Максим Казанов, к.т.н., АО «Систэм Электрик»
Вопросы, связанные с тепловыми режимами, перегрузочной способностью и функционированием сухих трансформаторов под воздействием внешних факторов, часто вызывают затруднения. Недавно Центр поддержки клиентов Systeme Electric выпустил несколько документов, которые разъясняют эти процессы.
Для обоснования режима работы сухого трансформатора, получения рекомендаций по его охлаждению и расчёту необходимо обратиться к официальному каталогу, руководству по эксплуатации и инструкции производителя.
Сухие трансформаторы с литой изоляцией серии Systeme3AL в стандартном исполнении предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -25 °C до +40 °C, а в специальном - от -50 °C до +65 °C.
Согласно инструкции производителя, базисной для расчёта тепловых режимов трансформатора и вентиляции в помещении является температура окружающей среды +20 °C (t). При этом средняя температура в течение суток не должна превышать +30 °C при максимальной температуре +40 °C в каждый момент времени. Длительное отклонение температур окружающей среды от среднегодового значения требует ограничения максимальных постоянных нагрузок в соответствии с данными, представленными в таблице 1.
Трансформатор, рассчитанный на работу при +40 °C, может длительно использоваться при более высокой температуре без снижения срока службы, но с уменьшением мощности, как показано в таблице 2.
Значения допустимой нагрузки соответствуют постоянному режиму работы. Продолжительность эксплуатации трансформатора с превышением этих значений определяется дополнительными условиями проекта, такими как исполнение и конструктив трансформатора, наличие принудительного обдува, проектные показатели вентиляции и кондиционирования в помещении и эффективность этих систем с точки зрения конвекции с изоляцией трансформатора. Поскольку эти факторы индивидуальны и лишь частично зависят от произведённого изделия, производитель может гарантировать только соответствие изделия техническим и нормативным требованиям, работоспособность и соответствие показателей базового и опционального оборудования. Внешние технические решения, опции и показатели трансформатора, предусмотренные проектом и в заказном опросном листе, не входят в зону ответственности производителя.
Наибольшая эффективность работы технически сложного оборудования часто зависит от внешних факторов даже больше, чем от его собственных возможностей и характеристик. Грамотная организация микроклимата и вентиляции помещений для размещения трансформатора наиболее важна для его работоспособности. Решение о необходимости принудительной вентиляции и кондиционирования зависит от климатических условий и потенциала работы трансформатора с перегрузками. Исходными данными для расчёта являются суммарные потери трансформатора и другого оборудования в помещении.
Важно отметить, что подача свежего воздуха снизу и его удаление в верхней части помещения важны как для естественной, так и для принудительной вентиляции и кондиционирования. Если приток расположен сверху, то образуется воздушная пробка над трансформатором, и горячий воздух не отводится. Правильное задание на разработку смежного раздела и последующее воплощение в данном случае критически важны.
Кроме показателей окружающей среды, практическая длительность возможной перегрузки трансформаторов определяется режимом работы изделия до возникновения перегрузки, характером перегрузки (аварийная, систематическая) и режимом работы нагрузки. Сведения о перегрузках и характерные зависимости приведены в каталоге.
Технически длительность безопасного режима работы трансформатора с перегрузкой ограничивается тепловой защитой трансформатора, которая выдаёт сигнал на отключение при температуре обмоток +150 °C или при меньшем пороге, установленном по требованию проекта. Пренебрежение тепловой защитой, а также регулярная эксплуатация в режимах, близких к предельным, вызывают преждевременное старение изоляционных материалов и сокращение срока службы оборудования.
Если в исходных данных и технических требованиях предусмотрено превышение среднесуточных и максимальных температурных показателей, проект должен включать следующие меры:
- оснащение трансформаторов системой принудительной вентиляции;
- использование трансформатора большей мощности;
- организация усиленной вентиляции помещения с трансформатором, способной эффективно удалять тепло, выделяемое при максимальной расчётной нагрузке;
- установка систем кондиционирования воздуха для поддержания допустимых температур в помещении с трансформатором при его максимальной проектной нагрузке;
- применение трансформаторов в специальном исполнении.
Systeme Electric предлагает опцию принудительной вентиляции AF для своих трансформаторов. Эта система используется как при кратковременных перегрузках в нормальном режиме, так и в аварийном режиме при длительной перегрузке. Она снижает температуру трансформатора за счёт интенсивного охлаждения.
Применение таблицы 2 возможно и для увеличенной до 140% номинальной мощности (в качестве мощности P), но в этом случае необходимо учитывать следующие факторы риска:
- отсутствие дополнительного резерва мощности трансформатора сверх установленного опцией принудительного обдува;
- суточные колебания температуры охлаждающего воздуха;
- 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 AF следует рассматривать в контексте проектных характеристик окружающей среды, вентиляции и кондиционирования помещения. Повышение температуры в помещении может снизить результативность принудительного обдува, даже если перегрузочная способность несколько увеличится. Точные значения и показатели могут быть определены только расчётно в рамках проекта и не предоставляются производителем.
Для предотвращения перегрева трансформатора и продления его срока службы независимо от использования системы принудительной вентиляции трансформатора AF, Systeme Electric рекомендует следующие меры:
- применение тепловой защиты трансформатора;
- обеспечение принудительной вентиляции и кондиционирования помещения;
- установку трансформатора большей мощности.
Активные меры по обеспечению длительной перегрузочной способности трансформаторов включают организацию эффективного теплообмена и поддержание оптимального температурного режима в помещении.
При проектировании систем естественной и искусственной вентиляции и кондиционирования необходимо учитывать требования и рекомендации производителя относительно расчёта и обеспечения удаления рассеиваемого тепла, а также циркуляции воздуха в помещении. Система вентиляции должна обеспечивать подачу свежего воздуха в нижней части помещения и забор горячего воздуха в верхней части, чтобы предотвратить нарушение процесса удаления тепла с поверхности трансформатора. Производитель оборудования не может выполнить индивидуальные расчёты, проектирование систем вентиляции и кондиционирования на основе предоставленных проектных данных, но гарантирует соответствие характеристик изделия техническим и нормативным требованиям, конструкторской документации и параметрам, предусмотренным в официальных документах. Параметры силовых трансформаторов в специальном исполнении, включая допустимые длительные нагрузки, устанавливаются производителем в процессе разработки конструкторской документации. Это происходит после того, как в заказе обозначена потребность в таком исполнении.