ДСТУ 3463-96 Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов (ГОСТ 14209-97, IEC 354-91). С Поправкой (ИУС № 11-1999)

1 РОЗРОБЛЕНО І ВНЕСЕНО TK ЗО; Відкритим акціонерним товариством «Український науково- дослідний проектно-конструкторський і технологічний інститут трансформаторобудування» ВАТ «ВІТ»

2 ЗАТВЕРДЖЕНО наказом Держстандарту України від 26 листопада № 963 ВВЕДЕНО В ДІЮ наказом Держстандарту України від 5 грудня 1997 р. № 732

3 Цей стандарт є повним автентичним текстом ІЕС 354 (1991) «Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов» з доповненнями, набраними курсивом

4 НА ЗАМІНУ ГОСТ 14209-85

5 РОЗРОБНИКИ: 0.1. Сисуненко, канд. техн. наук; В.П. Пустовий; П.Г. Кохан, канд. техн. наук; В.Г. Горових; Т.В. Дубицька

ЗМІСТ

1 Загальні положення

1.1 Галузь використання

1.2 Призначення

1.3 Визначення

1.4 Основні обмеження і вплив режиму навантажень, які перевищують номінальні значення

1.5 Спеціальні обмеження для розподільних трансформаторів

1.6 Спеціальні обмеження для трансформаторів середньої потужності

1.7 Спеціальні обмеження для трансформаторів великої потужності

2 Розрахунок температури

2.1 Умовні позначення

2.2 Безпосереднє вимірювання температури найбільш нагрітої точки

2.3 Розрахункові теплові характеристики

2.4 Розрахунок температури в усталеному тепловому режимі

2.5 Розрахунок температури в неусталеному тепловому режимі

2.6 Термічне зношення ізоляції трансформатора

2.7 Температура охолодного середовища

2.8 Програма машинного розрахунку

3 Таблиці допустимих навантажень

3.1 Обмеження, прийняті в таблицях допустимих навантажень

3.2 Метод перетворення реальних добових графіків навантаження в еквівалентні їм добові двоступінчасті прямокутні графіки

3.3 Нормальний тривалий режим навантаження

3.4 Нормальні режими систематичних навантажень

3.5 Режими аварійних перевантажень

Додаток А Еквівалентний номінальний режим автотрансформаторів

Додаток В Альтернативний метод визначення перевищення середньої температури масла обмоток за результатами вимірювання під час випробування на нагрівання

Додаток С Відомості, які надаються в запитах і замовленнях

Додаток D Визначення параметрів синусоїдної зміни температури охолодного середовища

Додаток Е Приклад спрощеного застосування керівництва з навантаження силових масляних трансформаторів

Додаток G Визначення еквівалентної температури охолодного середовища

Додаток F Уточнений метод перетворення реального графіка навантаження

Додаток Н Спрощені таблиці допустимих аварійних перевантажень

Додаток L Приклади розрахунку температури найбільш нагрітої точки обмотки та відносного зношення виткової ізоляції (без застосування ЕОМ)

Додаток І Таблиці допустимих систематичних навантажень з нормальним скороченням терміну служби

ДСТУ 3463-96 (ГОСТ 14209-97) (IEC 354-91)

ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ

КЕРІВНИЦТВО З НАВАНТАЖЕННЯ СИЛОВИХ МАСЛЯНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ

РУКОВОДСТВО ПО НАГРУЗКЕ силовых МАСЛЯНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

LOADING GUIDE FOR OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS

Чинний від 1999—01—01

1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

1.1 Галузь використання

Цей стандарт поширюється на масляні трансформатори, які відповідають вимогам ГОСТ 11677. Стандарт містить рекомендації з допустимих режимів навантаження, які перевищують номінальну потужність трансформаторів у межах установлених обмежень. Відносно пічних трансформаторів, через особливості їх режимів навантаження, потрібно користуватися відповідною консультацією у виробника.

1.2 Призначення

У цьому стандарті наведено вказівки щодо визначення технічно обгрунтованих режимів навантаження силових трансформаторів з точки зору допустимих температур і термічного зношення. Наведено рекомендації з експлуатації трансформаторів з навантаженням, що перевищує номінальне значення, та рекомендації для споживачів щодо вибору відповідних номінальних величин і умов навантаження заново встановлених трансформаторів.

