Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

transform.ru ::Киреева Э.А. Сухие силовые трансформаторы: перегрузки и условия эксплуатации. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт
 

СУХИЕ СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ: ПЕРЕГРУЗКИ И УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Киреева Э.А., канд. техн. наук, НИУ МЭИ, г. Москва

 

 

Известно, что современные сухие силовые трансформаторы надежны и просты в эксплуа­тации, не нуждаются в дополнительных затратах на обслуживание.

Их особенности состоят в следующем:

  • абсолютно безопасны в плане пожарной и экологической угрозы, поэтому их можно использовать там, где требуется соблюдать повышенную безопасность, например в общественных местах, в метро, в жилых зданиях и т.п.;
  • могут быть установлены там, где имеются повышенные требования к экологии и охра­не окружающей среды, например в курортных зонах или на водозаборных станциях;
  • на промышленных предприятиях уста­новка сухих трансформаторов избавит от дополнительных издержек на строительство подстанций и на распределительные шины и кабели низкого напряжения.

Существуют различные серии сухих трансформаторов.

  1. Трансформаторы серии ТСЗГЛ – сухие силовые с геофолевой литой изоляцией, понижающие трехфазные двухобмоточные, общего назначения, нормального конструктивного исполнения, мощностью от 160 до 2500 кВ А, напряжением 6, 10, 20 кВ. Предназначены для преобразования электрической энергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Устанавливаются в промышленных помещениях и общественных зданиях, к которым предъявляются повышенные требования в части пожаробезопасности, взрывозащищенности, экологической чистоты. В корпусах имеют степень защиты IP 20.
  2. Трансформаторы серии ТСЗН – сухие, мощностью от 25 до 1600 кВ∙А, с изоляцией Nomex, напряжением до 10 кВ, используются во многих отраслях народного хозяйства. Предназначены для преобразования электрической энергии в электросетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Могут быть установлены в промышленных помещениях и общественных зданиях, к которым предъявляются повышенные требования в части пожаробезопасности, экологической чистоты. Максимально удобная в обслуживании модель кожуха взрывозащищенности. Предусмотрена дополнительная комплектация шинными мостами со стороны ВЫ и НН. С корпусом имеет степень защиты IP20.
  3. Трансформаторы серии ТСЛ – сухие, мощностью от 25 до 2500 кВА, напряжением 6,10 и 20 кВ, разработаны специально для установки во встроенные подстанции. Характеризуются уменьшенными габаритами, пониженным уровнем шума и минимальными эксплуатационными затратами. Пожаробезопасны (в качестве диэлектрика используется огнестойкая, самогасящая смола), экологически чисты (не выделяют вредных веществ во время пожара, отсутствует проблема выброса масла), устойчивы к воздействию пыли, влаги и плесени.

По оценкам специалистов, сухие трансформаторы с литой изоляцией обмотки в будущем будут применять на более высокие уровни напряжения, 35 кВ. Сухие трансформаторы с открытой обмоткой, пропитанной под вакуумом полиэстерными смолами, в которых не возникают частичные разряды из-за малой массы и толщины изоляции, будут более востребованными на напряжение 6 и 10 кВ, чем другие виды сухих трансформаторов. Преимущества сухим трансформаторам дают не только новые изоляционные материалы, но и новые принципы конструирования и технологии изготовления.

Современные сухие трансформаторы отличаются достаточно высокой надежностью в эксплуатации, но, как и на другое электрооборудование, на сроки их службы оказывают влияние внешние факторы.

Сухие трансформаторы подвержены влиянию различных химических и физических факторов, зависящих от качества окружающей среды. Потенциальными опасностями являются влажность, физические и химические загрязнения, ветер. При хранении температура трансформатора равна температуре окружающей среды. В этот период его изоляция подвержена воздействию влаги: проникновению в изоляцию и конденса­ции на поверхности, что может стать причиной разрядов («перекрытий») при подаче напряжения. По этой причине хранить трансформатор рекомендуется при относительной влажности воздуха не выше 90 %, а перед включением в работу убедиться в отсутствии конденсата. При эксплуатации сухие трансформаторы могут подвергаться различным воздействиям. Несмотря на то что рабочая температура обмоток выше температуры окружающей среды, высокая влажность может вызвать проникновение влаги в материал обмоток и ухудшить изоляционные свойства.

Известно, что электростатические поля притягивают частицы пыли, оседающие на поверхности обмоток ВН. Это снижает сопротивление поверхностным токам утечки, повышая вероятность перекрытий изоляции трансформатора [1]. Притягиваемые электростатическими полями пары углеводородов могут осаждаться на поверхности обмоток.

