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    1/162

    Publication 354 de la CE1

    (DeuxiBme édition - 1991)

    IEC Publication 354

    (Second edition

    -

    1991)

    Guideehargeourransformateursoadinguide

    for

    oil-immersed

    deuissancemmergésans’huileowerransformers

    C O R R I G E N D U M

    Page 36

    Au

    lieu de :

    vitesse de vieillissement

    =

    constante x e-pA

    lire:

    vitesse du vieillissement

    =

    constante

    x

    e@

    Page 44

    Au

    lieu de :

    AWOr = AOoT

    +

    A(AOor)

    lire:

    AO’or = AOor

    +

    A(AOOr)

    Page 50

    Au

    lieu de:

    ‘nmax

    lire:

    ‘hrnax

    Page

    58

    Correction

    du

    texte anglais seulement.

    Page

    37

    Instead

    of:

    rate of ageing = constant

    x

    e-/”

    read:

    rate ofageing = constant x e@

    Page 45

    Instead

    of:

    AO’or = AOo, + A(AOor)

    read:

    AO’or = AOor + A(AOOr)

    Page 51

    Instead

    of :

    ‘nmax

    read:

    Ohmax

    Page

    59

    lnstead

    of:

    8,: daily variation for temperature

    limit [K I 1 :45

    read:

    8,: daily variation for temperature

    limit

    [KI

    11.45

    International Electrotechnical ommissionPYRIGHT International Electrotechnical Commissioncensed by Information Handling Services

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    2/162

    ~~

    I E C 354 91 4844871 0509327 257 m

    Au l ieu de:

    D X le jour le plus chaud de

    l'année

    l i re:

    D X le jour le plus chaud

    de

    l'année

    Page

    60

    Septihme ligne

    Pass er e mot

    uPBriodeu

    à

    lahuitième

    ligne,u-dessousearemière

    colonne.

    Page 132

    Correctio n en anglais s eulement.

    Au l ieu d e:

    R, est la résistancede'enroulement

    A

    froid) mesurée

    A

    la température O

    en degrés Celsius;

    l i re:

    R, est la résistancede'enroulement

    A

    froid) mesurée

    A

    la temperature

    O R c

    en degres Celsius;

    Instead of :

    DX: hottest day of the

    year99,oo . .

    read:

    D X hottest day of the

    year99

    Page 61

    7th

    line

    Move "Period" to 8th l inebove

    Ist column .

    Page 133

    1st paragraph, 5th line

    Instead of: "excepted" read "expected".

    Instead o f :

    ßc

    is the windingesistancecold)

    measured at temperature

    O,,,

    ("c);

    read:

    R, ishewindingesistancecold)

    measured at temperature

    O, ,

    ("C);

    Mars 1992

    March

    1992

    International Electrotechnical ommissionPYRIGHT International Electrotechnical Commissioncensed by Information Handling Services

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    3/162

    IEC 354 91 4844893 0509328 193 D

    NORME

    INTERNATIONALE

    INTERNATIONAL

    STANDARD

    CE1

    IEC

    354

    Guide de charge pour transformateurs

    de puissance immerges dans l'huile

    Loading guide for oil-immersed

    power transformers

    Numero

    de

    reference

    Reference number

    CElllEC 354: 1991

    International Electrotechnical ommissionPYRIGHT International Electrotechnical Commissioncensed by Information Handling Services

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    4/162

    Symboles

    graphiques et litt6raux

    LUI ymboles et

    rigma

    contenua dum la pF6antspublication

    ont 6t6

    soit

    mp &S Pnblicatiau 27

    ou

    617 de la C

    B

    I, mit

    sp6cifiquement

    appmuv¿a

    auxh a e attepublication.

    Publications dea

    C

    E

    I

    &ablies par e &me

    Cornit4d Etudes

    Revisionof this publication

    IE

    C

    publications prepared by the same

    Technical Committee

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    NORME

    INTERNATIONALE

    INTERNATIONAL

    STANDARD

    CE1

    IEC

    354

    Guide

    de

    charge pour transformateurs

    de puissance immerges dans l 'huile

    Loading guide for oil-immersed

    power transformers

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    IEC

    3 5 4 91

    4844891 0509331 7 8 8 m

    - 2 -

    354OCE1

    Section 1:GOWraltteS

    1.1 Domaine'application

    .....................................................................................................

    6

    1.2 objet ................................................................................................................................ 6

    1.3

    D6finMons

    ....................................................................................................................... 8

    1.4 Limitations g6nØtales et effets d'un Mme de

    ch rge

    ex- le valeursde

    1.5

    Limitations speCmquespour les transformateurs de distribution

    ..................................... 18

    1.7

    Limitations specifiques pour

    les

    transformateurs de grande

    puissance

    ..........................

    20

    la

    plaquesignaHique ..................................................................................................... 10

    1.6

    Limitations sp6cMques pour

    les

    transformateurs de

    moyenne

    puissance

    ......................

    18

    Section2: D6terminatlondes temp4ratures

    2 1

    22

    2 3

    2.4

    2 5

    2 6

    2.7

    2.8

    Symboles

    ........................................................................................................................

    casac$Jsques

    thermiques

    supposees .........................................................................

    Mesure directe dea temphture du point

    chaud

    ...........................................................

    Equationdes emphtures en-me 6t-i ..................................................................

    Equation

    des

    emphtums enNime transitoire ...........................................................

    Weillissement themdque des Isolantse ransformateurs

    ..............................................

    Temperature ambiante

    ....................................................................................................

    Programme informatique.................................................................................................

    24

    26

    26

    32

    34

    36

    40

    46

    Sectlon

    3:Tableaux

    de

    charge

    3.1 LimitationsapplicaMesaux aMeaux

    de

    charge ..............................................................

    62

    3.2 M m e e

    rep&entaton

    des cydes

    &Is de

    charge

    par

    un

    cyde

    6quhr8lent

    rectangulaireh deuxpaliers ............................................................................................ 62

    3.3

    R6gime continu

    normal ................................................................................................... 66

    3.4

    Regime ycliquenormal

    ..................................................................................................

    66

    3.5

    R6gimecycliquedesecours

    ...........................................................................................

    78

    Annexes

    A RØgime assign6 Bquivalent dans le

    cas

    des autotransformateurs

    ..................................... 128

    B Autre -thode de d4termination de l'6chauffement moyen de l'huile dans

    es

    enroulements h partir de mesures

    effectubs

    lors d'essais d'khuffernent

    ......................

    132

    C Renseignements

    B

    joindre

    B

    l'appel d'offres

    et B

    la commande ......................................... 140

    D

    D6termination des

    parametresh uMiser

    dans le

    cas

    d'une

    variation

    sinusoïdale de

    la

    temphture ambiante ....................................................................................................

    142

    E Exemple d'une application simplinee du guide de charge ................................................. 154

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    IEC 354 91 W

    4644891 0509332 h14

    354O

    EC

    - 3 -

    CONTENTS

    FOREWORD .......................................................................................................................... 5

    Section1:General

    1

    .

    Scope ............................................................................................................................ 7

    1.2 Object ........................................................................................................................... 7

    1.3 Definitions .....................................................................................................................

    9

    1.4 Qeneral imitationsandeffectsof oading

    beyond

    nameplaterating ............................ 11

    1.5 Specificimitationsordistributionransformers ........................................................... 19

    1.6 Specific U m i t a t i o n s formedium power transfomers

    .....................................................

    19

    1.7

    Specificimitations orarge

    power

    transformers

    ..........................................................

    21

    Section

    2:

    Determlnatlon

    of

    temperatures

    2.1 Symbols ......................................................................................................................... 25

    2 2

    Directmeasurementofhot-spotemperature ...............................................................

    27

    2.3

    Assumedhermalharacteristics .................................................................................. 27

    2.4 Steady-stateemperature

    equations

    .............................................................................

    33

    2.5 Transientemperaturequations .................................................................................. 35

    2.6 Thermalageingofransformernsulation ..................................................................... 37

    2.7 Ambientemperature .................................................................................................... 41

    2.0

    Computerrogram

    .......................................................................................................

    47

    Section3:Loading tables

    3.1 Limitations pplicable

    to

    oading tables

    ........................................................................

    63

    3.2

    Methad of representing

    an

    actual load

    cycle

    by

    an

    equivalent two-step rectangular

    load

    cyde

    ...................................................................................................................... 63

    3.3 Normal continuowoading

    ...........................................................................................

    67

    3.4 Normal

    cyclicoading

    .................................................................................................... 67

    3.5 Emergency cydic loading ............................................................................................ 79

    Annexes

    A

    Equivalentatingorauto-transformers

    ........................................................................... 129

    B

    Altemative

    method

    for determining the winding il average temperature rise

    from

    temperaturerise estmeasurements

    ......................................................................

