Определение тепловых параметров режима трансформатора и сте-пени износа витковой изоляции

Исходные положения

При расчётах нагрузочной способности трансформатора определяется:

· температура наиболее нагретых мест обмотки Т_ннт;

· зависимость скорости старения изоляции от температуры, при которой трансформатор будет работать заданный экономически оправданный срок.

Определение температуры наиболее нагретой точки обмотки Т_ннт сводится к расчёту:

· превышения температуры верхних слоёв масла θ_м над температурой охлаждающей среды Т_в;

· превышения температуры наиболее нагретой точки обмотки над температурой масла θ_нтт.м при эквивалентной температуре охлаждающей среды Т_вэ .

Расчётные тепловые характеристики трансформаторов принимаются на основе результатов испытаний. Тепловая постоянная времени нагрева T_м приведена в паспорте трансформатора. При отсутствии таких данных используются значения параметров по нормам соответствующих стандартов (табл. 4.1).

Номинальное превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки θ_{нтт ном} над температурой масла характеризует номинальный режим работы трансформатора при неизменной нагрузке и равно сумме

θ_{нтт ном} = θ_{м ном} + θ_{нтт.м ном},

где θ_{м ном}, – номинальное значение превышения температуры масла над температурой окружающего воздуха и θ_{нтт.м ном} - номинальное значение превышения температуры наиболее нагретой точки обмотки над температурой масла.

В отношении тепловых процессов трансформатор представляет собой сложную систему неоднородных тел и для упрощения расчётов принимают ряд допущений [1]:

· Превышения температуры масла θ_м и наиболее нагретой точки θ_нтт.м не зависят от температуры охлаждающей среды в диапазоне её изменения от минус 20 до плюс 40 °С.

· При расчётах не учитывается изменение сопротивления обмоток, теплоёмкости и вязкости масла с повышением температуры вследствие компенсации взаимного влияния этих факторов.

· Температура масла внутри обмоток повышается линейно от нижней части к верхней независимо от вида охлаждения (рис. 4.1).

· Среднее превышение температуры участков обмотки изменяется линейно по её высоте и параллельно принятому изменению температуры масла с постоянной разностью θ_{обм.м ср} = θ_{обм ср} – θ_{м ср}. С учётом дополнительных потерь от магнитных потоков рассеяния превышение температуры наиболее нагретой точки больше этой разности:

θ_{ннт.м ном} = b θ_{обм.м ср} , b = 1,1…1,5.

Таблица 4.1 – Расчетные тепловые характеристики трансформаторов с системами охлаждения видов М и Д

 

Параметр	Обо-значе-ние	Значение параметра по
[4]	ГОСТ 14209 –69	ГОСТ 14209 –85	ГОСТ 14209–97
Номинальное превышение температуры наиболее нагретой точки обмотки над температурой окружающего воздуха, °С	θнтт ном
Номинальное превышение температуры масла в верхних слоях, °С	θм ном
Номинальное превышение температуры наиболее нагретой точки над температурой масла, °С	θннт.м ном
Тепловая постоянная времени масла, ч	T м	3,5	2,5–3,5	3,0	2,5
Отношение потерь к.з. и х.х.	d	2,3–4^*
Показатель степени при расчетах нагревания масла	x	0,8	0,8 (М) 0,9 (Д)	0,9	0,9
То же, обмотки	y	–	1,6 (М) 1,8 (Д)	1,6	1,6
^* по каталогам трансформаторов 1950-60 гг. изготовления

Рисунок 4.1 – Упрощенная схема распределения температуры масла и обмотки

В ГОСТ 11677 регламентируются предельные значения превышения температуры θ_{обм ср} и θ_{м ном} относительно температуры воздуха при испытаниях на нагрев. Поскольку θ_{обм ср} является средней величиной по высоте обмотки, а θ_{м ном} относится к верхней её части (см. рис. 4.1), значение указанной разности температур определяется выражением

θ_{обм.м ср} = θ_{обм ср} – a θ_{м ном}, a = θ_{м ср} / θ_{м ном} = 0,7…0,85.

Фактические значения коэффициентов a и b зависят от мощности трансформатора, сопротивления короткого замыкания и конструкции обмоток.

По ГОСТ 11677–85 действующая в настоящее время норма θ_{м ном} = 60 °С (табл. 4.1) относится к трансформаторам герметичного исполнения или с расширителем независимо от номинальной мощности. В более ранних версиях этого стандарта указанная норма распространялась только на специальные герметичные трансформаторы, а для остальных устанавливалось θ_{м ном} = 55 °С. В перспективе следует ожидать, что для трансформаторов тяговых подстанций, относящихся к категории трансформаторов средней мощности по классификации ГОСТ 14209–97, будет принято θ_{м ном} = 52 °С.