Масляные трансформаторы представляют собой устройства особого типа, которые используются в основном при работе в местах с необычными показателями температуры и повышенной влажностью.
Они требовательны к показателям напряжения, силы тока и нагрузки, поэтому вопрос о том, какая нагрузка допускается для масляных трансформаторов является довольно распространенным среди специалистов. Определить его заочно не представляется возможным, необходимо обращать внимание на технические характеристики и условия, особенности его использования, индивидуальные нюансы.
Что переставляют из себя масляные трансформаторы и где они применяются
Масляные трансформаторы используют для работы в необычных условиях окружающей среды. Они станут оптимальным выбором, когда приходится производить работы при низких или высоких температурах, в средах с повышенными характеристиками влажности. В частности, масляный трансформатор функционирует при температурах до 40 градусов со знаком плюс и 60 градусов со знаком минус.
Устройство с масляными включениями размещают под открытым небом, так как его не испортят осадки окружающей среды. Детали механизма надежно защищены от агрессивного воздействия снега, дождя, молний специальными толстым корпусом. Режим температуры для функционирования трансформатора расширенный, поэтому устройства такого типа используют для комбинирования с подстанциями мачтового и столбового вида.
Качество трансформаторного масла определяет бесперебойность и эффективность работы оборудования. Добавление не оригинальной жидкости, попадание частиц примесей или пыли, грязи ведет к уменьшению характеристик электролитов. В результате возникают пробоины между корпусом оборудования и обмоткой. Из-за минимального уровня масла оно начинает превышать максимальную температуру. Допускается или нет перегрузка стандартных масляных трансформаторов в аварийных режимах — вопрос спорный. Это возможно, но пагубно скажется на работе устройства.
Важные характеристики при функционировании оборудования — это наличие правильной изоляции масла и самих обмоток, установление правильного температурного режима и влажности. Справляются с этим специальные установленные мониторинговые системы. Онлайн техника отслеживает то, какая установлена температура, проводит аналитику содержания примесей в масле и газе, осуществляет контроль влажности. Аварийный режим включается, если параметры не соответствуют нормативам. Включать нагрузку нельзя — это приведет к выходу из строя.
Допустимые нагрузки и перегрузки в трансформаторах
Технические характеристики определяются в зависимости от того, при каких номинальных показателях износ конструктивных деталей произойдет за 20 лет. В результате использования прибора в больших пределах он не только не покажет эффективность и будет работать с перебоями, но и выйдет из строя. Естественный износ наблюдается в обмотках, которые уже не покажут номинальные показатели при прохождении электрического импульса.
Масляный трансформатор допускается использовать, когда наиболее высокая температура его обмотки не превышает 98 градусов. Если температура воздуха увеличится на 8 градусов, то срок эксплуатации снижается вполовину (правило Монтзингера). Точка располагается на обмотке слоя катушки, которая находится вверху.
Понятно, что добиться идеальных значений не представляется возможным ввиду ряда факторов. Трансформаторы функционируют при переменной нагрузке, при помощи специальной охлаждающей среды изменяются рабочие параметры. Усиленный износ изоляции наблюдается, если подается перегрузка. Ее нет, когда характеристики устанавливаются меньше, но тогда нет смысла использовать изоляцию в масляных трансформаторах.
Специалисты однозначно отвечают на вопрос, какие современные трансформаторы допускается включать на номинальную нагрузку — практически все масляные. Но необходимо соблюсти ряд обязательных условий:
Зачастую у персонала нет возможности отследить и построить индивидуальный график. В таком случае пользуются разработанными таблицами. В них проводится расчет, согласно которому, если действуют систематические перегрузки, то характеристики рассчитываются в зависимости от температуры верхних слоев масла и показателей температуры природной среды.
Для масляных возможно в зимнее время года превышение на 1 процент на процент недогрузки в теплое время года. Показатели определяются летом — плюс 15 градусов, зимой — 5 градусов. Отрицательные температуры высчитываются по такому же графику.