Вимоги до перевищення температури масляних трансформаторів при постійному номінальному навантаженні та відповідні випробування — згідно з ГОСТ 3484.2. Слід зазначити, що в ГОСТ 3484.2 за основу прийняте середнє значення перевищення температури обмотки, тоді яку цьому стандарті посилаються здебільшого на температуру найбільш нагрітої точки; такі значення наводяться тільки як рекомендовані.

У стандарті наводяться математичні моделі для оцінки можливих наслідків різних режимів навантаження, циклічних або систематичних при різних температурах охолодного середовища. Ці моделі містять методики розрахунку допустимої температури в трансформаторі, зокрема температури найбільш нагрітої точки обмотки. Ця температура, в свою чергу, використовується для визначення відносної швидкості термічного зношення.

Стандарт містить також рекомендації з обмеження допустимих навантажень згідно з результатами розрахунку температури. Ці рекомендації поширюються на трансформатори різних категорій залежно від потужності та призначення, а також ураховують режими навантаження: режим постійних навантажень, режим систематичних неаварійних навантажень або режим короткочасних аварійних навантажень.

Для трансформаторів малої потужності, які називаються тут розподільними, в стандарті наведено графіки визначення циклічних режимів навантаження для заданої температури охолодного середовища відносно номінальних умов навантаження при номінальній температурі охолодного середовища для трансформаторів, які відповідають вимогам ГОСТ 3484.2.

Для трансформаторів великої потужності методи розрахунку температури відрізняються залежно від виду охолодження. Категорія трансформаторів середньої потужності містить трифазні двообмоткові трансформатори потужністю до 100 MB A або еквівалентні їм; трансформатори більшої номінальної потужності (понад 100 MB-А) визначено як трансформатори великої потужності. Для таких трансформаторів рекомендовано виконувати розрахунки за значеннями окремих параметрів, отриманих під час проведення типових випробувань. За викладеними в цьому документі причинами рекомендовані обмеження для цих двох категорій трансформаторів мають незначні відмінності.

Частина перша «Загальні положення» містить визначення, загальні принципи, основні дані та спеціальні рекомендації з роботи різних категорій трансформаторів.

У другій частині «Розрахунок температури» наведено використовувані математичні моделі.

У третій частині «Таблиці допустимих навантажень» наведено результати розрахунку у вигляді графіків і таблиць для стандартних умов.

1.3 Визначення

У цьому стандарті прийнято такі визначення.

1.3.1 Розподільний трансформатор

Трифазний трансформатор номінальною потужністю не більше 2500 кВА або однофазний номінальною потужністю не більше 833 кВА класів напруги до 35 кВ включно, тобто знижувальний трансформатор з роздільними обмотками і напругою розподільної мережі, з охолодженням ON і без перемикання відгалужень обмоток під навантаженням.

1.3.2 Трансформатор середньої потужності

Трифазний трансформатор номінальною потужністю не більше 1000 MBA або однофазний номінальною потужністю не більше 33,3 MB A з роздільними обмотками, в якому опір короткого замикання z_r (у відсотках) через обмеження густини потоку розсіяння не перевищує значення

де W — кількість стрижнів;

S_r — номінальна потужність, MB A.

Еквівалентний номінальний режим для автотрансформаторів визначають згідно з додатком А.

1.3.3 Трансформатор великої потужності

Трансформатор потужністю понад 100 MB A (трифазний) або з граничним значенням опору короткого замикання, яке перевищує наведене вище значення.

1.3.4 Режим циклічних навантажень

Режим навантажень з циклічними змінами (як правило, цикл дорівнює добі), який визначають з урахуванням середнього значення зношення протягом тривалості циклу. Режим циклічних навантажень може бути режимом систематичних навантажень або режимом тривалих аварійних перевантажень.