    133

    D

    Calculation of parameters or sinusoidal variation of ambient emperature

    ..................... 143

    C Information to be suppliedwith enquiryandorder

    ...........................................................

    141

    E

    Exampleofsimplifiedapplicationof heguide ................................................................. 155

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    8/162

    TE C 35V 91 4844893 0509333

    550

    m

    - 4 - 354Q CE¡

    COMMISSION ELECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

    GUIDE

    DE CHARGE POUR TRANSFORMATEURS DE

    PUISSANCE IMMERGÉS DANS L'HUILE

    AVANT-PROPOS

    1) Les

    dk is ions ou accords officiels de Ia CE1 en ce qui concerne les questions techniques. pr6 pa rh par des

    Comites d'Etudes

    ob

    sont rep rh en tb tous

    les

    Co mi th nationaux s'int6ressantB ces questions. expriment

    dans la plus grande mesure possible un accord international sur

    es

    sujets examin6s.

    2)

    Cesd6cisionsconstituent des recommandations nternationales et sontagr66escomme telles par

    les

    Comit68 nationaux.

    3) Dans le but d'encourager l'unification Internationale, a CE1 exprime le voeu que tous

    es

    ComitQs nationaux

    adoptent dans eurs reales nationales le texte de la recommandation de la CEI, dans la mesure ob les

    conditions nationales le permettent.Toutedivergenceentre

    h

    recommandation de la CE1 et la

    rbgie

    nationale correspondante doit, dans ia mesure du possible, &re indiqub en termes clairs dans cette

    dernibre.

    Le

    prØsent guide a et6 etabli par

    le

    Comite &Etudes no

    14

    de la CEI:

    Transformateurs

    de

    puissance.

    II

    constitue

    la deuxieme Bdition de

    a

    CE1354et remplace a premiere M i o n 1972).

    Le

    texte

    de

    ce guide est

    ssu

    desdocuments suivants:

    Rialo

    dos

    Six Mdr

    14(BC)72

    et

    7 U

    4(Bc)71

    Rapports

    de

    vote

    Les

    rapports

    de

    vote indiques dans e tableau ci-dessus donnent toute information sur les

    votes ayant abouti l'approbation dece guide.

    Les publications suivantes de Ia CE1 sont cit6es dans

    le

    prdsent guide:

    Publications no*

    76:

    Transformateurs de puissance.

    76-1 (1976):

    Premiere partie: 06nBralitBs.

    76-2 (1976):

    Dewtieme partie: Echauffement.

    76-4 (1976): Quatrieme partie: Prises et connexions.

    76-5 (1978):

    Cinquibme partie: Tenue au court-circuit.

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    354

    0

    EC

    . - 5 -

    INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION

    LOADING GUIDE

    FOR

    OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS

    FOREWORD

    1) The formal decisionsor agreements of the IEC on technical matters, prepared by Technical Committeesn

    which all the National Committees having a pecial interest therein are represented, express, as nearly as

    possible, an international consensus f opinion on he subjects dealtwith.

    2)

    Theyhave the form of recommendations

    for

    internationaluseand hey are acceptedby the National

    Committees in that sense.

    3)

    In order to promote nternational unification, the IEC expresses he wish that all National Committees

    should adopt he text of the IEC recommendation for their ationalrules

    in

    so far as national conditions will

    permit. Any divergence between the IEC recommendation and he corresponding national rules should, as

    far as

    possible,

    be clearly indicated n the latter.

    This guide has been preparedy IEC Technical CommitteeNo. 14: Power transformers.

    It forms the second edition f IEC 354 and replaces the irst edition

    (1972).

    The textof this guide is based on the following documents:

    Six Months' Rule Reports on Voting

    14(C0)71

    14(C0)72 and 7 2 A

    Full information on the voting for the approval of this guide can

    be

    found

    in

    the Voting

    Reports indicatedn the above table.

    The fol lowing /€C Publications are quoted in

    this

    guide:

    PubliCaHonsNos. 7 6 Pawertransfonners.

    76-1

    (1

    976):

    Part 1:General.

    76-2 (1 976):

    Patt

    2:

    Temperehnerse.

    784 (1976):

    Palt4 Tappingsand connections.

    76-5 (1976): Patt5 Ability towithstandshcnt circuit.

    International Electrotechnical ommissionPYRIGHT International Electrotechnical Commissioncensed by Information Handling Services

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    10/162

    GUIDE DE CHARGE

    POUR

    TRANSFORMATEURS

    DE PUISSANCE IMMERGÉS DANS L’HUILE

    Section

    1

    :GBnBralltBs

    1.1 Domaine d’application

    Ce

    guideestapplicableauxransformateursmmergesdans’huile epondantaux

    prescriptions de la

    CE1

    76. II indique comment, dans certaines limites, les transformateurs

    peuvent&rechargesau-dessusdesconditionsassignees.Dans le casdesrans-

    formateursde our,du fait du profil dechargeparticulier, il convientdeconsulter le

    constructeur.

    1.2

    Objet

    Ce guide donne des conseils pour etabiir les spkifications et les regimes de charge des

    transformateurs de puissance du point de vue des temperatures de fonctionnement et du

    vieillissement hermique. II donne des recommandations pour le fonctionnement

    B

    une

    charge superieure 8 la valeur assign& et pour aider les utilisateurs, dans le cas de

    nouvelles installations,

    B

    choisir les grandeurs assignees approprieeset les conditions de

    charge.

    La

    CE1

    76-2

    definit les exigencesenmatieredevaleursd’echauffements et d’essais

    correspondants,des ransformateurs mmergesdans ’huile,dans le cas d‘unecharge

    continue de valeur assignee.

    II

    convient de noter que la

    CE1

    76-2 se refare

    a

    I’dchauf-

    fement moyen de ’enroulement, alors que le present guide se refare essentiellement

    8

    la temperature du point chaud; les valeurs indiquees ne sont donc donnbs qu’8 titre de

    conseil.

    Ce guide donne des modeles mathematiques permettant d’estimer les consQuences de

    differents regimes de charge, transitoires ou cycliques, pour differentes temperatures du

    milieu refrigerant. Ces modeles comprennent le

    calcul

    des temperatures de fonctionne-

    mentdans

    le

    transformateur,enparticulierde

    la

    temperature la plus haudede

    l’enroulement. Cette temperature du point chaud est utllisee,B son tour, pour evaluer une

    vitesse relative de vieillissement thermique.

    Ce guidepresente,enoutre,des ecommandationspour limiter

    la

    chargeadmissible

    suivant les resultats des calculs de emperature. Ces recommandations concernent les

    differentes categories de ransformateurs par taille et importance, et egalement selon

    differents types de regimes de charge:

    rØgime de charge continu, Øgime cydique non

    p e r tu rb Ø,

    ou

    regimes temporaires de

    secours.

    Dans le casdes petits transformateurs,appeles ici transformateurs de distribution, le

    guide donne des courbes qui permettent d’4valuer un regime de charge cyclique

    B

    une

    temperature ambiante donnee, par rapport aux conditions de charge assignees sous une

    temperatureambiantenormale,pour un transformateur epondant aux exigencesde

    la CE176-2.

    International Electrotechnical ommission

    Services

    PYRIGHT International Electrotechnical Commissioncensed by Information Handling Services

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    11/162

    I E C 354

    91

    4844891 050733b 2 b T

    3540 EC

    - 7 -

    LOADING GUIDE FOR OIL-IMMERSED POWER

    TRANSFORMERS

    Section 1: General

    1.1 Scope

    This guide is applicable to oil-Immersed transformers complylng

    with

    IEC 76. It indicates

    how, within imits, ransformersmaybe oadedabove rated conditions.For urnace

    transformers, the manufacturer should be consultedn view of the peculiar loading profile.

    1.2

    Object

    Thisguideprovidesguidance or hespecificationand oadingofpower ransformers

    from the point of iewof operatingemperaturesandhermalageing. It provides

    recommendations for loading above the nameplate rating and guidance for the planner to

    choose appropriate rated quantities and loading conditionsor new installations.

    IEC

    76-2 contains the requirements and tests relating to temperature rise figures for oil-

    Immersed transformers during continuous rated loading. It should be noted that

    IEC

    76-2

    refers to the average winding temperature ise while the present guide refers mainlyo the

    hot-spot temperature and the stated values are provided only for guidance.

    The guide gives mathematical models for judging the consequence of different loadings,

    with different temperatures of the cooling medium, and with transient or cydical variation

    with time.Themodelsprovide or hecalculationofoperating emperatures in the

    transformer, particularly the temperature of the hottest part of the winding. This hot-spot

    temperature

    is,

    in turn,

    used

    for evaluation of a relative value or he rate of thermal

    ageing.

