Температура трансформаторов и эксплуатация
Опубликовано: 05.09.2018
Температурные соображения для трансформаторов с жидким диэлектриком
Сушка трансформатора. Запуск установки «Суховей» в Омане
Трансформаторы с жидким диэлектриком используют изоляцию, основанную на системе целлюлозы/жидкости. Жидкость служит, и как изолирующая, и как охлаждающая среда. При изготовлении обмоток используются определенные формы корпуса (прямоугольные или цилиндрические), а между слоями витков обмотки оставляются промежутки. Эти промежутки необходимы для того чтобы жидкость могла проходить между слоями обмотки, и охлаждать обмотку и магнитопровод.
Для целей охлаждения жидкость протекает через трансформатор через каналы вокруг обмотки, находясь внутри герметичного корпуса, в который заключены магнитопровод и обмотки. Отвод тепла, накапливаемого в жидкости, осуществляется через внешние трубки, обычно имеющие эллиптическое сечение, идущие по внешним стенкам корпуса. Когда класс трансформатора превышает 5 МВА, требуются дополнительные средства отвода тепла. Здесь используются радиаторы. Они содержат коллекторы, выступающие из корпуса трансформатора сверху и снизу, и соединенные рядами трубок. Жидкость трансформатора, действуя в качестве охлаждающей среды, передает в них тепло, собранное с магнитопровода и обмоток. Это тепло при помощи внешних трубок рассеивается в воздухе. Бумажная изоляция, используемая сегодня в трансформаторах с жидким диэлектриком, термально усилена, допуская в качестве стандартной средней температуры обмоток 65°С. В устройства 1960-х годов, в качестве стандарта была температура 55°С. Иногда в спецификациях трансформатора указывается допустимый рост температуры, равный 55°/65°С. Это обеспечивает увеличение операционных характеристик на 12%, поскольку указанный класс мощности основан на старом стандарте роста температуры 55°С, хотя при этом используется термально усиленная крафт-бумага. Как для трансформаторов сухого типа, так и для трансформаторов с жидким диэлектриком, ключевым фактором конструкции трансформатора является величина роста температуры, который способна выдержать изоляция. Снижение роста температуры трансформатора может быть достигнуто двумя путями. Во-первых, можно увеличить размеры проводника в обмотке (что снизит его сопротивление и, следовательно, уменьшит тепловыделение). Во-вторых, можно занизить номинальное значение трансформатора, допускающего более высокое повышение температуры. Вторым методом следует пользоваться с осторожностью, поскольку если процентное значение импеданса трансформатора основано на более высоком допустимом повышении температуры, то пропускаемый ток короткого замыкания, и ток включения будут пропорционально выше, чем соответствующий заявленным параметрам применяемого трансформатора. В результате, оборудование, подключаемое к трансформатору, должно иметь более высокие показатели по допустимому току и его прерыванию, а первичные выключатели должны иметь более высокие характеристики, чтобы справиться с током включения. Трансформаторы с более низким ростом температуры, имеют более крупные физические размеры, и, следовательно, требуют больше площади для установки. Положительным моментом здесь является более продолжительный срок эксплуатации. Новые стандарты электрической отрасли рекомендуют выбирать трансформаторы, исходя из оптимизации потерь при отсутствии нагрузки, при частичной нагрузке и при полной нагрузке. При этом не должны подвергаться риску операционные требования и требования надежности всей электрической системы.Температурные соображения трансформаторов сухого типа
Трансформаторы сухого типа доступны в трех основных классах изоляции. Основным назначением изоляции является обеспечение диэлектрической прочности, и способность выдерживать определенные температурные пределы. Изоляция относится к одному из классов: 220°С (класс H), 185°С (класс F), и 150°С (класс B). Допустимый рост температуры основан на росте температуре при полной нагрузке по отношению к средней температуре воздуха (обычно, на 40°С выше средней), и составляет 150°С (только при изоляции класса H), 115°С (при изоляции классов H и F), и 80°С (при изоляции классов H, F, и B). Для каждого класса допускается превышение на 30° С в горячих точках обмотки.
Более низкие повышения температуры трансформаторов более эффективны, особенно при нагрузках 50% и выше. Потери при полной нагрузке для трансформаторов с допустимой температурой 115°С, примерно на 30% меньше, чем у трансформаторов с допустимой температурой 150°С. А трансформаторы с температурой 80°С имеют потери, примерно на 15% меньше, чем трансформаторы с температурой 115°С, и на 40% меньше, чем трансформаторы с температурой 150°С. Потери при полной нагрузке для трансформаторов с допустимой температурой в 150°С, находятся в пределах 4%-5% для 30 кВА, и снижаются до 2% для 500 кВА и выше. При непрерывной работе при 65% от полной нагрузки, и более, у трансформаторов с температурой 115°С срок самоокупаемости по сравнению с трансформаторами 150°С меньше на 2 года (или на один год, при работе с нагрузкой 90% от полной нагрузки). Трансформаторы с допустимой температурой 80°С, по сравнению с трансформаторами с температурой 150°С, окупаются быстрее на 2 года при нагрузке не ниже 75% от полной. При 100% нагрузке, они окупаются быстрее на один год. Если такой трансформатор будет непрерывно работать при нагрузке не менее 80% от полной, то он окупится на два года быстрее трансформатора с температурой 115°С (или на 1.25 года при полной нагрузке). Следует отметить, что при нагрузке ниже 50% от полной, нет существенного преимущества по времени самоокупаемости ни у трансформатора с 115°, ни у трансформатора с 80°С над трансформатором с температурой 150°С. Кроме того, если нагрузка будет менее 40%, то более низкий рост температуры станет менее эффективным, чем у трансформаторов с температурой 150°С. То есть не будет не только выигрыша во времени окупаемости, но еще и увеличатся годовые операционные затраты.В начало рекомендаций по выбору .