Впоследствии под воздействием температуры углеводороды могут трансформироваться химически, образуя полупроводящие или проводящие отложения, что может способствовать перекрытию изоляции либо ухудшить распределение электрического поля по поверхности, способствуя аккумуляции проводящей пыли. Кроме влияния электростатических полей, имеет место коррозия изоляционных материалов, скорость которой зависит от влажности и температуры, и деградация диэлектрических свойств. Степень влияния пыли, песка и соли зависит от скорости ветра.

В этом случае возможны следующие ситуации:

  • ухудшение электрических параметров: качества контактов, сопротивления токам утечки;
  • препятствие работе вентиляторов;
  • абразивное воздействие на поверхность изоляторов и снижение поверхностного сопротивления;
  • накапливание проводящей пыли на обмотках ВН;
  • засорение вентиляционных отверстий.

Так как мелкая пыль гигроскопична, то это способствует образованию проводящего слоя на поверхности изолятора.

Для сухих трансформаторов, эксплуатирующихся в черте города с промышленными объектами или интенсивным движением транспорта, а также в незащищенных от пыли зонах (за исключением близкорасположенных к источникам пыли), необходимо учитывать следующие ограничения:

  • относительная влажность воздуха – не более 90 %;
  • концентрация S02 – не более 0,1 мг/м3;
  • концентрация NOx – не более 0,1 мг/м3;
  • концентрация пыли и песка – не более 0,2 мг/м3;
  • концентрация морской соли – не более 0,3 г/м3.

Рекомендации даны в соответствии с МЭК 60721.

Учет данных ограничений сохраняет срок службы сухих трансформаторов в течение десятков лет.

Тепловой режим работы трансформатора – один из важнейших факторов, влияющих на старение изоляции и, как следствие, на сроки его службы.

Ниже приводятся условия, которые рекомендуется выполнять для обеспечения требуемого охлаждения, независимо от размеров помещения и степени защиты сухого трансформатора (наличия кожуха).

Эти рекомендации применимы и для других типов электрооборудования.

Большой объем пространства над трансформатором способствует лучшему оттоку нагретого воздуха. Кроме того, эффективность вентиляции зависит от ее способности удалять воздух из верхней части помещения. Для этого приточное отверстие должно располагаться как можно ниже, а вытяжное – как можно выше и с противоположной стороны.

Расположение приточного вентиляционного отверстия (вентилятор, работающий на вдув) над трансформатором препятствует оттоку горячего воздуха от него. Это может привести к повышению температуры трансформатора выше допустимой. В лучшем случае сработает тепловая защита; в худшем, если она отсутствует, произойдет перегрев и преждевременное старение изоляции.

Известно, что цель вентиляции – снижение тепла, выделяемого электрооборудованием (трансформаторами, двигателями, нагревателями и т.д.).

В нормальном режиме оборудование выделяет мощность потерь Р (кВт), для отвода которой с помощью вентиляции необходимо, чтобы было:

  • отверстие притока холодного воздуха эффективной площадью S (м2), расположенное внизу вблизи трансформатора (эффективная площадь отверстия – это его реальная площадь, за вычетом все помех – решеток, клапанов и т. д.);
  • отверстие вытяжки горячего воздуха эффективной площадью S' (м2), расположенное сверху с противоположной стороны, по возможности над трансформатором, на высоте Н (м) относительно нижнего отверстия [1].

Площадь отверстий можно определить по формулам: S = (0,18Р)/Н; S' = 1,1∙S.

Эти формулы применимы при установке оборудования на высоте до 1000 м над уровнем моря при среднегодовой температуре 20 °С.

Если невозможно обеспечить вышеуказанные площади отверстий для естественной вентиляции помещения, следует применить принудительную вентиляцию с помощью установки:

  • на нижнем отверстии – приточного вентилятора производительностью Q (м3/с), определяемую по мощности потерь по формуле: Q' = 0,1∙Р;
  • на верхнем отверстии – вытяжного вентилятора производительностью Q' (м3/с), определяемую по формуле: Q' = 0,11∙Р.

При недостаточной площади только одного из отверстий допускается ограничиться установкой вентилятора только на нем. Пространство над трансформатором должно оставаться свободным до самого потолка, за исключением присо­единений.

Следует помнить, что скопление пыли на трансформаторе препятствует нормальному теплоотводу. Это особенно актуально для пыльных производств. Необходимо проводить регулярную чистку с помощью пылесоса (не обдувом!).