    The guide further presents recommendations for limitations of permissible loading accord-

    ing to the esults of the temperaturecalculations.These ecommendations efer o

    different categories of transformers by size and importance, and also to different types of

    loadingduty - continuousoading, ormal yclic ndistu rbedoading or temporary,

    emergency loading.

    For

    small transformers, here called

    distribution ransform ers,

    the guide provides curves

    whichmake it possible to evaluatecyclic oadingatspecificambient emperatures in

    comparison with conditionsat rated loading under normal ambient temperature, for a trans-

    former which ulfils the requirements of IEC 76-2.

    International Electrotechnical ommissionPYRIGHT International Electrotechnical Commissioncensed by Information Handling Services

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    12/162

    - 8 - 354O E1

    Dans le casdesgrands iansformateurs, esmethodesdecalculde la temperature

    differentsuivant les modesde efroidissement.

    La

    categoriedes

    t ransformateurs de

    mo yenne uissance s’&endusqu’auxransformateursriphasesdeuxenroulements

    d’environ 100 MVA, ou leur equivalent; les transformateurs donta puissance assignee est

    superieuresontdesignescomme t ransformateurs de grandepuissance. Pourde tels

    transformateurs,

    il

    est recommande d’effectuer

    es

    calculs en utilisant les parametres Indi-

    viduels obtenus B partir des essais de reception. Pour des raisons expliquees dans le

    present guide, les limitations recommandees dans le cas de ces deux categories de trans-

    formateurs sont formulees ’une façon iegerement differente.

    La section 1, GBnBraIitds,comprend des definitions, des principes communs, des informa-

    tions gherales et des recommandations specifiques pour le fonctionnement suivant les

    differentes categories de transformateurs.

    La section 2, Calcul des temperatures,

    presente les modeles mathematiques utilises.

    La

    section

    3

    donne les resultats des calculs sous forme de graphes et de tableaux pour

    des conditions normalisees.

    1.3 D9flnltlons

    Pour les besoins de ce guide,es definitions suivantes sont applicables.

    1.3.1

    Transfonnateur de distr ibut ion

    Transformateur dont la puissance assign& maximale est de 2

    500

    kVA en triphase ou

    de

    833

    kVA par noyau monophase et dont la haute tension a une valeur assignee ne

    depassant pas 33 kv, c’est-&-dire un transformateur

    &

    enroulements separes, abaisseur,

    delivrant une tension de distribution,

    B

    refroidissement

    ON

    et sans changeur de prises

    en charge.

    1.3.2 Transformateur de moyennepuissance

    Transformateur

    B

    enroulementsseparesdont la puissanceassigneenedepassepas

    100 MVA dans le cas des transformateurs triphases, ou 33,3 MVA par noyau bobine, et

    dont I’impedance de court-circuit

    zr,

    cause des restrictions sur a densite du

    flux

    de fuite,

    ne depasse pas a valeur:

    2,

    =

    ( 25 - 0 , Z r %

    W

    où West le nombre de noyaux bobines et

    Sr

    a puissance assignee enMVA.

    Dans le casdesautotransformateurs, le regimeassigneequivalentest defini dans

    l’annexe

    A.

    1.3.3 Transformateur de grande puissance

    Transformateur depassant 100MVA (en triphase) ou a limite d’impedance de court-circuit

    specifiee ci-dessus.

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    I E C

    354

    71 m 4844891 0507338

    032 m

    354 O IEC - 9 -

    For large transformers. there are differences in the temperature calculations for different

    methods of cooling. The category of mediumpower ransformers extends up to about

    100 MVA three-phase wo-winding ransformersorequivalent,while ransformerswith

    higher atedpowerare eferred to as

    large power transformers.

    For he latter It is

    advisable to perform calculationssingndividualarametersbtainedromhe

    acceptance type test. For reasons explainedn the guide, the recommended limitations for

    these two categories of transformers are formulated somewhat differently.

    Sect ion

    7,

    General,

    containsdefinitions, commonbackground nformationandspecific

    recommendations for the operation of different categories of transformers.

    Section

    2,

    Temperature calculation,

    presents the mathematical models used.

    Sect ion

    3

    ives calculated results

    as

    graphs and tables or standardized conditions.

    1.3 Definltlons

    For the purpose of his guide the following definitions apply.

    1.3.1

    Distributionransformer

    A transformer with a maximumating of 2

    500

    kVA three-phase or833 kVA per limb single-

    phase and a high-voltage ating limited to 33 kv, ¡.e. a transformer with separate windings

    that steps down to consumer voltage, with

    N

    cooling and without on-load tap-changing.

    1.3.2

    Medium pow er transformer

    A transformer with separate windings having a rating not exceeding 100 MVA for three-

    phase ransformers or 33.3 MVA per wound limb and, due to he eakage lux density

    restrictions, a rated short-circuit impedancernot exceeding the value:

    1 ,= (25 -0 ,1 - ) 3Sro

    W

    where

    W

    is the number of wound limbs andSr he rated power in MVA.

    For auto-transformers, the equivalent ating is defined n annex A.

    1.3.3

    Largepow er ransformer

    A

    transformer exceeding a rating of

    100 MVA

    (three-phase) or the mpedance imitation

    specified above.

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    14/162

    -

    10-

    354O CE1

    1.3.4

    Rdglme de chargecycllque

    Regime de charge avec variations cycliques (la duree du cycle &ant habituellement d’un

    jour) qui est considere du point de vue du vieillissement moyen qui se produit pendant le

    cycle. Le regime de charge cyclique peut &re soit un regime normal, solt un regime de

    secours de longue duree.

    a) Regime de charge cycl ique normal

    Pendant une partie du cycle, on a une temperature ambiante plus eleveet un courant de

    charge superieur

    B

    la valeur assignee mais, du point de vue du vieillissernent thermique

    (selon le modale mathematique), cette charge est equivalente B la charge assign& sous

    la temperatureambiantede eference.Ceiaest ealiseen irant profit des faibles

    temperatures ambiantes ou des faibles courants de charge pendant le reste du cyde de

    charge. Dans un but de planification, on peut etendre

    e

    principe aux longues periodes de

    temps pendant esquelles les cycles avec vitesse de vieillissement superieure

    B

    1 sont

    compenses par des cycles avec vitesse de vieillissement inferieurel.

    b)

    ß&gime de

    charge

    cyclique de secours d e longue durde

    Regime de charge resultant de I’indisponibiiit6 prolong& de certains elements du reseau

    qui ne sont pas reconnect& avant que les echauffements dans le transformateur aient

    atteint leurs valeurs stabilisees. Ce n’est pasn type de fonctionnement normal et on peut

    prevolr qu’il n’apparaltra que rarement:

    il

    peut toutefois persister pendant des semaines

    ou meme des mois et peut provoquer un vieillissement considerable. Neanmoins,

    il

    ne

    devrait pas entralner d’avarie due un endommagement thermique ou

    B

    une reduction de

    la tenue dielectrique.

    1.3.5

    Regime

    de

    charge d e secours de courte durde

    Regimedechargeexceptionnellementeleve, dO

    B

    l’apparitiond’un ou deplusieurs

    bvenements de faible probabilite qui perturbent sevarement le regime de charge normal

    du eseau; il porte espointschaudsdesconducteurs B desniveauxdangereuxet

    provoque eventuellement une reduction emporaire de la tenue dielectrique. Toutefois,

    pour une courte duree, l’adoption de ce regime peut &re preferable aux autres solutions.

    On peut s’attendre que ce type de regime n’interviendra que rarement; il faut rapidement

    le reduire, ou bien mettre e transformateur hors tension en peu de tempsfin d’eviter une

    defaillance decelui-ci.Ladureeadmissiblepourcettechargeestpluscourteque la

    constante thermique du transformateur et depend de la temperature de fonctionnement

    avant l’application de a surcharge; elle est habituellement inferieureB une demi-heure.

    1.4

    Llmltations generales et effets d’un regime de charge excedant les valeurs

    de la plaque slgnal6tlque

    1.4.1 Effet d‘un regime de ch arge excedan? les valeurs d e a plaque signaldtique

    1.4.1.1

    Facteurs Influençant la du rde de vie

    La

    dur& de vie reelle d’un transformateur depend beaucoup d’evenements exceptionnels,

    tels que les surtensions, les courts-circuits sur e reseau et les surcharges de secours.

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    I E C 354

    9 3

    m 4844893 0509340 7 9 0 H

    354O

    EC

    -

    11

    -

    1.3.4

    Cyclicoading

    -

    .

