что делать при перегрузке трансформатора
Защита от перегрузки трансформатора
Все оборудование, которое используется в силовых установках должно быть надежно защищено от образования кратковременных перегрузок. Защита трансформатора от перенапряжений может потребоваться, чтобы проверить, какие нагрузки сможет выдержать устройство. Для защиты обычно специалисты используют предохранители. Если один трансформатор выполнит аварийное завершение работы, тогда другие устройства смогут полностью компенсировать номинальное напряжение. Именно этот процесс позволит обеспечить надежную работу устройства.
Основные виды защиты силовых трансформаторов:
Допустимые перегрузки силовых трансформаторов по напряжению
Причины допустимых перегрузок трансформаторов и автотрансформаторов в нормальных режимах работы определяются старением изоляции его обмоток — бумаги. Старение изоляции приводит к изменению исходных электрических, механических и химических свойств изоляционных материалов трансформаторов. Сроком естественного износа трансформатора, работающего в номинальном режиме, считается срок, равный примерно 20 годам.
Для нормального суточного износа изоляции трансформатора температура наиболее нагретой точки его обмоток не должна превышать 98 °C. По правилу, предложенному немецким ученым Монтзингером, следует, что если температуру увеличить на 8 °C, срок службы изоляции сократится примерно в 2 раза. В данном случае под температурой наиболее нагретой точки подразумевается температура наиболее нагретого внутреннего слоя обмотки верхней катушки трансформатора.
На практике трансформаторы работают, как правило, с переменной нагрузкой в условиях непрерывно изменяющейся температуры охлаждающей среды. В таких условиях при перегрузках может иметь место форсированный износ изоляции. При нагрузках же меньше номинальной изоляция недоиспользуется, что также экономически нецелесообразно.
Следовательно, режим работы трансформатора должен быть оптимальным, то есть близким к расчетному.
Согласно ПТЭ, допускается длительная перегрузка масляных трансформаторов и трансформаторов с жидким негорючим диэлектриком любой обмотки по току на 5 %, если напряжение их обмоток не выше номинального; при этом для обмоток с ответвлениями нагрузка не должна превышать 1,05 номинального тока ответвления. В автотрансформаторе ток в общей обмотке должен быть не выше наибольшего длительно допустимого тока этой обмотки.
Продолжительные допустимые нагрузки сухих трансформаторов устанавливаются в стандартах и технических условиях конкретных групп и типов трансформаторов.
В ряде случаев такой допустимой перегрузки для оптимального использования изоляции силового трансформатора оказывается недостаточно. В этом случае продолжительность и значения перегрузок трансформаторов номинальной мощностью до 100 МВА находят по графикам нагрузочной способности в зависимости от суточного графика нагрузки, эквивалентной температуры охлаждающей среды и постоянной времени трансформатора. Это же правило относится и к трансформаторам с расщепленными обмотками.
Если при наступлении перегрузки у оперативного персонала отсутствуют суточные графики нагрузки и персонал не может воспользоваться графиками нагрузочной способности для определения допустимой перегрузки, рекомендуется пользоваться данными табл. 2.2 и 2.3 — в зависимости от системы охлаждения трансформатора (см. также п. 2.2.4).
Из этих таблиц следует, что систематические перегрузки, допустимые после нагрузки ниже номинальной, устанавливаются в зависимости от превышения температуры верхних слоев масла над температурой охлаждающей среды, которое определяется не позднее начала наступления перегрузки.
Кроме систематических перегрузок в зимние месяцы года допускаются 1 %-ные перегрузки силовых трансформаторов на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Это правило применяется в том случае, если максимум нагрузки не превышал номинальной мощности трансформатора.
Перегрузки по нагрузочной способности и по 1 %-ному правилу могут применяться одновременно при условии, если суммарная нагрузка не превышает 150 % номинальной мощности трансформатора.
При возникновении аварий, например, при выходе из работы одного из параллельно работающих трансформаторов и отсутствии резерва, разрешается аварийная перегрузка оставшихся в работе трансформаторов независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды.
При разрешенных аварийных перегрузках форсированный износ изоляции и сокращение ее срока службы считается меньшим злом, чем аварийное отключение потребителей электроэнергии.
В соответствии с ПТЭ, в аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значения предшествующей нагрузки и температуры охлаждающей среды в следующих пределах:
Допускается продолжительная работа трансформаторов (при нагрузке не выше номинальной мощности) при повышении напряжения на любом ответвлении любой обмотки на 10 % сверх номинального напряжения данного ответвления. При этом напряжение на любой из обмоток должно быть не выше наибольшего рабочего напряжения.
