Invite a Co-worker
Send a co-worker an invite to the Exchange portal.Just enter their email address and we’ll connect them to register. After joining, they will belong to the same company.
Send Invite Cancel
72409members
327863posts

О тепловых режимах работы трансформаторов Trihal

Maxim_Kazanov
Crewman Crewman
Crewman
0 Likes
0
20

О тепловых режимах работы трансформаторов Trihal

 

Применение сухих трансформаторов часто вызывает вопросы, связанные с их тепловыми режимами, перегрузочной способностью и работой в условиях перегрузок. За последнее время мы, совместно с Центром Поддержки Клиентов (ЦПК), выпустили несколько документов, разъясняющих эти процессы. Давайте разберемся в вопросе.

 

Основными документами, служащими основаниями для обоснования режима работы трансформатора Trihal, получения рекомендаций по расчету и организации его охлаждения, являются официальный каталог (MKP-CAT-Trihal-16, по состоянию на октябрь 2021 года), руководство по эксплуатации и инструкция производителя. Эти документы находятся в общем доступе и на сайте Schneider Electric (se.com), и по запросу в ЦПК, и у локальных представителей.

Трансформаторы серии Trihal стандартного исполнения предназначены для работы при температуре окружающего воздуха в пределах от -25°С до +40°С, специального исполнения – в пределах от -50°С до +65°С.

В соответствии с инструкцией производителя, базисной для расчета тепловых режимов трансформатора и вентиляции в помещении для его размещения является температура окружающей среды +20°C (ниже приводится как t), при этом в течение суток средняя температура не должка превышать +30°C при максимальной температуре +40°C в каждый момент времени.

Длительное отклонение температур окружающей среды от среднегодового значения ведет к необходимости ограничения максимальных постоянных нагрузок в соответствии со следующими данными (таблица 1).

 

Таблица 1

Среднегодовая температура t, °С

Допустимая постоянная нагрузка P, %

t - 40

130

t - 30

120

t - 20

110

t - 10

105

t

100

t + 10

95

t + 20

90

 

Трансформатор, рассчитанный на работу при температуре окружающей среды 40 °С, может длительно использоваться при более высокой температуре без снижения срока службы с уменьшением мощности, как показано в таблице 2.

 

Таблица 2

Макс. температура

окружающей среды

Допустимая

нагрузка

40 °С

P

45 °С

0,97 х P

50 °С

0,94 х P

55 °С

0,90 х P

 

Значения допустимой нагрузки соответствуют именно постоянному режиму работы, возможная продолжительность эксплуатации трансформатора с их превышением определяется дополнительными условиями проекта, такими как исполнение и конструктив трансформатора, наличие принудительного обдува трансформатора, проектные показатели вентиляции и кондиционирования в помещении и эффективность данных систем с точки зрения конвекции с изоляцией трансформатора. Поскольку данные факторы являются индивидуальными и лишь частично зависящими от произведенного изделия, Schneider Electric, со своей стороны, может обеспечить только соответствие произведенного изделия техническим и нормативным требованиям и конструкторской документации, работоспособность и соответствие показателей базового и опционального оборудования (характеристик трансформатора, тепловой защиты и принудительного обдува). Внешние технические решения, а также выбираемые опции и показатели трансформатора, предусмотренные проектом и в заказном опросном листе, в зону ответственности производителя не входят.

 

К сожалению, достижение наибольшей эффективности работы любого технически сложного оборудования часто зависит от внешних факторов даже больше, чем его собственные возможности и заложенные разработчиком характеристики и решения. Так, грамотная организация микроклимата и вентиляции помещений для размещения трансформатора, пожалуй, наиболее важна для его работоспособности. Решение о необходимости выполнения принудительной вентиляции и кондиционирования зависит от климатических условий (среднегодовой и максимальной суточной температуры), потенциала работы трансформатора с перегрузками (систематически или в особых случаях). Исходными данными для расчета являются суммарные потери трансформатора и прочего установленного в помещении оборудования. Не считая «объемной» возможности утилизации из помещения тепловыделений трансформатора, то есть производительности системы вентиляции, важной является и циркуляция воздуха, пример организации которой показан в каталоге:

 

1.2.png1.1.pngРисунок 1 – Естественная и принудительная вентиляция подстанции

 

Очень важно отметить, что подача свежего воздуха снизу и его удаление в верхней части помещения важны и для естественной, и для принудительной вентиляции и кондиционирования. Это объясняется и динамикой нагреваемых трансформатором воздушных потоков, и практическим опытом: если приток расположен сверху, то образуется воздушная пробка над трансформатором, вследствие чего горячий воздух не отводится от него, сводя на нет все технические мероприятия и грамотную работу проектировщика системы электроснабжения. К сожалению, это установлено на примере реальных неудачных проектов. Поэтому правильное задание на разработку смежного раздела и последующее воплощение – критичны.