    Loading with cyclic variations (the duration of the cycle usually being one day) which is

    regarded in terms of the average amountof ageing that occurs during the cycle. The cyclic

    loading may either bea normal loading, ora long-time emergency loading.

    a ) Normal cyclic oading

    A

    higher ambient temperature or a higher than rated load current is applied during part of

    the cycle, but, from the point of view of thermal ageing (according to the mathematical

    model), this loading is equivalent to the rated load at normal ambient temperature. This

    is

    achieved by taking advantage of low ambient temperatures or low-load currents durlng the

    rest of the load cycle. For planning purposes, his principle can be extended to provide for

    long periods of time whereby cycles with ageing rates greater than unity are compensated

    for by cycles with ageing ate less than unity.

    b) Long-time emergency cyclic loading

    Loading resulting from the prolonged outage of some system elements that

    will

    not be

    reconnected before a steady state temperature rise is reached in the transformer. This is

    not a normal operating condition and its occurrence is expected to be rare, but it may

    persist for weeks or even months and can lead to considerable ageing. However,

    t

    should

    not

    be

    thecause of breakdowndue o hermaldestructionor eduction of dielectric

    strength.

    1.3.5

    Short-t imeemergency oading

    Unusually heavy oading due o he occurrence of one or more unlikely events which

    seriouslydisturbnormalsystemoading,causing heconductorhotspots to reach

    dangerous levels and, possibly, a temporary reduction in the dielectric strength. However,

    acceptance

    of

    this condition for a short time may be preferable to other alternatives. This

    type of loading is expected to occur rarely and it must be rapidly reduced or the trans-

    formerdisconnected within a short ime in order oavoid its failure. The permissible

    duration of this oad is shorter han he hermal ime constant of the ransformer and

    dependson heoperating emperaturebefore th& increase in the oading; ypically,

    it

    would be less than half an hour.

    1.4 General limitatlons and effects of loading beyond nameplate rating

    1.4.1

    Effect

    of loading beyond nameplate rating

    1.4.1

    . Factors influencing l ife duration

    Theactual life durationof a transformerdepends o a highdegreeonextraordinary

    events, such as overvoltages, short-circuitsn the system, and emergency overloading.

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    I E C 354 91 m

    4844891

    0507341 b 2 7 m

    -

    12- 354

    O CE1

    Les chances de survie

    h

    de tels‘evenements, qui peuvent se produire separement ou en

    combinaison, dependent essentiellement de:

    a) la severitØ (amplitude et du&) de I’Øvbnement;

    b) la conception du transformateur;

    c) les tempkatures des differentes parties du transformateur;

    d) la concentration d’humiditb dans es isolants et dans l’huile;

    e) la concentration d’oxyghe et d’autres gaz dans

    les

    isolants et dans l’huile;

    f) le nombre, la taille et le type des particules d’impuretes.

    L‘espGrance de vie normale est une base de reference conventionnelle pour un service

    continu ininterrompu

    &

    la temperature ambiante de reference et aux conditions de fonction-

    nement assignees. L’application d’une charge superieure

    &

    celle de la plaque signaletique

    et/ou d’une emperature ambiante superieure

    h

    la valeur assignee mplique un certain

    risque et entralne une accblbration du vieillissement. C’est l’objet de ce guide d’identifier

    de tels risques et d’indiquer,

    &

    I’interieur de certaines imites, quelles peuvent &re

    les

    conditions de charge des transformateursu-dell des valeurs de a plaque signaletique.

    Un regime de charge d’un transformateur au-del& des valeurs de sa plaque signaletique

    les

    consbquences suivantes:

    a) les temperatures des enroulements, des calages, des connexions, des solants et

    de l’huile augmentent et peuvent atteindre des niveaux inacceptables;

    b)’inducture de fuite horsuircuitmagnetiqueugmentetrovoquen

    accroissement de I’echauffement par courants de Foucault dans les parties metalliques

    embrassees par

    e

    flux de fuite;

    c) la combinaison du

    flux

    principal et de ce

    flux

    de futte accru restreint les possibilites

    de fonctionnement du circuit magnetique en surexcitation;

    d) les variations de temperature entraînent des modifications des teneurs en humidit6

    et en

    gaz

    dans les isolants et dans l’huile;

    e) les traversees, les changeurs de prises, les tetes e db le et les transformateurs de

    courant sont dgalement soumis

    B

    des contraintes plus Ølevees, que reduisent leurs

    possibilites d‘utilisation.

    II y aura par consequent un risque de dbfaillance prbmaturbe, associe & l’augmentation

    des

    courants et des temperatures.

    Ce

    risque pourra &re immediat ou resulter d’une degra-

    dation cumulative du transformateur sur de nombreuses annees.

    1.4.1

    -2

    Risques

    B

    court

    terme

    a) Le risque principal, pour es defaillances h court terme, est la reduction de la tenue

    dielectrique due

    a

    la presence eventuellede bulles de gaz dans une region contrainte

    dielectrique elevee, c’est-&-dire dans

    les

    enroulements ou es connexions.

    Ces

    bulles

    peuvent

    se

    developper dans

    les

    isolants au papier orsque la temperature du point

    chauds’6lhvebrusquementau-dessusde la temperature critique, qui estd’environ

    140

    OC h 160 “ C

    pour un transformateur

    h

    teneur en humidit4 normale. Cette tempe-

    rature critique decroît un peu lorsquea concentration d’humidite augmente.

    Lesbullesdegazpeuventegalementsedevelopper soitdans ’huile,soitdans

    l’isolation solide)

    h

    la surface

    des

    parties metalliques massives chauffees par

    e

    flux de

    fuite ou&reproduitesparunesursaturationde

    l’huile.

    Cependant,cesbullesse

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    W O I E C

    - 13-

    Decisive for the chance of survival after such events, which can occur either separately or

    in combinatlon. are:

    a) the severity (amplitude and duration) of the event;

    b) the transformer design;

    c) the temperatures of the various parts of the transformer;

    d) the concentration of moisture in the insulation and in the oil;

    e) the concentration of oxygen and other gasesn the Insulation and n the

    oll;

    1) the number, size and type of mpun'ty particles.

    The normal life expectancy is a conventional reference basis for continuous duty under

    normal ambient temperature and rated operating conditions. The application of a load in

    excess of nameplate rating and/or an ambient temperature higher than rated involves a

    degree of risk and accelerated ageing. It is he purpose of this guide to identify such risks

    and to indicate how, within limitations, transformers may be loaded n excess of the name-

    plate rating.

    The consequences of oading a transformer beyond ts nameplate rating are

    as

    follows:

    a) the temperatures ofwindings,cleats, eads, nsulationand oil increaseandcan

    reach unacceptable levels;

    b) the leakage flux density outside the core increases, causing additional eddy-current

    heating in metallic parts linked by the flux;

    c) the combination of the main flux and increased leakage flux imposes restrictions on

    possible core overexcitation;

    d) as the temperature changes, the moisture and gas content in the insulation and in

    the oil will change;

    e) bushings, ap-changers, cable-end connections and current ransformers will also

    beexposed to higherstresseswhichencroachupon their designandapplication

    margins.

    As a consequence there will be a risk of premature failure associated with the increased

    currents and temperatures. This risk may be of an immediate short-term character or come

    from the cumulative deterioration of the transformer over many years.

    1.4.1.2

    Short- term

    r isks

    a) The main risk, for short-time failures, is the reduction in dielectric strength due to

    thepossiblepresence ofgasbubbles in a region of high electrical stress, ¡.e. the

    windingsand eads.Thesebubblesmaydevelop in the paper insulation when the

    hot-spot emperature rises suddenlyabovea critical temperature,whichsabout

    140

    C

    to 160 "C or a transformer with a normal moisture content. This critical tem-

    perature decreases somewhat as he moisture concentration increases.

    Gas bubbles can also develop (either in oil or in solid insulation) at the surfaces of

    heavy metallic parts heated by the eakage flux or be produced by supersaturation of

    the oil. However, such bubbles usually develop in regions of low electric stress and

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    I E C 354 91

    m

    4844893 0509343 4 T T

    - 14- 354O CE1

    developpent generalement dans des regions

    &

    faible contrainte dielectrique et doivent

    traverser des regions où la contrainte etait deja plus 6lev6e avant que e produise une

    reduction importante e la tenue dielectrique.