а) Режим систематичних навантажень

Режим, протягом частини циклу якого температура охолодного середовища може бути вищою і струм навантаження перевищує номінальний, проте з точки зору термічного зношення (згідно з математичною моделлю) таке навантаження еквівалентне навантаженню при номінальній температурі охолодного середовища. Це досягається за рахунок зниження температури охолодного середовища або струму навантаження протягом решти частини циклу.

Під час планування навантажень цей принцип може бути поширений на тривалі періоди, протягом яких цикли з швидкістю відносного зношення ізоляції понад одиницю компенсуються циклами з швидкістю зношення меншою за одиницю.

б) Режим тривалих аварійних перевантажень

Режим навантаження, що виникає внаслідок тривалого виходу з ладу деяких елементів мережі, які можуть бути відновлені тільки після досягнення сталого значення перевищення температури

трансформатора. Це не звичайний робочий стан, і передбачається, що він виникатиме рідко, проте може тривати протягом тижня або навіть місяців і спричинятиме значне термічне зношення. Однак таке навантаження не повинно бути причиною аварії внаслідок термічного пошкодження або зниження електричної міцності ізоляції трансформатора.

1.3.1 Режим короткочасних аварійних навантажень

Режим надзвичайно високого навантаження, спричинений непередбаченими впливами, які призводять до значних порушень нормальної роботи мережі, при цьому температура найбільш нагрітої точки провідників досягає небезпечних значень і в деяких випадках відбувається тимчасове зниження електричної міцності ізоляції. Проте на короткий період часу цей режим може бути кращим за інші. Можна припустити, що перевантаження такого типу виникатимуть рідко. Тх необхідно якомога швидше зменшити або на короткий час вимкнути трансформатор, щоб уникнути його пошкодження. Допустима тривалість такого навантаження менша за теплову сталу часу трансформатора і залежить від досягнутої температури до перевантаження; як правило, тривалість перевантаження становить менш як півгодини.

1.4 Основні обмеження і вплив режиму навантажень, які перевищують номінальні значення

1.4.1 Вплив режиму навантажень, які перевищують номінальні значення

1.4.1.1 Чинники, що впливають на терміни служби

Дійсний термін служби трансформатора значною мірою залежить від виняткових впливів, таких як перенапруги, короткі замикання в мережі та аварійні перевантаження. Ймовірність безвідмовної роботи при таких впливах, що виникають окремо або в поєднанні, залежить в основному від:

а) значимості (амплітуди і тривалості) впливу;

б) конструкції трансформатора;

в) температури різних частин трансформатора;

г) вмісту вологи в ізоляції і маслі;

д) вмісту кисню та інших газів в ізоляції і маслі;

е) кількості, розміру та виду частинок домішок.

Передбачуваний нормальний термін служби — це деяка умовна величина, яка приймається для безперервного постійного навантаження при нормальній температурі охолодного середовища та за номінальних умов експлуатації. Навантаження і (або) температура охолодного середовища, які перевищують номінальні, викликають прискорене зношення, містять деякий ступінь ризику. Метою цього стандарту і є визначення ступеня ризику і встановлення деяких обмежень режимів навантаження трансформаторів, що перевищують номінальні значення.

Режим навантаження трансформатора, яке перевищує номінальне значення, спричинює такі наслідки:

а) температура обмоток, відводів, з’єднань, ізоляції та масла збільшується і може перевищити допустимі значення;

б) зростає густина потоку розсіяння поза магнітною системою, що внаслідок виникнення вихрових струмів спричинює більше нагрівання металевих частин, охоплених цим потоком;

в) поєднання основного і додаткового потоків розсіяння обмежує експлуатаційні можливості магнітної системи при високій індукції;

г) зі зміною температури змінюється вміст вологи і газу в ізоляції і маслі;

д) вводи, перемикачі, кінцеві закладання кабелю і трансформатори струму також зазнають підвищених навантажень, що обмежує можливості їх використання.

Отже, із збільшенням струму навантаження і температури виникає небезпека передчасної відмови. Така небезпека може виникнути негайно або бути наслідком загального погіршення стану трансформатора протягом багатьох років.

