Работа трансформаторов при повышенном напряжении

Согласно ПТЭ, § 35.14. На трансформаторах допускается повышение напряжения сверх номинального:
а) длительно — на 5% при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 номинальной;
б) кратковременно (до вне сутки) — на 10% при нагрузке не выше номинальной;
в) в аварийных условиях в соответствии с типовой инструкцией по эксплуатации трансформаторов.
Для трансформаторов, работающих в блоке с генераторами, и автотрансформаторов без ответвлений в нейтрали и последовательных регулировочных (вольтодобавочных) трансформаторов допускается длительное повышение напряжения сверх номинального на 10% при нагрузке не выше номинальной.
Для автотрансформаторов с ответвлениями в нейтрали для регулирования напряжения или предназначенных для работы с последовательными регулировочными трансформаторами допускаемое повышение напряжения определяется по данным завода-изготовителя,)
Трансформаторы при изготовлении рассчитываются на работу с максимальной индукцией в стали 14—17 тыс. Гс в зависимости от сорта стали. Эта точка лежит в насыщающейся части характеристики холостого хода трансформатора. Небольшое увеличение подведенного напряжения к трансформатору вызывает резкое увеличение петли гистерезиса стали и как следствие тока холостого хода, высших гармоник в нем и потерь в магнитопроводе. Увеличение потерь в стали при этом происходит пропорционально квадрату напряжения (рис.), ток же и высшие гармоники в нем увеличиваются в еще большей степени .

Зависимость тока и потерь хх от перевозбуждения магнитопровода

Значительное увеличение потерь в стали может привести к перегреву и разрушению изоляции листов стали и возникновению повышенных местных нагревов стали и очагов «пожара» стали. При увеличении тока холостого хода (при напряжении выше номинального) в нем резко возрастают высшие гармоники, что приводит к искажению формы и увеличению амплитудного значения кривой напряжения. Это явление может представлять опасность для обмоток высшего напряжения, имеющих меньшие запасы по электрической прочности изоляции, чем в обмотке низкого напряжения.
Увеличение высших гармоник тока холостого хода трансформатора вызывает увеличение помех на линиях связи от указанных токов, проходящих по линиям электропередачи, что может привести к нарушению работы линий связи. Поэтому для трансформаторов вводятся ограничения по повышению напряжения.
При повышении напряжения на 5% в магнитопроводе трансформатора потери возрастают примерно на 10%, при этом общие потери в трансформаторе возрастают всего на 3%, что для трансформатора не представляет опасности. Ввиду этого такое повышение напряжения допустимо для всех трансформаторов без ограничения номинального тока обмотки.
Длительное повышение напряжения на 10% допускают только трансформаторы, работающие в блоке с генератором, автотрансформаторы без ответвлений в нейтрали и последовательных регулировочных трансформаторов, которые на это специально рассчитываются. Для остальных трансформаторов повышение напряжения па 10% допустимо длительно при ограничении их мощности до 25% или кратковременно (до 6 ч в сутки) при нагрузке не выше номинальной ввиду опасности перегрева магнитопровода трансформатора.
При указанных повышениях напряжения не должно быть превзойдено наибольшее рабочее напряжение, предусмотренное ГОСТ 721-74 для данного класса напряжения:

Кратковременные повышения напряжения выше 10% в аварийных случаях допускаются в соответствии с инструкцией по эксплуатации, техническими условиями на трансформатор или соответствующим ГОСТ.
В автотрансформаторах при устройстве РПН со стороны нейтрали или включении последовательно регулировочного трансформатора со стороны нейтрали регулирование напряжения называется «связанным». В процессе регулирования в автотрансформаторе одновременно меняется число витков обмоток высшего и среднего напряжений, что приводит к изменению индукции в магнитопроводе и изменению напряжения на обмотке низшего напряжения.
При колебании первичного напряжения в пределах ±AU, % поддержание вторичного напряжения неизменным сопряжено с изменением индукции в автотрансформаторе на дельта U/а, %, где а — коэффициент выгодности автотрансформатора. Поэтому индукция в автотрансформаторе может изменяться в больших пределах, чем изменение напряжения.
Так, для автотрансформатора напряжением 220/110 кВ при повышении первичного напряжения на 5% поддержание вторичного напряжения на уровне номинального приводит к перевозбуждению автотрансформатора на 10% (дельта U= 5%, а = 0,5). Перевозбуждение магнитопровода сверх допустимого вызывает резкое увеличение потерь в нем, что приводит к перегреву изоляции стали, а затем к выходу из строя магнитопровода из-за возникновения в нем больших циркулирующих токов и зон с недопустимыми нагревами. Поэтому для указанных автотрансформаторов должны быть четко оговорены допустимые пределы регулирования напряжения в зависимости от подводимого напряжения к автотрансформатору. При необходимости эти данные должны быть запрошены с завода-изготовителя или согласованы с ним. В случае практически ненагруженной третичной обмотки автотрансформатора величина возбуждения стержня магнитопровода может контролироваться по напряжению этой обмотки.
При этом можно принять, что возбуждение стержня, представленное в процентах, равно относительному напряжению этой обмотки трансформатора, так как в этом случае в обмотке НН отсутствует падение напряжения и напряжение на ней практически равно напряжению холостого хода, которое прямо пропорционально возбуждению сердечника. Возбуждение ярма магнитопровода контролируется согласно типовой инструкции по эксплуатации трансформатора и указаниям завода-изготовителя.
На основании данных завода-изготовителя должна быть составлена местная инструкция, в которой четко оговорены допустимые пределы регулирования напряжения (положение переключателей РПН в зависимости от напряжения обмотки высшею и среднего напряжения).

Ещё по теме:

• Перенапряжения при отключении трансформаторов на хх
• Эксплуатация трансформаторов
• Эксплуатация трансформаторов
• Эксплуатация трансформаторного масла
• Эксплуатация распределительных силовых трансформаторов