    Les parties metalliques nues qui ne sont pas en contact hermique direct avec es

    isolants organlques principaux mais avec t’huile du transformateur peuvent atteindre

    rapidement une temperature elevee;

    l y

    a lieu que celle-ci ne depasse pas180 “C.

    b)Une degradation emporaire des proprietes mecaniques

    B

    des emperatures plus

    elevees peut reduire a tenue au court-circuit.

    c) La montee en pression dans les traversees peut provoquer un defaut cause d’une

    fuite d’huile. Du gaz peut aussi apparaftre dans les traversees s i la temperature des

    isolants depasse une valeur d’environ40OC.

    d) La dilatation de l’huile peut provoquer un debordement dans

    e

    conservateur.

    e)

    La coupure de courants trop forts danse changeur de prises peut &re dangereuse.

    1.4.1-3 ßiSqU8S &

    /Ong

    term8

    a)

    A

    des temperatures plus elevees,

    ly

    aura acceleration de a degradation thermique

    cumulativee’isolationesonducteurs.ietteegradation se poursuit

    suffisamment oin, elle peut reduire la dur& de vie effective du ransformateur, en

    particulier si celui-ci est soumis

    B

    des courts-circuits du reseau.

    b)D’autresmateriauxsolants,insiue

    les

    conducteurs tertaines arties

    mecaniques, peuvent dgalementvieillir davantage

    B

    des temperatures plusOlevks.

    c) Pour des courants et des temperatures elev6s, il peut

    y

    avoir augmentation de la

    resistance de contact dans

    les

    changeurs de prises et, dans

    les

    cas extremes,

    il

    peut

    se produire un emballement thermique.

    d)Les jointsduransformateurpeuventdevenirplus fragiles desemperatures

    Olevees.

    Le risque

    B

    court terme disparaît normalement aprds retoure la charge au niveau normal

    mais, du point de vue de la fiabilit6, il peut avoir un impact plus important que les effets

    B

    long terme.

    Ce

    guide admet que la capacite de charge peut &re imitee

    B

    la fois par

    les

    effets de

    courte et de ongue duree. Les ableaux et

    les diagrammes sont etablis B partir de la

    methode traditionnelle d’evaluation de I’esperance de vie des proprietes mecaniques des

    isolants au papier

    e n

    fonction du temps et de la temperature, alors que les limitations sur

    les temperatures maximales de point chaud s’appuient sur des considerations de risque

    de defaillance immediate.

    1.4.2 Taille du

    transformateur

    La

    sensibilitedes ransformateursdesconditionsdechargesupbrieures

    B

    la valeur

    assigneedependhabituellementde eur aille.Lorsque la taille augmente,

    il

    y aune

    tendance vers:

    a) une augmentation de ¡‘induction de fuite;

    b) une augmentation des forces de court-circuit;

    c) une augmentation des volumes d’isolant sous contrainte di6lectrique;

    d) une plus grande difficult6 pour determiner correctement

    les

    temperatures de point

    chaud.

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    Services

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    I E C 3 5 4 71

    m

    4644871

    0509344

    33b W

    3540 EC - 15-

    have to circulate in regions where the stress is higher before any significant reduction

    in the dielectric strength occurs.

    Bare metal parts which are not in direct thermal contact with major organic insulation,

    but are

    in

    contact with the oil in the transformer, may rapidly rise to hight temperature.

    180

    OC

    should not be exceeded.

    b) Temporary deterioration of the mechanical properties at higher temperatures could

    reduce the short-circuit strength.

    c) Pressure build-up in the bushings may result in a failure due to oil leakage. Gassing

    in

    the bushings may also occur i f the emperature of he nsulation exceeds about

    140

    C.

    d) The expansion of the oil could cause overflow of he oil

    in

    the conservator.

    e) Breaking of excessively high currents n the tap-changer could be hazardous.

    1.4.1.3

    Long-term

    r isks

    a)Cumulative hermaldeterioration of themechanicalproperties of theconductor

    insulation will accelerate at higher emperatures. If this deteriorationproceeds ar

    enough, it may reduce the effective life of the transformer, particularly 'if the latter is

    subjected to system short circuits.

    b) Other insulation materials,aswell as structural parts and the conductors, could also

    suffer ageing at higher temperature.

    c) The contact-resistance of the tap-changers could increase at elevateci currents and

    temperatures and, in severe cases, thermal runaway could take place.

    d)Thegasketmaterials in the ransformermaybecomemore brittle at elevated

    temperatures.

    The short-term risk normally disappears after the loads reduced to normal level but. from

    the point of view of reliability, i t may have a'more significant impact than ong term effects.

    This guide recognizes that the loading capability could be restricted both by the short-time

    and he ong-timeeffects.The ablesanddiagrams are calculatedaccording o he

    traditional methods of determining the life expectancy of the mechanical properties of the

    papernsulation as affected by time andemperature,while the limitations on the

    maximumhot-spot emperaturesarebasedonconsiderations of the risk of immediate

    failure.

    1.4.2 Transformer

    size

    The sensitivity of transformers o oading beyond nameplate rating usually depends on

    their size.

    As

    the size increases, the tendencys that:

    a) the leakage flux density will increase;

    b) the short-circuit forces increase;

    c) the volumes of dielectrically-stressed insulation increase;

    d) the hot-spot temperatures are moredifficult to determine correctly.

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    - 16- 3540 E1

    Un grand transformateur peutainsi &re plus vulnerable

    h

    la surcharge qu'un appareil plus

    pet i t . En outre,

    les

    consequences d'une defaillance de transformateur sont plus graves

    dans le

    cas

    des appareils de grande aille que dans le cas des plus petits.

    Encons4quence, afin de conserver un degr6 de risque raisonnable pour les services

    attendus, ce guide considere rois categories:

    a) transformateurs de distribution, pour esquels on ne doit prendre en consideration

    que la temperature du point chaud et a degradation thermique;

    b) transformateurs de moyenne puissance, où les effets du flux de fuite sont reconnus

    comme non critiques, mals où il faut tenir compte des differents modes de refroidis-

    sement;

    c) transformateurs de grande puissance, pour lesquels les effets du flux de fuite sont

    importants et

    es

    conskpences d'une defaillance graves.

    1.4.3

    Limitations

    de

    courant et

    de

    temperature

    En

    cas

    de fonctionnement au-del8 des valeurs de charge de a plaque signaletique,

    il

    est

    recommande de ne pas depasser es limites donnees dans le tableau 1 et de tenir tmmpte

    des limitations specifiques definies en1.5

    B

    1.7.

    Tableau 1 - Limites de courant et de temperature applicables en conditions

    de charge superieures aux valeurs assignees

    Typesdecharge

    Rbglme de charge cyclique normal

    courant

    @-u.)

    Temph tu re du point chaud et

    des

    parties

    metalliquesen

    contact

    avec les

    isdents

    sob (OC)

    T s m p h t u r e

    de

    huae & la partiesgMeure W )

    R6glme de charge cycllque de bbcours

    de ongue dur&

    courant

    @-u-)

    T e mp h t u r e du point chaud etdes parlies

    metalliques en

    contact

    avec

    les

    isolants

    solides

    ( C)

    Temph tu re de 'huile & lapartiesupMeure

    ( C)

    Rhlrne

    de

    charge de secours e courte ur&

    courant

    @.u.)

    Temph tu re du point chaudet des parties

    dtaques

    e n

    contactavec

    les

    isolants

    solides CC)

    T a n p h h m

    de 'huile

    &

    la parties w e u r e ("c)

    T

    ded isWuth

    140

    130

    115

    160

    115

    I

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    - 18- 354

    O

    CE1

    1.5 Llmltatlons spdclflques pour les transformateurs de dlstrlbutlon

    1.5.1

    Limitation de puissance

    Cet article concerne les transformateurs de distribution jusqu'B

    2

    500 kVA, comme defini

    en

    1.3.1.

    1.5.2 Limitations de courant et de tem perature

    II

    convient de ne pas depasser les limites de courant de charge, de temperature du point

    chaud et de temperature de l'huile B la partie superieure indiquees dans le tableau

    1.

    En

    regime de secours de courte duree, aucune limite n'a et6 dtablie pour la temperature de

    l'huile B la partie superieure ni pour celle du point chaud car, dans

    le

    cas des transfor-

    mateurs de distribution, il est gendralement mpossible, dans la pratique, de contrbler la

    dur& des regimes de secours.

    li

    y a lieu de remarquer que, lorsque

    le

    point chaud atteint

    des valeurs sup6rieures B 140

    OC

    - 160 OC des bulles de gaz peuvent se developper et

    compromettre la tenuedidlectriqueduransformateurvoir 1.4.1

    2:

    Risques coud

    terme).

    1.5.3

    Accessoires et autresconsiddrations

    En dehors des enroulements, d'autres parties du transformateur, telles quees travers6es,

    les

    tetes de able,

    les

    changeurs de prises et

    les

    connexions, peuvent limiter le fonction-

    nement si le courant de charge depasse 1,5 fois ia valeur assignee.