1.4.1.2 Небезпека короткочасних впливів:

а) основною небезпекою, що спричиняє відмову трансформатора під час короткочасних впливів, є зниження електричної міцності ізоляції внаслідок можливого виділення бульбашок газу в місцях з високою електростатичною напруженістю, тобто в обмотках або з’єднаннях.

У паперовій ізоляції бульбашки газу можуть скупчуватися під час раптового підвищення критичного значення температури найбільш нагрітої точки, що становить для трансформаторів з нормальним вмістом вологи приблизно від 140 до 160 °С. із збільшенням концентрації вологи ця критична температура незначно зменшується.

Бульбашки газу можуть також скупчуватись на поверхні масивних металевих частин, нагрітих потоком розсіяння, або виділятись під час перенасичення масла. Проте бульбашки, як правило, накопичуються в місцях з низькою електростатичною напруженістю і повинні переміщуватися в місця з вищою електростатичною напруженістю до того, як відбудеться значне зниження електричної міцності ізоляції.

Допускається різке, до 180 °С, підвищення температури неізольованих металевих частин, які знаходяться в трансформаторному маслі, але безпосередньо не стикаються з основною органічною ізоляцією;

б) тимчасове погіршення механічних властивостей у разі підвищення температури може зменшити стійкість трансформатора під час короткого замикання;

в) у разі підвищення тиску у вводах може відбутися пробій внаслідок витікання масла. Якщо температура ізоляції перевищує значення 140 °С, у вводах також може відбутися накопичення газів;

г) у разі розширення масла може відбуватися його переливання із розширювача;

д) перемикання дуже високих струмів перемикачем може бути небезпечним.

1.4.1.3 Небезпека тривалих впливів

а) при значній температурі швидкість сукупного термічного зношення ізоляції провідників збільшується. Якщо такий вплив продовжується тривалий час, може відбутися скорочення дійсного терміну служби трансформатора, особливо якщо трансформатор піддається коротким замиканням мережі;

б) у разі підвищеної температури може також збільшитись швидкість зношення інших ізоляційних матеріалів, а також провідників та деяких металевих частин;

в) у разі підвищених струму і температури перехідний опір контактів перемикальних пристроїв може збільшуватись і в кінцевому рахунку спричиняти недопустиме їх перегрівання;

г) ущільнювальні матеріали в трансформаторі у разі підвищеної температури стають крихкішими.

Небезпека короткочасних впливів закінчується, як правило, після зниження навантаження до номінального, однак з точки зору рівня надійності трансформатора вони можуть заподіяти значнішу шкоду, ніж тривалі впливи.

Цей стандарт передбачає обмеження навантажувальної здатності короткочасними і тривалими впливами. Таблиці та графіки, наведені в стандарті, грунтуються на традиційних методах розрахунку передбачуваної довговічності паперової ізоляції за механічними властивостями залежно від часу і температури, тоді як обмеження граничних температур найбільш нагрітої точки грунтуються на міркуваннях небезпеки негайної відмови.

1.4.2 Потужність трансформатора

Чутливість трансформатора до навантажень, вищих за номінальні, здебільшого залежить від потужності. Із збільшенням потужності трансформатора спостерігається таке:

а) збільшується індуктивність розсіяння;

б) збільшуються зусилля короткого замикання;

в) збільшується поверхня ізоляції з електростатичною напруженістю;

г) ускладнюється визначення достовірної температури найбільш нагрітої точки.

Отже, трансформатори великої потужності можуть бути менш стійкими до перевантажень, ніж трансформатори меншої потужності. Крім того, вихід з ладу потужних трансформаторів спричиняє важчі наслідки, ніж відмова трансформаторів малої потужності.

З метою збереження можливо меншого ступеня ризику у разі очікуваних перевантажень у цьому стандарті розглядаються три категорії трансформаторів:

а) розподільні трансформатори, для яких враховуються тільки температура найбільш нагрітої точки і термічне зношення;

б) трансформатори середньої потужності, для яких вплив потоку розсіяння не є критичним, однак повинні враховуватись різні види охолодження;

в) трансформатори великої потужності, для яких вплив потоку розсіяння і наслідки відмов можуть бути значними.