Ввиду того, что оборудование используется в природных условиях, то есть на природе, в городе, специалистов интересует ответ на вопрос, какие трансформаторы допускается включать на номинальную нагрузку при любой отрицательной температуре воздуха. Хоть в эксплуатационном листе и прописывается, что делать процедуру возможно до 60 градусов со знаком минус, на практике это оказывается не так.
Учитываются показатели перегрузки, которые возникали, влажность воздуха. Если техника и так систематически подвергалась включению и отключению аварийного режима, то в структуре обмоток уже наблюдаются сбои и пробои. Использование обмоток на полную мощность приводит к негативным последствиям.
Для избежания поломки оборудования, его возможного экстренного отключения рекомендуется рассчитывать показатели масляного ТМ заранее, учитывая степень его износа.
Допускается длительность перегрузки в минутах, если наблюдается перегрузка по показателю силы тока в процентном соотношении от номинальной возможной:
Напряжение любой части обмотки масляного оборудования не должно превышать показателя наибольшего рабочего напряжения на частях. Во время перегрузки специалисты предпринимают комплекс мер, направленных на замену износившегося устройства резервным. При этом они разгружаются до номинальных характеристик — отключаются не самые необходимые, не являющиеся существенно важными.
Допустимые нагрузки для оборудования общего назначения
Согласно ГОСТу 14209 — 85 допустимые нагрузки для масляных трансформаторов устанавливаются изготовителем оборудования. Ранее присутствовал ГОСТ 14209 — 69, который был заменен указанным. Он сохраняется модель расчета нагрузки при помощи показателя износа изоляции, нагретой точки обмоточных слоев, вида диаграммы. Сохранено то, что:
Изменились другие положения, касаемо допустимых показателей нагревания точек. Для перегрузок показатель составляет 140 (стандартная модель для трансформаторов от 110 кВ и ниже), 160 (оборудование с аварийными перегрузками 110 кВ и ниже). Для техники 110 кВт и выше сохраняется порог в 140 градусов для систематических и аварийных. Значения при соблюдении условий (соответствие температуры точки нагревания номинальным техническим характеристикам) при систематических — 1,5, при аварийных — 2.
Учитываются параметры окружающий среды. Рассматривается продолжительность графика нагрузки, если изменение температурных показателей не превышает 12 градусов и характеристики положительны. Вводится график корректировки, если изменения превышают установленный порог 12 или же температура стала отрицательной.
Графическая методология используется для определения показателей превышения температуры масла (в зависимости от характеристики нагретой максимально точки обмотки и окружающей среды). График наглядно демонстрирует уход от номинальной мощности и загрузки, что позволяет корректировать результаты, вводя дополнительное охлаждение.
Износ изоляции определяется расчетными таблицами — экспериментальный путь не действует.
Использование электронно-вычислительных машин контролирует показатели работы обмоток и эксплуатационные характеристики масла трансформатора.
Влияние нагрузок на работу масляного трансформатора
Если учитываются показатели максимальной температуры витка обмотки, параметры окружающей среды, то систематические нагрузки на трансформатор масляного типа не приводят к его износу или выходу из строя. Учитывая созданные специалистами графики можно соотнести необходимые значения и подобрать уровень нагрузки, которые соответствуют стабильной и бесперебойной работе.
Нормируемый срок эксплуатации не уменьшится, так как износа изоляции не происходит. Трансформатор масляного типа будет служить минимум двадцать лет.
Основная проблема заключается в том, что определить самостоятельно по графикам или используя блок-схемы необходимую степень нагрузки не так просто начинающему специалисту. Поэтому для начала работы выбирают модели современных производителей с четкими эксплуатационными листами. В них прописываются расчетные показатели, указаны не только параметры нагрузки при разных режимах, но и приведены схемы самостоятельного расчета.
