Особенности работы трансформаторов при нагрузке выше номинальной

 

Нагрузочная способность трансформатора определяется совокупностью допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок. Согласно ГОСТ 11677 трансформатор должен обеспечить нагрузку сверх номинальной при определенных условиях эксплуатации.

Основой определения нагрузочной способности является тепловой износ изоляции трансформатора [1]. Под воздействием температуры изменяются физико-химические свойства твёрдой изоляции трансформатора с течением времени и изоляция становится хрупкой. В ходе необратимого процесса старения электрическая прочность изоляции практически не снижается, но по истечении определённого времени изоляция не выдерживает механические нагрузки от вибраций и коротких замыканий. Скорость старения зависит от температуры и времени её воздействия. На скорость и степень старения изоляции влияют влага, кислород воздуха и другие факторы, учёт которых не возможен.

Действительный срок службы трансформатора зависит от воздействий перенапряжения, токов коротких замыканий в сети и аварийных перегрузок. Вероятность безотказной работы трансформатора определяется воздействием перенапряжений, перегрузок и токов короткого замыкания и зависит:

· от амплитуды тока и длительности воздействия;

· от конструкции трансформатора;

· от температуры различных частей трансформатора;

· от содержания влаги в масле и изоляции трансформатора;

· от содержания в масле и изоляции трансформатора кислорода и других газов;

· от частиц примесей их количества, размера и вида,

Нормативный срок службы трансформатора - это некоторая условная величина для непрерывной постоянной нагрузки, при нормальной температуре охлаждающей среды и номинальных условиях эксплуатации. Нагрузка и температура охлаждающей среды, превышающие номинальные значения, вызывают ускоренный износ трансформатора и являются основными рисками.

Режим нагрузки трансформатора выше номинального значения, приводит к следующему:

· температура обмоток, отводов, соединений, изоляции и масла увеличивается и может превысить допустимые значения;

· возрастает плотность магнитного потока рассеяния вне магнитной системы, образуются вихревые токи, больший нагрев металлических частей, охваченных этим потоком;

· сочетание основного и добавочного магнитного потоков рассеяния ограничивает эксплуатационные возможности магнитной системы при высокой индукции;

· изменение температуры изменяет содержание влаги и газа в изоляции и масле;

· вводы, переключатели, концевые заделки кабеля и трансформаторы тока подвергаются повышенным нагрузкам, что ограничивает возможности их применения.

Воздействия повышенной нагрузки могут быть кратковременными и длительными. В результате с увеличением тока нагрузки и температуры возникает опасность повреждения. Такая опасность возникает немедленно или в следствии общего ухудшения состояния трансформатора в течение многих лет.

Основной опасностью, вызывающей отказ трансформатора при кратковременных воздействиях тока нагрузки, является снижение электрической прочности изоляции вследствии выделения пузырьков газа в местах с высокой электростатической напряженностью в обмотках или в местах соединения проводов. В бумажной изоляции пузырьки газа скапливаются при внезапном повышении критического значения температуры наиболее нагретой точки от 140 до 160 °С для трансформаторов с нормальным содержанием влаги. С увеличением концентрации влаги уменьшается критическая температура.

Временное ухудшение механических свойств при повышенной температуре снижает стойкость трансформатора при коротком замыкании. При увеличении давления во вводах может произойти пробой вследствие утечки масла. Если температура изоляции превышает значение 140 °С во вводах может про

исходить скопление газов.

При расширении масла может произойти его перелив из расширителя. Переключение больших токов устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) может привести к его серьёзным повреждениям.

Длительное воздействие больших токов повышает температуру, скорость совокупного термического износа изоляции проводников, сокращает действительный срок службы трансформатора и особенно при значительном количестве коротких замыканий сети. При повышенной температуре также повышается скорость износа других изоляционных материалов, проводников и механических частей трансформатора. При повышенных токах и температуре переходное сопротивление контактов переключающих устройств увеличивается и возникает недопустимый их перегрев. Уплотняющие материалы в трансформаторе при повышенной температуре становятся более хрупкими.

Кратковременные воздействий тока и температуры с точки зрения уровня надежности трансформатора более опасны, чем длительные воздействия.

Работа трансформатора в режиме нагрузки, превышающей 1,5 номинального тока, ограничивается нагрузочной способностью других частей трансформатора: вводы, концевые кабельные соединения, устройства переключения ответвлений и соединения. Необходимо учитывать характеристики присоединенного оборудования: кабели, выключатели, трансформаторы тока и др.