1.4.3 Обмеження струму і температури

Під час перевантаження, яке перевищує номінальне, рекомендується не перевищувати граничні значення, зазначені в таблиці 1, і враховувати спеціальні обмеження, наведені в 1.5—1.7.

Таблиця 1 — Граничні значення температури і струму для режимів навантаження, яке перевищує номінальне

Тип навантаження		Т рансформатори
Тип навантаження	розподільні	середньої потужності	великої потужності
Режим систематичних навантажень Струм, відн. од.	1.5	1,5	1,3
Температура найбільш нагрітої точки та металевих частин, що контактують з Ізоляційним матеріалом, °С	140	140	120
Температура масла у верхніх шарах, °С	105	105	105
Режим тривалих аварійних перевантажень Струм, відн. од.	1,8	1,5	1,3
Температура найбільш нагрітої точки та металевих частин, що контактують з ізоляційним матеріалом, °С	150	140	130
Температура масла у верхніх шарах, °С	115	115	115
Режим короткочасних аварійних перевантажень Струм, відн. од.	2,0	1,8	1.5
Температура найбільш нагрітої точки та металевих частин, що контактують з ізоляційним матеріалом, °С	Згідно з 1.5.2	160	160
Температура масла у верхніх шарах, °С	Згідно з 1.5.2	115	115

1.5 Спеціальні обмеження для розподільних трансформаторів

1.5.1 Обмеження потужності

У цьому пункті розглядаються розподільні трансформатори потужністю не більше 2500 кВА, визначення яких наведено в 1.3.1.

1.5.2 Обмеження струму і температури

Не слід перевищувати наведені в таблиці 1 граничні значення струму навантаження, температури найбільш нагрітої точки обмоток і температури масла у верхніх шарах. Для режимів короткочасних аварійних перевантажень граничні значення температури масла у верхніх шарах і найбільш нагрітої точки не встановлені, через те, що на практиці неможливо контролювати тривалість аварійного перевантаження розподільних трансформаторів. Потрібно мати на увазі, що при температурі найбільш нагрітої точки, яка перевищує 140—160 °С, можливе виділення бульбашок газу, що знижують електричну міцність ізоляції трансформатора (див. 1.4.1.2. Небезпека короткочасних впливів).

1.5.3 нші частини трансформатора

Робота трансформатора в режимі навантаження, яке перевищує 1,5 номінального струму, крім обмоток може обмежуватись деякими іншими частинами трансформатора, такими як вводи, кінцеві кабельні з’єднання, пристрої перемикання відгалужень обмоток та з’єднання. Причиною обмеження роботи трансформатора може бути також розширення і тиск масла.

Допустимі перевантаження, розраховані для обмоток, не повинні обмежуватися навантажувальними характеристиками виробів, які комплектують трансформатор.

1.5.4 Трансформатори внутрішнього встановлення

Якщо трансформатор призначено для внутрішнього встановлення, потрібно до значення номінального перевищення температури масла у верхніх шарах внести поправку на навколишнє середовище. Таке додаткове збільшення перевищення температури необхідно визначати переважно під час випробувань трансформаторів (див. 2.7.6).

1.5.5 Вплив зовнішніх чинників

Вітер, сонце і дощ можуть певною мірою впливати на навантажувальну здатність розподільних трансформаторів, проте через нерегулярність впливів цих чинників враховувати їх недоцільно.

1.6 Спеціальні обмеження для трансформаторів середньої потужності

1.6.1 Обмеження номінального режиму

У цьому пункті розглядаються трифазні трансформатори номінальної потужності не більше 100 MB A, на які поширюються обмеження з опору короткого замикання, наведені в 1.3.2.

1.6.2 Обмеження струму і температури

Не слід перевищувати наведені в таблиці 1 граничні значення струму навантаження, температури найбільш нагрітої точки обмоток, температури масла у верхніх шарах і температури металевих частин, що контактують з ізоляційним матеріалом. Крім того, потрібно мати на увазі, що при температурі найбільш нагрітої точки, яка перевищує 140—160 °С, можливе виділення бульбашок газу, що зменшують електричну міцність ізоляції трансформатора (див. 1.4.1.2. Небезпека короткочасних впливів).