Аварийные перегрузки ведут к износу изоляции. В результате трансформаторные обмотки приходят в негодность. Образуются пробои в них самих или же на границах конструкции трансформатора и обмоток. Электрический ток не может бесперебойно проходить, возможны короткие замыкания. Установленный производителем срок службы снижается многократно.
Используются методики компенсации износа изоляции (при функционировании при сниженных параметрах нагрузки), но это не всегда приводит к положительным ожидаемым результатам.
Перегрузка трансформатора – режим, сокращающий срок эксплуатации устройства
Трансформатор – это электрический аппарат, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в другое. Принцип работы основан на электромагнитной индукции.
Какие бывают трансформаторы
Трансформаторы различаются по техническим характеристикам и назначению, они подразделяются на несколько видов, это:
Принцип работы
Работа трансформатора основана на принципе электромагнитной индукции, которая создается в магнитной сердечнике аппарата.
Электромагнитная индукция возникает под воздействием электрического тока проходящего в первичной обмотке устройства, и посредством ее возникает электрический ток во вторичной обмотке.
Первичная и вторичная обмотка устройства
Основные характеристики
Мощность – определяет количество мощности потребителей, которых возможно подключить к данному устройству в нормальном режиме работы;
Напряжение – определяет характеристики электрической сети, для которых предназначено устройство.
Режимы работы трансформатора
Еще один режим, который может возникнуть в процессе эксплуатации – это режим перегрузки, характеризующийся еще не режимом короткого замыкания, но, тем не менее, параметрами, не соответствующими рабочему режиму работы.
Перегрузка трансформатора, ее виды
Совокупность допустимых нагрузок и перегрузок – определяет нагрузочную способность трансформатора.
Допустимая нагрузка – нагрузка, соответствующая номинальному режиму работы, неограниченная по времени, при которой не происходит износ изоляции обмоток, вызываемый нагревом в процессе работы.
Перегрузка – режим работы, вызванный подключением мощности нагрузки больше номинальной или температуры окружающей среды больше расчетной. При перегрузке происходит ускоренный износ изоляции обмоток.
Перегрузка масляных трансформаторов
Масляный трансформатор – силовой агрегат, в котором в качестве охлаждающей жидкости используется масло.
Режим работы аппаратов подобного типа регламентирован ГОСТ 14209-97 (МЭК354-91) «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов», который введен в действие в 2001 году.
Предельные значения температуры и тока для режима перегрузок:
| Тип нагрузки | Трансформаторы | ||
| Распределительные | средней мощности | Большой мощности | |
| Систематические | |||
| Значения электрического тока (относительных единиц) | 1,5 | 1,5 | 1,3 |
| Температура наиболее нагретого участка, °С | 140 | 140 | 120 |
| Температура охлаждающего реагента (масла) в верхнем слое, °С | 105 | 105 | 105 |
| Аварийные, продолжительные | |||
| Значения электрического тока (относительных единиц) | 1,8 | 1,5 | 1,3 |
| Температура наиболее нагретого участка, °С | 150 | 140 | 130 |
| Температура охлаждающего реагента (масла) в верхнем слое, °С | 115 | 115 | 115 |
| Аварийные, кратковременные | |||
| Значения электрического тока (относительных единиц) | 2,0 | 1,8 | 1,5 |
| Температура наиболее нагретого участка, °С | См.примечания | 160 | 160 |
| Температура охлаждающего реагента (масла) в верхнем слое, °С | См.примечания | 115 | 115 |
Перегрузка трансформаторов тока
Устройство и режим работы устройств регламентированы ГОСТ 7746-2001 «Трансформаторы тока. Общие технические условия», принят Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 20 от 1 ноября 2001 г.) и введен в действие 01.01.2003 года.
Перегрузка данного типа аппаратов возникает при подключении нагрузки больше номинальной, в связи с этим, величина тока в первичной сети, увеличивается, что негативно отражается на изоляции устройства.