С точки зрения вентиляции трансформатора и возможности его перегрева влажность воздуха не является опасным фактором. Однако наличие отопительных элементов, препятствующих образованию конденсата, следует учитывать при расчете габаритов помещения и вентиляционных отверстий.

В зависимости от степени защиты (IP) и прозрачности сетки на стенках кожуха, требуемая эффективная площадь вентиляционных отверстий может оказаться достаточно большой. Для примера, в кожухе класса IP31 сухого трансформатора площадь перфорации сетки составляет около 50 %. Если сухой трансформатор используется с нарушением допустимых условий, предписанных относительно его хранения, введения в эксплуатацию и самой эксплуатации, то срок службы его будет сокращаться.

В случае, если в помещении установлено другое оборудование, при расчете вентиляции мощность Р должна включать его потери при полной нагрузке.

ВЫВОД

Сухие трансформаторы возможно использовать в условиях умеренно холодного климата, а также в помещениях, где климатические условия регулируются искусственно. Для нормального функционирования сухих силовых трансформаторов необходимо поддерживать температуру от +1 °С до +35 °С. Кроме того, они требуют невзрывоопасной окружающей среды, которая должна содержать пыль и другие примеси не более допустимой нормы. Сухие трансформаторы не рассчитаны на функционирование в неблагоприятных условиях, в частности в условиях тряски, вибрации, ударов, а также в среде, которая является химически активной. Кроме того, использовать сухие трансформаторы возможно только на высоте до 1000 м над уровнем моря.

Сухие трансформаторы выпускаются многими компаниями как в РФ, так и за рубежом. Ниже в качестве примера приведены общие сведения о сухих силовых трансформаторах, выпускаемых некоторыми известными компаниями.

Предприятие «РосЭнергоТранс» выпускает следующие сухие трансформаторы:

  • с литой изоляцией мощностью от 25 до 16 тыс. кВ∙А на классы напряжения до 35 кВ;
  • с воздушно-барьерной изоляцией мощностью от 25 до 12 500 кВ∙А на классы напряжения до 35 кВ.

Это трансформаторы серий ТС и ТСЗ, которые могут без дополнительных затрат заменять ранее установленные: масляные, совтоловые, сухие трансформаторы серий: ТСГЛ, ТСЗГЛ, ТСЗГЛФ, GDNN, GEAFOL, SGB, RESIBLOC, TRIHAL, TTA-RES и другие.

Завод «СВЭЛ-РосЭнергоТранс» производит следующие виды сухих трансформаторов:

  • силовые распределительные общего назначения;
  • преобразовательные для питания электропривода постоянного тока в металлургической, буровой, нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности;
  • сухие для преобразовательных установок городского транспорта (метро, трамвай, троллейбус);
  • сухие для собственных нужд электростанций и других объектов.

Братиславский Электротехнический завод BEZ TRANSFORMATORY, a.s. выпускает следую­щие сухие трансформаторы:

  • с литой изоляцией серии aTSE с алюминиевыми обмотками и естественным воздушным охлаждением. Типоряд мощностей трансформатора – от 63 до 4000 кВ∙А, номинальное напряжение 6,10,20 и 35 кВ;
  • с литой изоляцией, медными обмотками и естественным воздушным охлаждением. Типоряд мощностей трансформатора – от 630 до 3150 кВ∙А, номинальное напряжение 6, 10, 20 и 35 кВ.

Сухие трансформаторы aTSE и TSE являются аналогами сухих трансформаторов ТСЛ, ТСГЛ, ТСЗЛ.

Компания «РУССКИЙ ТРАНСФОРМАТОР» выпускает серийно сухие трехфазные трансформаторы с естественным воздушным охлаждением типа ТС и ТСЗ с изоляцией «Номекс», которые используются для преобразования электроэнергии в сетях переменного тока частотой 50 Гц.

В сухих трансформаторах предусмотрена возможность пятиступенчатой регулировки напряжения (типа ПБВ) с диапазоном регулирования ±2 × 2,5 % от номинального напряжения по стороне 6(10) кВ.

Основными изоляционными материалами (главная и продольная изоляция) для трансформаторов ТС и ТСЗ являются бумага и картон из ароматического полиамида, изготавливаемые на основе специальной технологии «Номекс» (Nomex), разработанной фирмой «Дюпон».

Тип обмотки НН – слоевая, материал – медная либо алюминиевая фольга. Тип обмотки ВН – непрерывная катушечная, материал – провод прямоугольный медный либо алюминиевый. Класс нагревостойкости трансформаторов типа ТС и ТСЗ – Н (180 °С), но с учетом того, что нагревостойкость изоляции Nomex составляет 220 °С, трансформаторы будут обладать высокой нагрузочной способностью.