1.6.3 Інші частини трансформатора та приєднане устаткування

Крім обмоток, робота трансформатора в режимі навантаження, яке перевищує 1,5 номінального струму, може обмежуватись також можливостями інших частин трансформатора, зокрема вводів, кінцевих кабельних з’єднань, пристроїв перемикання відгалужень обмоток та з’єднання. Причиною обмеження роботи трансформатора може бути також розширення і тиск масла. Потрібно враховувати і характеристики такого приєднаного устаткування, як кабелі, вимикачі, трансформатори струму тощо.

1.6.4 Вимоги до стійкості під час короткого замикання

Під час роботи в умовах навантаження, яке перевищує номінальне, або безпосередньо після такої роботи трансформатори можуть не задовольняти вимоги ГОСТ 11677 до термічної стійкості під час короткого замикання, які допускають тривалість струмів короткого замикання 2 с. Проте здебільшого в умовах експлуатації тривалість струму короткого замикання менш як 2 с.

1.6.5 Обмеження напруги

Якщо немає інших обмежень для регулювання напруги із змінним потоком (див. ГОСТ 11677), то прикладувана напруга не повинна перевищувати 1,05 номінальної напруги (основне відгалуження) або напруги відгалуження (інші відгалуження) на будь-якій обмотці трансформатора.

1.7 Спеціальні обмеження для трансформаторів великої потужності

1.7.1 Загальні положення

Для трансформаторів великої потужності потрібно враховувати додаткові обмеження, пов’язані переважно із сильними потоками розсіяння. У зв’язку з цим доцільно зазначати під час замовлення трансформатора або по запиту навантажувальну здатність трансформатора спеціального призначення (див. додаток С).

Метод розрахунку термічного зношення ізоляції для всіх категорій трансформаторів однаковий. Проте рекомендується виконувати машинний розрахунок за фактичними тепловими характеристиками кожного трансформатора, що розглядається індивідуально, а не користуватися даними таблиць допустимих навантажень, наведених у розділі 3.

Сучасний рівень знань, вимоги високої надійності трансформаторів великої потужності, пов’язані з наслідками їх пошкодження, а також наведені нижче положення зумовлюють консервативніший та індивідуальніший підхід до рекомендацій для цих трансформаторів, ніж для трансформаторів меншої потужності:

а) поєднання потоку розсіяння і головного намагнічувального потоку в стрижнях або ярмах магнітної системи зумовлює значну схильність трансформаторів великої потужності до перезбуджень, особливо в умовах перевантажень;

б) наслідки погіршення механічних властивостей ізоляції під дією температури й часу, включаючи зношення, спричинене термічним розширенням, для трансформаторів великої потужності можуть бути більш значними;

в) температура найбільш нагрітої точки обмоток не може бути визначена під час звичайних випробувань на нагрівання. Навіть якщо під час такого випробування номінальним струмом не визначаються ніякі відхилення від норми, зробити висновок про наслідки при вищих струмах неможливо, ця екстраполяція не береться до уваги під час конструювання трансформаторів;

г) розраховані за результатами випробувань на нагрівання номінальним струмом значення перевищення температури найбільш нагрітої точки обмотки для струмів, що перевищують номінальний, для трансформаторів великої потужності можуть бути менш достовірними.

1.7.2 Обмеження струму і температури

1.7.3 Інші частини трансформатора і приєднаного устаткування

Згідно з 1.6.3.

1.7.4 Вимоги до стійкості під час короткого замикання

Згідно з 1.6.4.

1.7.5 Обмеження напруги

Згідно з 1.6.5.

ВАЖНО ЗНАТЬ

Информационный бюллетень БУДСТАНДАРТ Online. Выпуск №4 2024 года

Перечень документов, которые отменены с 01.11.2024 года до 30.11.2024 года (по состоянию на 01.11.2024)

Перечень документов, которые вступят в силу с 01.11.2024 года по 30.11.2024 года (по состоянию на 01.11.2024)

Изменения в регистрации прав на объекты, завершившие строительство