Защита от перегрузки
Для создания безопасных и надежных условий работы всех элементов электрических сетей и устройств, предусматриваются разнообразные системы защиты от не стандартных ситуаций, к которым относятся и режимы перегрузок.
Защита от перегрузок бывает основана на использовании:
Требования к условиям защиты различных типов трансформаторов регламентированы Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) глава3.1 «Защита электрических сетей до 1 кВ» и глава 3.2 «Релейная защита».
Перегрузка силовых трансформаторов (длительная допустимая и кратковременная аварийная)
Перегрузка силовых трансформаторов важный параметр, необходимый как при проектировании, так и при эксплуатации электрических станций и подстанций
В статье представлены действующие нормативные документы, на основании которых определяются допустимые перегрузки трансформаторов
1. Допустимая длительная перегрузка силовых трансформаторов по ПТЭ
[п. 2.1.20 ПТЭП]
[п. 2.1.20 ПТЭП]
* — под длительно допустимой понимается сколь угодно долгая продолжительность перегрузки;
** — указана перегрузка в % номинального тока ответвления (если напряжение на ответвлении не превышает номинального)
*** — на практике сухие трансформаторы стараются не перегружать;
Кроме того, для трансформаторов в зависимости от режима работы допускаются систематические перегрузки, значение и длительность которых регламентируются типовой инструкцией по эксплуатации трансформаторов и инструкциями заводов-изготовителей [п. 5.3.14 ПТЭ ЭСС], [п. 2.1.20 ПТЭП].
2. Аварийная кратковременная перегрузка трансформатора по ПТЭ
| Масляные трансформаторы | |||||
| Перегрузка по току, % | 30 | 45 | 60 | 75 | 100 |
| Длительность перегрузки, мин | 120 | 80 | 45 | 20 | 10 |
| Сухие трансформаторы | |||||
| Перегрузка по току, % | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| Длительность перегрузки, мин | 60 | 45 | 32 | 18 | 5 |
3. Аварийная кратковременная перегрузка трансформатора по Приказу Минэнерго РФ N250 от 06.05.2014 г.
В соответствии с Приложением №1 «Методических указаний по определению степени загрузки вводимых после строительства объектов электросетевого хозяйства»(утв. Приказом Минэнерго РФ N250 от 06.05.2014 г):
Допустимые аварийные перегрузки для силовых (авто-) трансформаторов различной системы охлаждения в зависимости от температуры (°С) охлаждающей среды (в долях от номинального тока)
| Температура (°С) охлаждающей среды | Система охлаждения | |
| М, Д | ДЦ, Ц | |
| Для трансформаторов со сроком эксплуатации менее 30 лет | ||
| -20°С и ниже | 1,5 | 1,5 |
| -10°С | 1,5 | 1,4 |
| 0°С | 1,4 | 1,4 |
| 10°С | 1,3 | 1,3 |
| 20°С | 1,3 | 1,2 |
| 30°С | 1,2 | 1,2 |
| 40°С | 1,1 | 1,1 |
| Для трансформаторов со сроком эксплуатации более 30 лет | ||
| -20°С и ниже | 1,2 | |
| -10°С | 1,2 | |
| 0°С | 1,15 | |
| 10°С | 1,0 | |
| 20°С | 1,0 | |
| 30°С | 1,0 | |
| 40°С | 1,0 | |
4. Аварийная кратковременная перегрузка трансформатора по ГОСТ 14209-97 (упрощенные таблицы)
| Продолж. перегрузки в течение суток, ч | Перегрузка в долях номинального тока, в зависимости от температуры охлаждающей среды во время перегрузки | |||
| -25°С | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 2,0 | 1,8 | 1,6 | 1,4 |
| 1,0 | 1,9 | 1,7 | 1,6 | 1,4 |
| 2,0 | 1,9 | 1,7 | 1,5 | 1,4 |
| 4,0 | 1,8 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| 8,0 | 1,7 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| 24,0 | 1,7 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| -20° C | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 1,9 | 1,7 | 1,6 | 1,5 |
| 1,0 | 1,9 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| 2,0 | 1,8 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| 4,0 | 1,7 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| 8,0 | 1,7 | 1,5 | 1,5 | 1,4 |