Во избежание повреждения трансформаторов и развития аварии величины и время аварийных перегрузок трансформаторов должны находиться под контролем.
Время работы трансформатора при аварийной перегрузке определяется оперативно-ремонтным персоналом, он должен принять меры по замене поврежденного оборудования резервным, а затем разгрузить перегруженные трансформаторы до номинальной мощности отключением менее ответственных по категории надежности электроснабжения потребителей.
Допустимая длительная перегрузка силовых трансформаторов по ПТЭ
| Тип трансформаторов | Длительно допустимая перегрузка* |
| Масляные | 5%** [п. 5.3.14 ПТЭ ЭСС], [п. 2.1.20 ПТЭП] |
| С жидким негорючим диэлектриком | 5%** [п. 2.1.20 ПТЭП] |
| Сухие*** | устанавливаются заводской инструкцией [5.3.15 ПТЭ ЭСС] |
* — 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].
Видео: Дифференциальная защита
Допустимые перегрузки трансформаторов
При эксплуатации силовых трансформаторов приходится в отдельные часы суток перегружать их так, чтобы за счет недогрузки в другие часы обеспечить суточный износ изоляции обмоток от перегрева не выше того износа, который отвечает номинальному режиму работы трансформатора, поскольку изменение температуры изоляции на 6 °С вызывает изменение срока службы ее вдвое.
Коэффициенты K1 и K2 определяют отношениями эквивалентных соответственно начального и максимального токов к номинальному току трансформатора, причем под эквивалентными величинами понимают их средние квадратические значения до наступления наибольшей нагрузки и за период ее максимума.
Графики нагрузочной способности трансформаторов К 2 ( K1 ), отвечающие различной длительности t систематической перегрузки (рис. 1 ), позволяют по заданному начальному состоянию трансформатора, характеризуемому коэффициентом K1 определяемому по суточному графику нагрузки I ( t ) за 10 ч до наступления максимума ее, и заданной продолжительности t систематической перегрузки найти допустимый коэффициент перегрузки К2 на период максимальной нагрузки трансформатора.
Рис. 1. Графики нагрузочной способности трехфазных трансформаторов номинальной мощностью до 1000 кВА с естественной циркуляцией воздуха и масла и постоянной времени нагрева 2,5 ч при эквивалентной температуре охлаждающего воздуха 20 °С.
Если максимум среднего графика нагрузки I (t) в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимние месяцы допускается дополнительная 1 %-я перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %, причем суммарная нагрузка должна быть не более 150 % номинальной.
Допустимые кратковременные перегрузки трансформаторов при аварийных режимах
Такие перегрузки допустимы при всех системах охлаждения независимо от предшествующего режима, температуры охлаждающего воздуха и места установки трансформаторов при условии, что температура масла в верхних слоях не выше 115°С. Помимо этого, для маслонаполненных трансформаторов, работающих с коэффициентом начальной нагрузки К1
При переменной нагрузке на подстанцию с несколькими трансформаторами необходимо составить график включений и отключений параллельно работающих трансформаторов с тем, чтобы добиться экономичных режимов их работы.
При параллельной работе трансформаторов суммарная нагрузка на трансформаторную подстанцию должна обеспечить достаточную нагрузку каждому из них, о чем судят по показаниям соответствующих амперметров, установка которых для трансформаторов номинальной мощностью 1000 кВА и выше обязательна.
Степень неравномерности нагрузки по фазам трансформатора не должна превышать 20 %. Она определяется так:
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Последствия при перегрузке трансформаторов тока (реальный пример)
Здравствуйте, уважаемые читатели и гости сайта «Заметки электрика».
В сегодняшней статье я хотел бы поделиться с Вами информацией по перегрузке трансформаторов тока и последствиями, возникающими при этом явлении.
В качестве примера я сошлюсь на реальный случай, который произошел буквально на днях на одной из распределительных подстанций.
В общем, дело было так. Низковольтная распределительная подстанция, щит 220 (В).
Прошу обратить внимание на то, что трехфазные сети с изолированной нейтралью и линейным напряжением 220 (В) и 500 (В) все еще используются у нас на производстве, поэтому особо не удивляйтесь.
