле
. (7)
Из данных, приведенных ниже, следует, что эта формула содержит значительную зависимость относительной скорости износа изоляции от температуры наиболее нагретой точки:
|
??h |
Относительная скорость износа изоляции |
|
80 |
0,125 |
|
86 |
0,25 |
|
92 |
0,5 |
|
98 |
1,0 |
|
104 |
2,0 |
|
110 |
4,0 |
|
116 |
8,0 |
|
122 |
16,0 |
|
128 |
32,0 |
|
134 |
64,0 |
|
140 |
128,0 |
2.6.3 Расчет сокращения срока службы
Сокращение срока службы, вызванное месячной, суточной или часовой нагрузкой при температуре наиболее нагретой точки 98 °С, выражается «нормальными» месяцем, сутками или часами.
Если нагрузка и температура охлаждающей среды постоянны в течение определенного периода времени, то относительное сокращение срока службы равно Vt, где t - рассматриваемый период времени. То же самое относится к постоянному режиму нагрузки при изменяющейся температуре охлаждающей среды, если при этом используется базовое значение температуры охлаждающей среды (см. 2.7).
Обычно, когда изменяется режим нагрузки и температура охлаждающей среды, относительная скорость сокращения срока службы изменяется во времени. Относительный износ изоляции (или относительное сокращение срока службы) в течение определенного периода времени составит
, или (8)
где п - порядковый номер интервала времени;
N - общее количество равных интервалов времени.
2.7 Температура охлаждающей среды
2.7.1 Общие положения
Для трансформаторов наружной установки с воздушным охлаждением за температуру охлаждающей среды принимается действительная температура воздуха. Для распределительных трансформаторов внутренней установки поправка на температуру охлаждающей среды приведена в 2.7.6. Для трансформаторов с водяным охлаждением за температуру охлаждающей среды принимается температура воды на входе в теплообменник, которая во времени изменяется меньше, чем температура воздуха.
При перегрузке продолжительностью более нескольких часов следует учитывать изменение температуры охлаждающей среды. По желанию потребителя эти изменения можно учитывать при помощи одного из следующих методов:
а) использовать для расчета термического износа изоляции эквивалентную температуру охлаждающей среды; для расчета максимальной температуры наиболее нагретой точки использовать эквивалентную температуру охлаждающей среды и среднее значение месячных максимумов (2.7.2 и 2.7.5);
б) допускается непосредственно использовать кривую изменения фактической температуры (2.7.4);
в) допускается получить приблизительное значение изменяющейся температуры охлаждающей среды при помощи двойной синусоидальной функции (2.7.5).
2.7.2 Эквивалентная температура охлаждающей среды ??E
Если температура охлаждающей среды заметно изменяется при перегрузках, в тепловом расчете следует использовать ее эквивалентное значение, так как оно будет больше среднеарифметического значения.
Эквивалентная температура охлаждающей среды - это условно постоянная температура, которая в течение рассматриваемого периода времени вызывает такой же износ изоляции, как и изменяющаяся температура охлаждающей среды за такой же промежуток времени (сутки, месяц или год).
Если с увеличением температуры на 6 °С скорость износа изоляции удваивается и можно предположить, что изменение температуры охлаждающей среды происходит по синусоидальной форме, то эквивалентную температуру охлаждающей среды определяют по формуле
, (9)
где ?? - средняя температура;
- отклонение температуры за рассматриваемый период (разность средних значений максимума и минимума).
Поправочный коэффициент на среднюю температуру может быть также определен по кривой, изображенной на рисунке 2, который является иллюстрацией приведенной выше формулы.
Рисунок 2 - Поправка на среднюю температуру для получения эквивалентной температуры
2.7.3 Температура охлаждающей среды для расчета наиболее нагретой точки ??m
Эквивалентная температура охлаждающей среды может быть использована для расчета термического износа изоляции, но не может быть использована для контроля максимальной температуры наиболее нагретой точки в период перегрузки. Для такого контроля рекомендуется принимать среднее значение месячных максимумов. Использование абсолютного максимума не считается целесообразным вследствие малой вероятности его появления и влияния тепловой постоянной времени.
2.7.4 Непрерывно изменяющаяся температура охлаждающей среды
Если расчеты износа изоляции и температуры наиболее нагретой точки производятся для нагрузки продолжительностью, превышающей номинальное значение на несколько суток, то использование предусмотренной на этот период реальной кривой изменения температуры может быть более приемлемым. В таком случае кривая изменения температуры охлаждающей среды должна быть представлена рядом отдельных значений, соответствующих интервалу времени, выбранному для определения изменения нагрузки.