    La

    dilatation et la

    pression de l'huile peuvent egalement imposer des restrictions.

    1.5.4

    Transformateurspour ' int6rieur

    Quand

    les

    transformateurs sont utilises I'lnt6rieur, 'echauffement assigne de 'huile B la

    partie superieure doit &re corrige afin de tenir compte de 'enceinte. Cet echauffement

    supplementaire doit&re d6terminØ, de preference, au moyen d'un essai voir

    2.7.6).

    1.5.5

    Milieuambiantexterieur

    Le

    vent, le

    soleil

    et la pluie peuvent avoir certains effets sur la capacite de charge des

    transformateursdedistribution;mais,du fait de 'irregularitedeces acteurs,

    il

    serait

    irrealiste de les prendre en compte.

    1.6

    Limitations spbclflques pour les transformateurs de moyenne puissance

    1.6.1

    Limitationsdu egIrneassigne

    Cet article concerne

    les

    transformateursdont

    la

    puissanceassigneeestauplus

    egale B 100 MVA en riphase,auxquelss'appliquent es estrictionssur 'impedance

    mentionnees en 1.3.2.

    1.6.2

    Limitations de courant et de empd rature

    II

    convient de ne pas depasser les limites donnees dans le tableau 1 et portant sur

    le

    courant de charge, la temperature du point chaud, la temperature de 'huile B la partie

    sup6rieure et la temperature des parties mdtalliques autres que les enroulements et les

    connexions mais n6anmoins en contact avec de 'isolation solide. En outre, il y a lieu de

    remarquer que, lorsque

    le

    point chaud atteint des valeurs superieures

    B

    140

    *C -

    160 "C,

    des bulles de gaz peuvent se developper et compromettre la tenue di6lectrique du trans-

    formateur (voir

    1.4.1

    2 :

    Risques

    B

    court terme).

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    IEC 3 5 4 91 m

    4844893 0509348

    T 8 3 m

    354

    0 EC - 19-

    1.5 Specific Ilmltatlons' for dlstrlbutlon transformers

    1

    5.1 Ratingimitation

    This clause coversdistribution transformers up to

    2

    500

    kVA

    as defined in 1.3.1.

    1.5.2

    Currentand emp erature imitations

    The limits on load current, hot-spot temperature and top-oil temperature stated in table 1

    should not

    be

    exceeded.

    No

    limit is set for the top-oil and hot-spot emperature under

    short-time emergency oading because it is usually impracticable to control the duration of

    emergency loading on distribution transformers. It should be noted that, when he hot spot

    reaches emperatures above 140 OC to 160 "C, gas bubbles may develop which could

    jeopardize the dielectric strength of the transformer

    (see

    1.4.1.2, Short-term risks).

    1.5.3 Accesso ry and other considerations

    Apart rom hewindings,otherpartsof the transformer,suchasbushings,cable-end

    connections, tap-changing devices and leads, may restrict the operation with load currents

    exceeding 1.5 times the rated current. Oil expansion and oil pressure could also mpose

    restrictions.

    1.5.4 lndoorransformers

    When ransformers are used ndoors, a correction has to be made to the rated topoil

    temperature

    rise

    to take account of the enclosure. Preferably, this extra temperature rise

    should be determined by a test see 2.7.6).

    1

    5.5

    Outdoorambientcondi t ions

    Wind, sunshine and rain may have some effects on the loading capacity of distribution

    transformers, but their unpredictable nature makes it impracticable to take these factors

    into account.

    1.6

    Specific ilmitatlons for medium power transformers

    1.6.1 Ratingimitations

    This lause overs owerransformers p to 100 MVA,hree-phase, avinghe

    impedance restrictions referred to in 1.3.2.

    1.6.2 Currentand em perature imitations

    The limits on load current, hot-spot temperature, top-oil temperature and temperature of

    metallic parts other than winding and leads but nevertheless in contact with solid insulat-

    ing material, stated in table 1 should not be exceeded. Moreover, it should be noted that

    when hehotspot eaches emperaturesabove140 * C to160 C, gasbubblesmay

    develop which could eopardize the dielectric strength of the ransformer (see 1.4.1.2,

    Short-term risks).

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    I E C 354 91 m 4844891 0509349 918

    m

    - 2 0 -

    354O

    CE1

    1.6.3 Accessoires, m atdtfd s associds et autres considdrat ions

    Les enroulements mis & part, certaines parties du transformateur comme

    les

    traversees,

    les tetes de cable, es changeurs de prises etes connexions peuvent conduire& limiter le

    fonctionnement en condition de charge superieure B environ 1,5 fois

    le

    courant assigne.

    La

    dilatation et la pression de l’huile peuvent dgalement imposer des restrictions.

    I I

    peut

    aussi alloirprendre en consideration

    les

    materielsassocies els que

    les

    cables, les

    disjoncteurs, les transformateurs de courant, etc.

    1.6.4 Exigences de tenue

    au

    court-circuit

    Lors d’un fonctionnement en condition de charge superieure la valeur assignee, ou juste

    ap rb un tel fonctionnement, les transformateurs peuvent ne pas satisfaire aux exigences

    de tenue thermique au court-circuit specifiees dans a CE1 76-5 et fondees sur une duree

    de court-circuit de 2 s. Toutefois, en exploitation, dans la plupart des cas, la durde des

    courants de court-circuit est inferieure2 s.

    1.6.5

    Limitations

    de

    tension

    Sauf s’il existe d’autres limitations poure reglage & flux variable (voir CE176-4, articles 3,

    4 et 5),

    il y

    a lieu que la tension appliquee ne depasse pas 1,O5 fois la tension assignee

    (prise principale) ou a tension de prise (autres prises) surun quelconque enroulement du

    transformateur.

    1.7 Llmltatlons spdclflques pour

    les

    transformateurs de grande puissance

    1 7.1 Gdndrai i tds

    Four

    les

    transformateurs de grande puissance, des limitations suppl6mentaires, principa-

    lement associees au flux de fuite, doivent &re prises en consideration. Dans ce cas l est

    donc conseille de specifier, au moment de l’appel d’offres et dea commande, la valeur de

    la capacite de charge requise pour des applications specifiques (voir l’annexe C).

    En ce qui concerne la degradation thermique des solants, la meme methode de calcul

    s’applique B tous

    les

    transformateurs. Toutefois,

    il

    est recommande d’utiliser un calcul

    informatique fonde sur les caracteristiques thermiques rhlles du transformateur consi-

    dere, plut8t que sur les tableaux de charge decrits en section.

    En ’btat actuel des connaissances, ’importance d‘une haute fiabilite pour les grandes

    unites enaisondes onsequencesd’unedefaillance,ainsique les consid6rations

    suivantes, endentpreferabled’adopter ici uneapprocheplusconservatriceetplus

    specifique que pour les plus petites unites.

    a) La combinaison du flux de fuite et du flux principal dans

    les

    noyaux ou

    les

    culasses

    du circuit magnetique rend les grands ransformateurs plus vulnbrables aux surexci-

    tations que les transformateurs plus petits, en particulier lors de conditions de charge

    superieure & la valeur assignee. L‘augmentation du flux de fuite peut egalement causer

    unØchauffement additionnelarourants deoucaultans’autresieces

    mØtalliques.

    b)Lesconsequencesde la degradation des proprietes mecaniques des solants en

    fonctionde la temperatureetdu emps, y compris la fatiguedue & la dilatation

    thermique,peuvent&replusgravespour les grandsquepour

    les

    petitsrans-

    formateurs.

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    I E C 3 5 4 91

    m 4844891 0509350 b3T

    m

    354

    0

    EC -

    21 -

    1.6.3 Accesso ry, associated equipment and other considerations

    Apart rom hewindings,otherpartsof he ransformer,such as bushings,cable-end

    connections, ap-changingdevicesand eadsmay restrict theoperationwhen oaded

    above about 1 3 imes the rated current. Oil expansion and oil pressure could

    also

    impose

    restrictions. Consideration may also have to be given to associated equipment such as

    cables, circuit-breakers, current transformers, etc.

    1.6.4 Short-c i rcui twi thstand equirements

    During or directly after operation at load beyond nameplate rating, transformers may not

    comply with the thermal short-circuit requirement,

    s

    specified in

    IEC

    76-5, which is based

    on a short-circuit durationof 2 s.However, the duration of short-circuit currents in service

    is shorter than2

    S in

    most cases.

    1.6.5

    Vortageimitations

    Unlessother imitations for variable luxvoltagevariationsareknown

    (see IEC 76-4,

    clauses 3,4 and 5 ) the applied voltage should not exceed 1,05 times either the rated

    voltage (principal tapping) or the tapping voltage (other tappings) on, any winding of the

    transformer.