| 24,0 | 1,6 | 1,5 | 1,5 | 1,4 |
| -10° C | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 1,7 | 1,6 | 1,5 | 1,4 |
| 1,0 | 1,7 | 1,5 | 1,5 | 1,4 |
| 2,0 | 1,7 | 1,5 | 1,5 | 1,3 |
| 4,0 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| 8,0 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| 24,0 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| 0° C | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 1,7 | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| 1,0 | 1,7 | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| 2,0 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| 4,0 | 1,6 | 1,4 | 1,4 | 1,3 |
| 8,0 | 1,6 | 1,4 | 1,4 | 1,3 |
| 24,0 | 1,5 | 1,4 | 1,4 | 1,3 |
| 10° C | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 1,7 | 1,4 | 1,4 | 1,3 |
| 1,0 | 1,6 | 1,4 | 1,4 | 1,3 |
| 2,0 | 1,5 | 1,4 | 1,3 | 1,2 |
| 4,0 | 1,5 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| 8,0 | 1,5 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| 24,0 | 1,5 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| 20° C | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 1,5 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| 1,0 | 1,4 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| 2,0 | 1,4 | 1,3 | 1,3 | 1,2 |
| 4,0 | 1,4 | 1,3 | 1,2 | 1,2 |
| 8,0 | 1,4 | 1.3 | 1,2 | 1,2 |
| 24,0 | 1,4 | 1,3 | 1,2 | 1,2 |
| 30° C | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 1,4 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| 1,0 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| 2,0 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| 4,0 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,1 |
| 8,0 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,1 |
| 24,0 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,1 |
| 40° C | ONAN | ON | OF | OD |
| 0,5 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| 1,0 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,1 |
| 2,0 | 1,3 | 1,2 | 1,1 | 1,1 |
| 4,0 | 1,2 | 1,2 | 1,1 | 1,1 |
| 8,0 | 1,2 | 1,1 | 1,1 | 1,1 |
| 24,0 | 1,2 | 1,1 | 1,1 | 1,1 |
Система охлаждения трансформаторов
| Обозначение | Наименование |
| Д (ONAF) | масляное охлаждение с дутьем и с естественной циркуляцией масла |
| М (ONAN) | естественное масляное охлаждение |
| ДЦ (OFAF) | масляное охлаждение с дутьем и с принудительной циркуляцией масла |
| Ц (OFWF) | масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла |
| ON | обозначает виды охлаждения ONAN или ONAF |
| OF | обозначает виды охлаждения OFAF или OFWF |
Перечень НТД по вопросу перегрузки трансформаторов
— «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», утв. приказом Министерства энергетики РФ от 19 июня 2003 г. N 229 (ПТЭ ЭСС)
— «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей», утв. приказом Министерства энергетики РФ от 13 января 2003 г. N 6 (ПТЭ П)
— «Методические указания по определению степени загрузки вводимых после строительства объектов электросетевого хозяйства, а также по определению и применению коэффициентов совмещения максимума потребления электрической энергии (мощности) при определении степени загрузки таких объектов», утв. приказом Министерства энергетики РФ от 6 мая 2014 г. N 250.
— ГОСТ 14209-97 «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов», введен в действие в качестве Государственного стандарта Российской Федерации с 01.01.2002
— СТО 56947007-29.180.01.116-2012 «Инструкция по эксплуатации трансформаторов», утв. приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 02.03.2012 № 113
— Проект норматива «Требования к перегрузочной способности трансформаторов и автотрансформаторов, установленных на объектах электроэнергетики, и ее поддержанию» (подготовлен Минэнерго России 23.07.2018)