Изоляция Nomex и внесение лака методом пропитки в вакууме под давлением в сочетании с термоотверждением придают обмотке стойкость к пыли, влаге и загрязняющим веществам.

Выбранные типы обмоток и вид материалов для трансформаторов серии ТС и ТСЗ, а именно ОНН – слоевая (материал – медная или алюминиевая фольга), а ОВН – непрерывная катушечная (материал – провод прямоугольный медный или алюминиевый) имеют ряд преимуществ перед другими типами обмоток:

  • высокая стойкость к динамическим ударам токами короткого замыкания;
  • высокая электрическая прочность;
  • хорошая теплоотдача.

Серия силовых трансформаторов ТС и ТСЗ обладает высокими электрическими и механи­ческими характеристиками, включая способность выдерживать механические напряжения, вызванные резкими и широкими перепадами температуры.

Трансформаторы ТС изготавливаются со степенью защиты IР00 (без кожуха). Трансформаторы ТСЗ изготавливаются со степенью защиты IP21 (в кожухе). Трансформаторы применяются при строительстве коттеджей, небольших производств, городских микрорайонов, а также на крупных промышленных предприятиях, распределительных объектах электросетей.

Компания изготовляет сухие трансформаторы с нестандартной мощностью, с повышенным на­пряжением короткого замыкания (до 8–12 %), с уменьшенными потерями (с медными обмотками), с расщепленной вторичной обмоткой (в том числе и для наружных установок) и др. Наиболее часто изготовляемые мощности сухих трансформаторов с изоляцией Nomex: 630, 1000, 1600, 2000, 2500 кВ А (6 и 10 кВ).

Компания Schneider Electric производит сухие трансформаторы серии Trihal с литой эпоксидной изоляцией, залитой в глубоком вакууме. Трансформаторы предназначены для распределительных электрических сетей напряжением 6,10 и 20 кВ.

Трансформаторы серии Trihal отличаются исключительными противопожарными свойствами благодаря добавке тригидрата алюминия в эпоксидное литье. В случае возгорания добавка обеспечивает образование оксида алюминия, создающего вокруг обмотки огнеупорный отражающий слой и «рубашку» из водяного пара, а также интенсивный отвод тепла от обмотки.

Таблица 1. Технические характеристики трансформаторов серии Trihal

Номинальная мощность, кВА

160

250

400

630

1000

1250

1600

2000

2500

Номинальное напряжение обмотки ВН, кВ

6, 10

Номинальное напряжение обмотки НН, кВ

0,4

Способ и диапазон регулирования

ПБВ; +2 × 2,5 %

Потери XX, кВт

0,61

0,82

1,0

1,37

2,0

2,5

2,8

3,5

4,3

Потери при нагрузке при 75 °С, кВт

2,3

3,1

4,5

6,7

8,8

10,5

12,3

14,9

18,3

Потери при нагрузке при 120 °С, кВт

2,7

3,5

5,2

7,6

10,0

12,0

14,0

17,0

21,0

Напряжение КЗ, %

6

6

6

6

6

6

6

6

6

Рабочий диапазон температур, °С

-25... +45

В результате действия этих факторов температура обмоток никогда не достигает температуры вспышки изоляции и происходит незамедлительное самогашение. Трансформатор имеет низкий уровень частичных разрядов благодаря особой технологии намотки и заливке в глубоком вакууме, а каждый серийно выпускаемый трансформатор отвечает одновременно требованиям: по классу огнестойкости (F1); по воздействию окружающей среды (частая конденсация и сильное загрязнение – Е2); по климатическим воздействиям (С2).

В табл. 1 приведены технические характеристики сухих трансформаторов серии Trihal.

В табл. 2 приведены массогабаритные параметры сухих трансформаторов серии Trihal.

Таблица 2. Массогабаритные параметры сухих трансформаторов серии Trihal

Номинальная мощность (кВ∙А)

160

250

400

630

1000

1250

1600

2000

2500

Размеры, мм:

Длина

990

1070

1295

1395

1490

1515

1605

1680

1830

Ширина

665

680

795

810

945

945

945

1195

1195

Высота

1330

1370

1335

1520

1660

1810

1880

2105

2200

Масса, кг

770

950

1230

1660

2200

2510

2980

3600

4730

 

ОБЩИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУХИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ СЕРИИ TRIHAL

  • Максимальная высота установки 1000 м;
  • класс нагревостойкости F (нагрев 100 °С);
  • схема и группа соединения обмоток ∆/Y0–11 или ∆/Y0–5;
  • уровень частичного разряда при 1,3 Uном<10 пКл.