    1.7 Specific llmltations for arge power transformers

    1

    -7.1 General

    For large power transformers, additional imitations, mainly associated wi1:h the eakage

    flux, have to be taken nto consideration. It is therefore advisable in this case to specify, at

    the time of enquiry and order, the amount of loading capability needed in specific appli-

    cations

    (see

    annex

    C).

    As far as thermal deterioration of insulation is concerned, the same calculation method

    applies to all ransformers. However, it is ecommended that a computer calculation based

    on the actual thermal characteristics f the transformer under considerationbe used rather

    than the loading tables

    n

    section 3.

    According to present knowledge, the importance of the higheliability of large units in view

    of theconsequencesofa ailure, ogetherwith he ollowingconsiderations,make it

    advisable to adopt a more conservative, more ndividual approach here than for smaller

    units.

    a) The combination of leakage flux and main flux n the limbs or yokes of the magnetic

    circuit makes large transformers more vulnerable to overexcitation than smaller trans-

    formers, especially when oaded above nameplate rating. Increased eakage flux may

    also cause additional eddy-current heatingf other metallic parts.

    b) The consequences of degradation of he mechanical properties of nsulation as a

    function of temperature and ime, ncluding wear due to thermal expansion, may be

    more severe or large transformers than for smaller ones.

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    I E C 354 71 9 4844893

    0507351

    57b

    m

    c) Les temperatures de. pointchaudhorsdesenroulementsnepeuventpas Qtre

    obtenuesaumoyend’unessaid’echauffementnormal. MBme s’iln’apparattpas

    d‘anomalies lors d’un tel essai effectue au courant assigne, on ne peut neanmoins en

    tirer de conclusions pour des courants plus Oleves, a conception n’ayant pas forcement

    pris en compte cette extrapolation.

    d)

    Les

    calculs d’echauffement du point chaud d’enroulement pour des valeurs supe-

    rieures au courant assigne, sur la base des resultats d’un essai d’echauffernent au

    courantassigne, isquentd’Btremoins iablespour

    les

    grandsquepour les petits

    transformateurs.

    1.7.2

    Limitatlons de courant et de tempdrature

    II

    convient de ne pas depasser les limites donnees dans le tableau 1 pour le courant de

    charge, la temperature du point chaud, la temperature de l’huile

    h

    la partie superieure et

    la temperature des parties metalllques autres que

    les

    enroulements et

    les

    connexions

    mais neanmoins en contact avec de ’isolation solide. D e plus, il

    y

    a lieu de remarquer

    que, lorsque

    le

    point chaud atteint des valeurs superieuresh 140

    OC

    - 160

    OC,

    des bulles

    de gaz peuvent

    se

    developper et compromettre la tenue dielectrique du transformateur

    (voir 1.4.1.2: Risques

    h

    court terme).

    1.7.3

    Accessoires, matdn’els associds et autres considd rations

    Voir

    1.6.3.

    1.7.4 Exigences de enue au court-circuit

    Voir 1.6.4.

    1.7.5

    Limitationsde ension

    Voir 1.6.5.

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    I E C

    354 91 m 4844891 0509352

    402 m

    354OIEC -23-

    c)Hot-spot emperatúresoutside hewindingscannotbeobtained fromanormal

    temperature-rise test. Even if such a test at rated current indicates no abnormalities, it

    is not possible to draw any conclusions for higher currents sincehis extrapolation may

    not have been takennto account at the design stage.

    d) Calculation of the winding hot-spot temperature rise at higher than rated currents,

    based on the results of a temperature-rise test atated current, may be less reliable for

    large units than for smallernes.

    1.7.2 Currentand em perature imitations

    The oad current, hot-spot temperature, top-oil temperature and temperature of metallic

    partsother hanwindingsand eadsbutnevertheless in contact with solid nsulating

    material should not exceed the limits stated in table 1. Moreover, it should be noted that,

    when thehotspot eaches emperaturesabove140 OC to160

    C,

    gasbubblesmay

    develop which could eopardize he dielectric strength of the ransformer (see 1.4.1.2,

    Short-term risks).

    1.7.3 Accesso ry, equipm ent and other considerations

    Refer to 1.6.3.

    1.7.4 Short-circuitwithstand equirements

    Refer to 1.6.4.

    1.7.5 Voitageimitations

    Refer to 1.6.5.

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    I E C 354 91 m 4844871 0509353 347

    m

    -24-

    Section

    2:

    Determination des temperatures

    2.1 Symboles

    2.

    l.

    Symboles

    de

    base

    354O CE1

    A

    i3

    DX

    H

    I

    K

    L

    R

    S

    TX

    V

    W

    t

    Z

    e

    7

    O N

    OF

    OR

    est l’amplitude de la variation annuelle de a temperature ambiante moyenne, en

    degres kelvin;

    est l’amplitude de

    la

    variation quotidienne, en degres kelvin;

    est le jour le plus chaud de I’annee;

    est le facteur de point chaud;

    est le courant de charge, en amperes;

    est

    le

    facteur de charge (courant e chargekourant assigne);

    est le vieillissement relatif pendant une certaine Periodee temps;

    est le rapport entre les pertes en charge au courant assignet les pertes9 vide;

    est la puissance assignee, en

    MVA;

    est l’heure la plus chaude de

    a

    journb;

    est la vitesse relative de vieillissement;

    est le nombre de noyaux bobines;

    est

    la

    dlff6rence de temperature entre l’enroulementet l’huile, en degres kelvin;

    est un mois de I’annee (utilise dans les calculs de vieillissement et de point chaud

    sur une annee entibre);

    est la duree de a surcharge dans e profilde charge rectangulaire, en heures;

    est I’impedance de court-circuit, en pourcentage;

    est

    la

    temperature, en degres Celsius;

    est la constante de temps;

    indique un mode de refroidissement

    ONAN

    ou

    ONAF;

    indique un mode de refroidissementOFAFou OFWF;

    indique un mode de refroidissement ODAF ou ODWF.

    2.1

    -2

    Prefixes

    A

    indiqueunechauffement par apport la temperatureambiante).

    2.1.3 Exposants

    de l’huile;

    d’enroulement;

    x est‘exposantesertesotalesans’expressiononnantMchauffement

    y

    est ’exposant du facteurdechargedans’expressiondonnant ’6ChaUffem8nt

    ’ est relatif a la temperature du point chaud en mode de refroidissement OD.

    International Electrotechnical ommission

    Services

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    IEC 3 5 4

    91

    4844893 0503354

    285 W

    354

    O

    EC

    2.1

    Symbols

    2.1.1

    Basicymbols

    -25-

    Sectlon

    2:

    Determination of temperatures

    A

    is the amplitude

    of

    yearly variation of daily mean ambient temperature in kelvins;

    B is the amplitude of daily variation

    of

    ambient temperature n kelvins;

    DXis the hottest day

    of

    a year;

    H

    is the hot-spot factor;

    l is the oad current in amperes;

    K is the load factor (load currenthated current);

    L

    is the relative ageing over a certain period of time;

    R

    is the ratio of load losses at rated current to no-load losses;

    S is the power in MVA;

    TX is the hottest hour f a day;

    V

    is the relative ageing rate;

    W

    is the number of wound limbs;

    g is the winding to oil temperature difference in kelvins;

    j

    is amonthof a year (used in ageing and hot-spot calculations over a complete

    t

    is the duration

    of

    the peak load

    in

    the rectangular load profile in hours;

    z is the short-circuit impedance n per cent;

    9

    is the temperature in degrees Celsius;

    7

    is the ime constant;

    ONindicates either ONAN or ONAF

    ool ing;

    OFindicates either OFAF r OFWF cool ing;

    ODindicates either ODAF or DWF

    cooling.

    Y

    ear);

    2.1.2 Prefixes

    A

    indicates a temperature ise (in regard to ambient temperature).

    2.1

    .3

    Exponents

    x is

    the exponential powerof total losses versus oil temperature rise;

    y is the exponential power of current versus winding temperature

    ise;

    ’ applies to hot-spot temperature on

    OD

    cooling.

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    30/162

    21.4

    E

    M

    W

    a

    h

    m

    O

    r

    t

    Y

    2.1.5

    i

    im

    b

    O

    -26-

    Indices (gt#nt#ralitt#s)

    354

    O CE1

    correspond

    B

    la temperature ambiante ponderbe;

    correspond B la temperature ambiante poure calcul du point haud;

    correspond

    B

    l’enroulement;

    correspond

    B

    l’air ambiant (temperature);

    correspond au point chaud (temperature);

    correspond au facteur utilise dans le calcul de la temperature maximale du point

    chaud;

    correspond

    B

    l’huile;

    indique une valeur assignee (lorsqu’il est utilise, ce suffixe est toujourse dernier);

    correspond & une temperature ou un Bchauffement au temps;

    correspond & une valeur annuelle.