На одном из фидеров ведется коммерческий учет электроэнергии с помощью счетчика ПСЧ-4ТМ.05МК.16, который подключен через два трансформатора тока ТОП-0,66 с коэффициентом трансформации 50/5. Сейчас про схему подключения я говорить не буду — на эту тему читайте отдельную статью: схемы подключения счетчиков электрической энергии через трансформаторы тока.
Для контроля тока нагрузки в фазе А подключен щитовой амперметр типа Э30, откалиброванный на коэффициент трансформации 50/5.
Вот принципиальная однолинейная схема этого присоединения.
Вот графики нагрузок за последние 2 месяца: сентябрь и октябрь. Эти данные я выгрузил из 30-минутных профилей мощности данного электросчетчика.
Средняя нагрузка за сентябрь составила 8,04 (А), максимальная нагрузка — 43,2 (А).
Средняя нагрузка за октябрь составила 11,7 (А), максимальная нагрузка — 103,05 (А).
Ничего не предвещало беды, пока потребитель однажды резко не увеличил потребляемую мощность. Как видите, с середины октября нагрузка стала частенько превышать 50 (А). Дело в том, что в это время потребитель приобрел и установил какой-то мощный станок. Соответственно, нагрузка на фидере резко возросла и порой превышала более 100% от номинального первичного тока наших ТТ.
Но всем известно, что у трансформаторов тока имеется некоторая перегрузочная способность и он способен кратковременно выдерживать некоторое увеличение нагрузки.
Существует единственный и действующий ГОСТ 7746-2001, по которым изготавливают трансформаторы тока и в котором упоминается про их допустимую перегрузку. В п.6.6.2 этого ГОСТа говорится следующее:
А вот эта самая таблица 10 (для наглядности я ее разбил на несколько частей).
Как видите, наибольший рабочий первичный ток не у всех ТТ превышает номинальный.
Чуть ниже по тексту в этом ГОСТе имеется примечание о том, что допускается кратковременно увеличивать первичный ток трансформаторов тока на 20% по отношению к его наибольшему рабочему первичному току, но по согласованию с производителем и не более 2 часов в неделю.
В нашем же случае потребитель ничего не согласовывал, а просто увеличил первичный ток ТТ даже не на 20%, а более, чем на 100%, что и привело к следующим последствиям.
Повышенный ток вызвал значительный нагрев обмоток ТТ. По фотографиям оплавленных корпусов уже снятых трансформаторов тока видно, что в основном грелась вторичная обмотка. Это объясняется тем, что при превышении тока нагрузки магнитопровод мог уйти в насыщение, а следовательно, грелась не только вторичная обмотка, но и само «железо».
Если бы оперативный персонал при периодическом осмотре вовремя не заметил зашкалившую стрелку амперметра и не почувствовал запах гари и оплавленной изоляции, то последствия могли быть еще более серьезней, например, вплоть до короткого замыкания. Вот ссылочка, где на примерах из своей практики я рассказывал про последствия от коротких замыканий. Тогда бы точно пришлось менять не только трансформаторы тока.
Поэтому и было решено немедленно отключать данный фидер!
По этому инциденту пока еще ведется расследование, но в любом случае за нарушение эксплуатации электроустановки потребитель понесет наказание, согласно действующего законодательства (скорее всего штраф). Естественно, что ему же придется оплатить приобретение новых трансформаторов тока и услуги по их замене.
С учетом изменившейся нагрузки потребитель запросил увеличить выделяемую мощность, поэтому было решено установить трансформаторы тока ТТИ-А с коэффициентом трансформации 150/5, что мы успешно и сделали. Также нам пришлось заменить щитовой амперметр, откалиброванный на коэффициент 150/5 с пределом 150 (А).
Замену трансформаторов тока, как на высоковольтных, так и на низковольтных подстанциях, по тем или иным причинам мы производим с регулярной периодичностью.
Вот буквально около месяца назад на этой же подстанции мы производили замену стареньких трансформаторов тока КЛ-0,66 на ТТИ-А. У меня даже фотографии сохранились — до замены и после. Причина замены: не прошли очередную поверку.
Зачастую старые ТТ, в основном такие как, ТК-10 или ТК-20 выходят из строя по причине ухудшения изоляции первичной обмотки, но об этом я напишу как-нибудь в следующий раз.
В конце статьи посмотрите видеоролик, который я снял в момент перегрузки трансформаторов тока на данном фидере — очень впечатляет такой режим работы:
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».