Одним из важных параметров при эксплуатации сухих силовых трансформаторов является их перегрузка. В основном все производители сухих силовых трансформаторов испытывают их на перегрузочную способность, однако далеко не все из производителей дают величину перегрузки этих трансформаторов в их технических характеристиках. Последнее затрудняет эксплуатационникам правильно выбрать режим работы сухого трансформатора при различной его загрузке, особенно при вынужденной перегрузке.

Так, например, в технических характери­стиках на сухие трансформаторы ТСГЛ/аТSЕ, производимые в рамках совместного проекта российских компаний ТД «ИНВАР-ЭЛТРАНС», ОАО «МОСЭНЕРГО» и словацкой компании BEZ TRANSFORMATORY, a.s., дается допустимая перегрузка, которая составляет 1,5. При этом не указана продолжительность работы сухого трансформатора при такой перегрузке.

В то же время приводятся следующие условия работы сухих трансформаторов ТСГЛ/аТSЕ:

  • высота их установки над уровнем моря не должна превышать 1000 м;
  • температура окружающего воздуха может находиться в интервале от -45 °С до +40 °С, если среднесуточная температура не превысит +30 °С, а среднегодовая температура – +20 °С. Сухие силовые трансформаторы охлаждаются естественной циркуляцией воздуха (AN), и поэтому в процессе эксплуатации они должны быть установлены так, чтобы было обеспечено их эффективное охлаждение.

Против перегрева трансформаторы защищены тепловой позисторной защитой, встроенной в обмотку низшего напряжения и выведенной на клеммы теплового реле с питающим напряжением 220 В переменного тока, 110 В или 220 В постоянного тока. Тепловая защита имеет два каскада. Первый каскад является сигнализационным, а второй установлен на предельную наибольшую температуру. По желанию трансформаторы поставляются также с термозащитой при помощи термометров сопротивления типа Pt 100.

Компания SCHNEIDER ELECTRIC в технических характеристиках на сухие силовые трансформаторы серии TRIHAL указывает, что перегрузки трансформаторов без сокращения срока службы допускаются при условии, что они компенсируются рабочей нагрузкой, меньшей, чем номинальная мощность.

Трансформатор, рассчитанный на работу при температуре окружающей среды 40  °С, может использоваться при более высокой температуре с уменьшением мощности, как показано ниже:

Максимальная температура окружающей среды

Допустимая нагрузка

40 °С

Р

45 °С

0,97Р

50 °С

0,94Р

55 °С

0,90Р

Номинальная мощность определяется естественным охлаждением воздуха (AN-air natural).

Возможна перегрузка по мощности на 40 % при принудительном охлаждении трансформатора (AF – air cooling forced).

В «Основных правилах обеспечения эксплуатации атомных станций» (3-е издание, измененное и дополненное, РД ЭО 0348-02) в разделе 14.3.16 указано, что в аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры окружающей среды в следующих пределах для сухих трансформаторов:

Перегрузка по току, %

20

30

40

50

60

Длительность перегрузки, мин

60

45

32

18

5

В ГОСТ Р 54419-2011 «Трансформаторы силовые. Часть 12. Руководство по нагрузке сухого трансформатора» в разделе 4 приведен общий подход к перегрузке, а именно: указано, что существуют последствия перегрузки трансформатора свыше номинальных параметров, последствия и риски кратковременной аварийной перегрузки, а также результаты длительной аварийной перегрузки.

Анализ директивных материалов по перегрузкам силовых сухих трансформаторов показывает, что в этих документах приведены в основном общие сведения о перегрузках и рекомендации по ним.

Конкретные величины аварийных и длительных перегрузок необходимо запрашивать у предприятий-изготовителей тех сухих силовых трансформаторов, которые использует в своих проектах проектировщик, и впоследствии будет применять эксплуатационник.

Такой подход обеспечит тот гарантийный срок эксплуатации сухого трансформатора, который указывает производитель на это оборудование.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Сайт http://forsa.ru/ssylki-po-electroe-nergetike/ [Электронный ресурс].
  2. Полный справочник по электрооборудо­ванию и электротехнике (с примерами расчетов): справочное издание / Э.А. Киреева. – M.: КНОРУС, 2012. – 864 с.
 

 

  Полное содержание материала Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Киреева Э.А. Сухие силовые трансформаторы: перегрузки и условия эксплуатации. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2013. 4. – С. 1420.
Материал размещен на www.transform.ru21.05.2013 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????