Допустиме перевантаження трансформатора: скільки і як довго

Зміст

• Скільки можна перевантажити: цифри й хвилини
• Номінальний режим трансформатора і номінальна потужність: від чого рахують
• Коефіцієнт перевантаження трансформатора: як порахувати за дві хвилини
• Коефіцієнт допустимого систематичного навантаження і коефіцієнт аварійного навантаження
• Перевантажувальна здатність трансформатора: що її збільшує, а що з’їдає
• Чим розплачується ізоляція за перевантаження
• Питання та відповіді

В аварійному режимі масляний трансформатор витримує +30% струму протягом 120 хвилин, +60% протягом 45 хвилин і +140% протягом 10 хвилин. Сухий тримає менше: +20% протягом 60 хвилин і +60% лише 5 хвилин. Ці межі задає таблиця 2 Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів, і діють вони незалежно від попереднього завантаження й температури повітря. Тривало, тобто щодня й без обмеження часу, дозволено перевищувати номінальний струм лише на 5%.

Скільки можна перевантажити: цифри й хвилини

Аварійні норми написані для ситуації, коли вибір стоїть між перевантаженням і знеструмленням об’єкта. Вони не потребують розрахунку графіка навантаження й не залежать від того, яким було навантаження до цього моменту.

Різниця між рядками пояснюється фізикою: масло відводить тепло від обмоток і саме є тепловим буфером, а в сухого трансформатора такого буфера немає, тому обмотка нагрівається швидше. Ще одна деталь, яку часто пропускають: відсотки рахують від номінального струму, а не від потужності на лічильнику.

Номінальний режим трансформатора і номінальна потужність: від чого рахують

Номінальна потужність трансформатора це повна потужність у кіловольт-амперах, яку він передає безперервно при заданій температурі охолоджувального середовища без скорочення ресурсу. Номінальний режим трансформатора означає роботу при цій потужності, номінальній напрузі та природних умовах охолодження, передбачених паспортом.

Перевантаження відлічують від номінального струму обмотки, а не від кіловатів навантаження. Причина проста: обмотку гріє струм, і при низькому коефіцієнті потужності об’єкт може споживати скромні кіловати, а трансформатор при цьому вже працює на межі. Саме тому запас потужності закладають ще на етапі підбору, і саме про це розрахунок потрібної потужності трансформатора з коефіцієнтом попиту й cosφ.

Коефіцієнт перевантаження трансформатора: як порахувати за дві хвилини

Коефіцієнт перевантаження трансформатора це відношення фактичного навантаження до номінального, у відносних одиницях. Формула проста: Кп = S факт / S ном, або те саме через струми.

Приклад для трансформатора 630 кВА:

• фактичне навантаження 760 кВА дає Кп = 760 / 630 = 1,21, тобто перевантаження 21%;
• за таблицею аварійних режимів масляний трансформатор у такому стані має близько 120 хвилин із запасом;
• сухий трансформатор на тому самому Кп має вже менше години;
• при 1000 кВА на тому ж апараті Кп зростає до 1,59, і мова йде про десятки хвилин, а не години.

Рахувати варто за найбільш завантаженою фазою. Якщо навантаження по фазах нерівномірне, значення перевантаження відносять саме до неї, а не до середнього по трьох.

Коефіцієнт допустимого систематичного навантаження і коефіцієнт аварійного навантаження

Норми розрізняють два принципово різні режими. Коефіцієнт допустимого систематичного навантаження описує щоденну роботу за графіком: уночі трансформатор недовантажений, удень іде пік, сумарне зношення ізоляції не перевищує нормального, і ресурс не страждає. Коефіцієнт допустимого аварійного навантаження описує ситуацію після відмови сусіднього трансформатора, коли ресурсом свідомо жертвують заради живлення.

Граничні значення для обох режимів задає таблиця 8.2 ГКД 34.46.501-2003, типової інструкції з експлуатації силових трансформаторів.

Для типового об’єкта з трансформатором до 2500 кВА працює перший стовпець: межа систематичного режиму 1,5 в.о., тривалого аварійного 1,8 в.о., короткочасного 2,0 в.о. Ці цифри обмежені не струмом як таким, а температурою: щойно масло у верхніх шарах доходить до 115 °C, навантаження знімають незалежно від того, скільки часу минуло.

Перевантажувальна здатність трансформатора: що її збільшує, а що з’їдає

Перевантажувальна здатність трансформатора не є сталою величиною. Вона змінюється разом з умовами, у яких апарат працює в конкретну годину.

• Попереднє завантаження. Трансформатор, який працював із завантаженням 60% номіналу, входить у пік із холоднішою обмоткою й витримує більше, ніж той, що вже кілька годин працює на 95%.
• Температура повітря. Січневий мороз дає запас за температурою масла, липнева спека його забирає.
• Примусовий обдув. У сухих трансформаторів з литою ізоляцією вентилятори піднімають віддану потужність приблизно на 40% понад номінал, і це вже не перевантаження, а штатний режим AF.
• Стан системи охолодження. Для масляних трансформаторів з дуттям вимкнення вентиляторів переводить апарат у категорію нижчої потужності, як у виконанні з природним охолодженням.
• Тип ізоляції. Для масляних серій і для сухих діють різні документи: ДБН В.2.5-23:2025 у пункті 5.12 прямо вказує визначати перевантажувальну здатність масляних за ДСТУ 3463, а сухих за ДСТУ ІЕС 60076-12.

Окремий сценарій, який зустрічається частіше за перевантаження, це відмова вентиляторів при незмінному навантаженні. ПТЕЕС дає на цей випадок готову таблицю: при температурі повітря −15 °C трансформатор із дуттям працює з номінальним навантаженням ще 60 годин, при 0 °C 16 годин, при +20 °C шість годин, при +30 °C лише чотири.

Чим розплачується ізоляція за перевантаження

Плату за кожен зайвий відсоток вносить ізоляція обмоток. Нагрів прискорює її старіння за експонентою, і апарат, який регулярно працює з коефіцієнтом 1,3, вичерпує ресурс помітно раніше за паспортний строк, хоча формально не вимикається й претензій не викликає.

Норми побудовані так, щоб цю плату можна було контролювати:

• допустимі систематичні навантаження підібрані так, щоб зношення ізоляції не перевищувало нормального, тобто ресурс не скорочувався;
• аварійні перевантаження зношення прискорюють, і це закладено в самому визначенні режиму;
• величину й тривалість перевантаження, а також температуру верхніх шарів масла персонал зобов’язаний фіксувати в експлуатаційній документації;
• для трансформаторів, на яких перевантаження можливе, має бути передбачений контроль цього режиму.

Тому питання «скільки витримає» коректніше ставити як «скільки коштуватиме». Як саме перевантаження вкорочує життя апарата й за якими ознаками видно, що ресурс вичерпано, розібрано в матеріалі про реальний термін служби трансформатора.

Питання та відповіді