 

Кроме показателей окружающей среды, практическая длительность возможной перегрузки трансформаторов определяется режимом работы изделия до возникновения перегрузки (загрузка, длительность), характером перегрузки (аварийная, систематическая), режимом работы нагрузки (например, равномерный, резко переменный) – как следствие, скоростью достижения трансформатором допустимых температур. Сведения о перегрузках и характерные зависимости приведены в Каталоге MKP-CAT-Trihal-16, лист 30, и на изображении ниже:

 

2.png

Рисунок 2 – График допустимых временные перегрузки для ежедневного цикла работы (слева), допустимых кратковременные перегрузки (справа) для коэффициентов загрузки в нормальном режиме

 

Технически, длительность безопасного режима работы трансформатора с перегрузкой ограничивается тепловой защитой трансформатора, выдающей сигнал на отключение при температуре обмоток +150°C, либо при меньшем пороге, установленном по требованию проекта. Игнорирование работы тепловой защиты, как и систематическая работа в субмаксимальных режимах, приводит к ускоренному старению изоляции и, как следствие, снижению срока службы.

 

В случае предусмотренного исходными данными и техническими условиями превышения показателей среднесуточной и максимальной температуры, проектом должны быть предусмотрены следующие мероприятия:

1. Комплектация трансформаторов системой принудительной вентиляции;

2. Применение трансформатора большей мощности;

3. Форсированная вентиляция помещения с трансформатором, обладающая производительностью, достаточной для удаления тепловыделений трансформатора, рассчитанных в максимальном расчетном режиме работы;

4. Кондиционирование помещения, достаточное для обеспечения допустимых температур в помещении с трансформатором при его максимальном проектном расчетном режиме работы;

5. Использование трансформаторов в специальном исполнении.

 

Трансформаторы серии Trihal опционально комплектуются системой принудительной вентиляции AF40, которая используется как при кратковременных перегрузках в нормальном режиме, снижая температуру трансформатора за счет интенсивного охлаждения, так и в аварийном режиме, когда трансформатор перегружен в течение длительного времени для увеличения номинальной мощности до 140% номинального значения. По сути, данная функция служит для повышения интенсивности конвективного теплообмена и, как следствие, продления работы трансформатора в допустимых пределах температуры, до срабатывания тепловой защиты. Применение вышеприведённой таблицы 2 возможно и к увеличенной до 140% номинальной мощности (в качестве мощности P), но в этом случае необходимо в обязательном порядке учитывать следующие факторы риска для потребителей, ведущие к перегреву и немедленному отключению трансформатора тепловой защитой:

  • отсутствие дополнительного резерва мощности трансформатора, сверх установленного опцией принудительного обдува;
  • суточные колебания температуры охлаждающего воздуха;
  • отсутствие или недостаточная работа вентиляции в помещении с установленным трансформатором;
  • суммарный срок службы вентиляторов, не превышающий 3,5 лет, а также необходимость постоянных проверок и поддержания их работоспособного состояния.

Эффективность работы AF40 должна рассматриваться не как индивидуальное мероприятие, но в системе с проектными характеристиками окружающей среды, вентиляции и кондиционирования помещения. Так, повышение температуры в помещении, особенно, свыше установленной максимальной, заметно снижает результативность принудительного обдува за счет ухудшения условий конвективного теплообмена, при этом повышение перегрузочной способности становится несущественным, но несколько повышается продолжительность работы до срабатывания тепловой защиты. Конкретные значения и показатели могут быть определены только расчётно в рамках проекта, и не предоставляются производителем.

Вне зависимости от использования системы принудительной вентиляции трансформатора AF40, для предотвращения перегрева трансформатора, снижения его срока службы и выхода из строя, Schneider Electric настоятельно рекомендует:

1) Применение тепловой защиты трансформатора;

2) Применение принудительной вентиляции помещения;

3) Установку трансформатора большей мощности.

 

Интенсивные мероприятия по обеспечению длительной перегрузочной способности трансформаторов состоят в выполнении активного теплообмена и поддержании температурного режима в помещении с трансформатором.

При выполнении проектов естественной и искусственной вентиляции и кондиционирования помещения с трансформатором необходимо принимать во внимания требования и рекомендации Инструкции производителя касательно расчета и обеспечения удаления рассеиваемого тепла, образуемого суммарными потерями трансформатора, а также циркуляции воздуха в помещении. Организация системы вентиляции должна обеспечивать подачу свежего воздуха в нижней части помещения и забор горячего в верхней, для предотвращения нарушения удаления рассеиваемого с поверхности трансформатора тепла. Производителем оборудования, не могут быть выполнены индивидуальные расчеты и проектирование систем вентиляции и кондиционирования по предоставленным проектным данным, но может быть обеспечено соответствие технических характеристик изделия техническим и нормативным требованиям, конструкторской документации и параметрам, предусмотренным в официальных документах Schneider Electric – соответственно, гарантируется корректность исходных данных, предусмотренных этими документами.

 

Увеличение мощности трансформатора, как и применение трансформаторов специального исполнения, являются экстенсивными мероприятиями, основанными на увеличении физических габаритов и объема отдельных элементов (магнитопровода, обмоток, изоляции), за счет чего изменяются показатели, в том числе, нагрузочных потерь, теплоемкости и теплового обмена с окружающей средой. Характеристики специального исполнения силовых трансформаторов Trihal, в том числе, допустимые постоянные нагрузки, определяются производителем при разработке конструкторской документации после размещения заказа с обозначением необходимости соответствующего исполнения.