2.7.5 Синусоидальное изменение температуры охлаждающей среды
Для вычислений, проводимых на многие сутки или месяцы наперед, более удобно рассматривать температуру охлаждающей среды, представляемую двумя синусоидальными функциями (первая характеризует годичное, вторая - суточное изменение температуры)
(10)
где ??ay - среднегодовая температура охлаждающей среды, °С;
А - амплитуда годового изменения среднесуточной температуры охлаждающей среды, °С;
В - амплитуда суточного изменения для расчета скорости износа изоляции, °С;
Вт - амплитуда суточного изменения для расчета максимальной температуры наиболее нагретой точки, °С;
ДХ - самый жаркий день в году;
ТХ - самое жаркое время суток;
cутки - порядковый номер суток с начала года (например, 1 февраля = 32);
час - время суток (например, 13 ч 15 мин = 13,25).
Расчет этих параметров производят по отдельной программе, приведенной в приложении D, введением четырех типичных значений температур для каждого месяца года.
2.7.6 Поправка на температуру охлаждающей среды для трансформаторов внутренней установки
Трансформатор, предназначенный для установки в помещении, подвергается дополнительному перегреву, значение которого составляет около половины значения превышения температуры воздуха в этом помещении. Испытания показали, что дополнительный перегрев масла в верхних слоях изменяется под действием тока нагрузки приблизительно так же, как изменяется превышение температуры в верхних слоях.
Для трансформаторов, установленных в металлическом или бетонном помещении, можно использовать формулу (1), заменив ????or на :
,
где - дополнительный перегрев масла в верхних слоях при номинальной нагрузке. Этот дополнительный перегрев рекомендуют определять во время испытаний, однако если результаты таких испытаний отсутствуют, допускается в качестве справочных использовать значения, приведенные в таблице 3. Приблизительное значение дополнительного перегрева масла в верхних слоях получают делением значений, приведенных в таблице 3, на два.
Таблица 3 - Поправки на температуру охлаждающей среды для трансформаторов внутренней установки
|
Вид помещения |
Количество установленных |
Поправка (добавляется к эквивалентной температуре охлаждающей среды), °С |
|||
|
|
трансформаторов |
номинальная мощность трансформатора, кВ·А |
|||
|
|
|
250 |
500 |
750 |
1000 |
|
Подземные камеры с |
1 |
11 |
12 |
n |
14 |
|
естественной вентиляцией |
2 |
12 |
13 |
14 |
16 |
|
|
3 |
14 |
17 |
19 |
22 |
|
Подвальные этажи и |
1 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
сооружения с незначительной |
2 |
8 |
9 |
10 |
12 |
|
естественной вентиляцией |
3 |
10 |
13 |
15 |
17 |
|
Сооружения с хорошей естественной вентиляцией, |
1 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
подземные камеры и подвальные этажи с |
2 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
принудительной вентиляцией |
3 |
6 |
9 |
10 |
13 |
|
Трансформаторные киоски (см. примечание 2) |
1 |
10 |
15 |
20 |
- |
|
Примечания 1. Приведенные выше значения температурных поправок были рассчитаны для типичных режимов нагрузки подстанций с использованием характерных значений потерь в трансформаторах. Поправки получены в результате проведения серии испытаний с естественным и принудительным охлаждением в подземных камерах и закрытых подстанциях, а также в результате выборочных измерений, проводимых на подстанциях и в трансформаторных киосках. 2. Если испытание на нагрев было проведено на трансформаторе, установленном в киоске, как на едином собранном устройстве, внесение поправки на температуру внутри киоска не требуется. |
2.8 Программа машинного расчета
2.8.1 Логическая схема
Расчет коэффициентов нагрузки применительно к данному трансформатору при заданном графике нагрузки с учетом изменения температуры охлаждающей среды, заданного ограничения температуры наиболее нагретой точки и износа производится методом итерации, при выполнении которого необходимо использование компьютера. Логическая схема такого метода итерации, включающая основные принципы, установленные настоящим стандартом, показана на рисунке 3.
Подобный метод итерации используется при выборе проектировщиком номинальных значений параметров для новых трансформаторов, если известны режимы нагрузки и температура охлаждающей среды.
Программа должна быть составлена таким образом, чтобы потребитель смог ввести исходные тепловые характеристики трансформатора, график нагрузки на заданный период, характер изменения температуры охлаждающей среды на этот период, а также необходимые, по его мнению, специальные ограничения температуры и износа.
Максимальную температуру наиболее нагретой точки и относительный износ рассчитывают для заданного графика нагрузки. Если максимальная температура не превышена и износ ниже принятого предельного значения, расчет повторяют при увеличенном значении множителя F, применяемого к каждой отдельной нагрузке К1 К2,..., Кn через постоянные интервалы времени t1, t2..., tn. Множитель F повышают ступенями на 1 % для каждой итерации до тех пор, пока не будет достигнут один из пределов. Если при начальном расчете относительный износ больше принятого значения, расчет повторяют, используя уменьшенное до 2 % значение F.