    Indices sp&ifiques relatifs A la tempdrature de l’huile

    (lorsqu’un de ces suffixes est utilise,

    l

    est toujours e premier)

    correspond

    B

    l’huile

    B

    I’interieur des enroulements, la partie supbrieure;

    correspond

    B

    la temperature moyenne de l’huile danses enroulements;

    correspond B l’huile en bas de a cuve, du bobinage ou du refrigerant;

    correspond

    B

    l’huile dans a partie superieure de la cuve;

    om correspond B la temperature moyenne de l’huile dans la cuve;

    e correspond

    B

    l’huile dans la partie superieure du refrigerant;

    em

    correspond

    B

    la temperature moyenne dans le refrigerant;

    bt correspond

    B

    la temperature de l’huile au bas de la cuve au temps t ;

    bi correspond

    B

    la temperature initiale de ’huile en bas de la cuve;

    bu correspond B la temperature ultime de l’huile en bas de la cuve.

    2.2 Mesure dlrecte de la temperature du polnt chaud

    Lors de la charge d’un ransformateur, la limitation la plus critique est la temperature

    atteinte dans a zone la plus chaude de l’enroulement; l faut s’efforcer de determiner cette

    temperature avec prbcision.

    La

    mesure directe

    B

    l’aide de sondes

    Q

    fibres optiques ou de

    dispositifssimilaires)passemaintenant petit & petit enpratique. De telles mesures

    devraient ameliorer la determination de la temperature du point chaud par rapport aux

    methodes de calcul mentionnees en2.4.

    2.3

    Caractdrlstlques hermiques supposdes

    2.3.1

    Simplifications apportØes

    II ne faut pas oublier que es formules donnees dans ce guide s’appuient sur plusieurs

    simplifications. On fait l’hypothhse d’un diagramme thermique tel que celui represente sur

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    354

    0

    EC

    2.1.4 Suffixes (generàl)

    -27-

    E relates to weighted ambient temperature;

    M relates to ambient temperature for hot-spot calculation;

    W

    relates to winding;

    a relates to ambient (temperature);

    h relates to hot spot (temperature);

    m relates to factors used to calculate maximum hot-spot temperature;

    o

    relates to oil;

    r indicates rated quantity (if used, always the last suffix);

    t relates to temperature or temperature rise at time

    t ;

    y ndicatesyearlyquantity.

    2.1.5 Specific suffixes relating to oi l temp eratures

    (if used, always the first suffixes)

    i

    relates to oil n winding, at top;

    im relates to oil

    n

    winding, average;

    b relates to oil inwinding, in tank or in heat exchanger, at bottom;

    o relates to oil in ank, at top;

    om relates to oil inank, average;

    e

    relates to oil

    in

    heat exchanger, at top;

    em relates to oil in eat exchanger, average;

    bt relates to bottom oil temperature after time

    r;

    bi relates to initial bottom oil temperature;

    bu relates to ultimate bottom oil temperature.

    2.2

    Direct measurement of hot-spot temperature

    The most critical limitation in the oading of a transformer is the temperature reached in

    the hottestarea of the windingandevery

    effort

    shouldbemade to determine this

    temperature with accuracy. Direct measurementwith fibre-optic probes or similar devices)

    is now becoming available. Such measurements should mprove the determination of the

    hot-spot temperature as compared o the calculation method outlined n 2.4.

    2.3

    Assumed thermal characteristics

    2.3.1

    Sinylif ications

    made

    It should be borne in mind that the formulae given in this guide are based om a number of

    simplifications.

    A

    thermal diagram is assumed, as shown in figure 1, on the understanding

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    I E C 3 5 4

    91

    4 8 4 4 8 9 1

    0509357

    T 9 4 m

    -28- 354

    O CE1

    la figure 1, &ant entendu qu’un tel diagramme n’est que la simplification dune distribution

    plus complexe. On a donc suppose

    es

    simplifications suivantes:

    a) la temperaturede ’huile B I’interieurdesenroulementsaugmenteineairement

    depuis le bas jusqu’au sommet, quel que soit

    e

    mode de refroidissement;

    b) I’Øchauffement du conducteur

    le

    long de l’enroulement dans

    le

    sens ascendant croît

    lin6airement, paralWement B I’echauffement de l’huile, avec une difference constanteg

    entre

    les

    deux droites (9 ettant la difference entre I’echauffement moyen par resistance

    et 1’9chauffement moyen de l’huile);

    c) ’Øchauffementdu point chaudestsuperieur

    h

    I’echauffementduconducteurau

    sommet de l’enroulement, comme le montre la figure 1, car une marge est necessaire

    pour ’accroissementdespertessupplementaires.Pour enircomptedecesnon-

    linearites on prend, comme difference de temperature entre

    le

    point chaud et l’huile au

    sommet de ’enroulement, ’expression Hg. Ce facteur H peut varier de 1’1 B 1 3 sui-

    vant la taille du ransformateur, ’impedancedecourt-circuitet la conceptionde

    l’enroulement.Pour etablir es ableaux et igures de la section

    3,

    ona utilise une

    valeur de

    1’1

    dans

    le

    cas des transformateurs de distribution et de 1’3 dans le

    cas

    des

    transformateurs de moyenneet de grande puissance.

    Sommet de l’enroulement

    Huile

    B

    la partie

    supbrieure

    -”””

    I

    i

    f

    I

    I

    I Foint

    I /

    haud

    Huile

    Moyenne de

    l’enroulement

    Bas

    de l’enroulement

    bas I

    I

    I -

    Echauffements

    Figure 1 - Diagramme thermique

    2.3.2 La temperature de l’huile B la partie superieure, telle qu’elle est mesurbe lors d’un

    essai d’echauffement, diffhre de la temperature de l’huile sortant de l’enroulement. Cette

    difference est particulihrement marquee durant

    le

    regime transitoire qui suit l’apparition

    soudained’unechargedegrandeamplitude.En fait, ’huile

    il

    la partie superieure est

    unmelangededivers luxd’huileayantcircule le long Wou B I’exterieurdesdivers

    enroulements.

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    354O

    IEC

    -29-

    that such a diagram is' the simplification of a more complex distribution. The assumptions

    made ln this simplification are as follows:

    a) the oil temperature inside the windings increases linearly from bottom to top, what-

    ever the cooling mode;

    b) the temperature rise of the conductoratanypositionup the winding ncreases

    linearly, parallel to the oil temperature rise, with a constant difference

    g

    between the

    two

    straight lines (9 being the difference between he average emperature rise

    by

    resistance and he average oil temperature rise);

    c) the hot-spot temperature rise is higher than the temperature rise of the conductor at

    the top of the winding as shown in figure 1 because allowance has to be made for the

    increase

    in

    stray losses. To take account of these non-linearities, the difference

    in

    tem-

    perature between the hot-spot and theil at the top of the winding

    s

    made equal to

    Hg.

    This H factor mayvary rom 1, l

    to

    1,5 depending on ransformer sire, short-circuit

    impedance and winding design. For the production of tables and figures in section

    3, a

    value of

    1,l

    has been used for distribution transformers and 1,3 for medium and large

    power transformers.

    Top

    of

    winding

    - 4

    ot-Spot

    Top

    oil

    l

    I

    I

    I

    I

    I

    I Average winding

    -

    Average oil Q I

    I

    I

    l

    I

    I

    I

    Bottom oil I

    Bot t om

    of

    winding

    ~

    r

    -

    I

    c

    I Temperature rise

    Figure

    1 -

    Thermal diagram

    2.3.2

    The top-oil temperature,

    as

    measured during a emperature-rise est, differs from

    the temperature of the oil leaving the winding. This is especially

    so

    during ,the transitory

    period following inception of a sudden load

    of

    large magnitude.

    In

    fact, the top oil is a

    mixtureofvarious oil flowswhichhavecirculatedalongand/oroutside the various

    windings.

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    IEC

    354

    91

    m 4844891

    0509359

    B b 7

    -30- 354O CE1

    En refroidissement

    ON,

    la difference entre les enroulements principaux est normalement

    faible. On prend comme temperature de l’huile au sommet de l’enroulement, quel que soit

    l’enroulement, la temperature du melange d’huile

    &

    la partie superieure de a cuve.

    Par contre, dans le

    cas

    des refroidissements

    OF

    et

    OD,

    on prend comme temperature de

    l’huile au sommet d’un enroulement a temperature de l’huileen bas majorbe du double de

    la difference entre la temperature de l’huile moyenne

    B

    I’interieur de l’enroulement consi-

    dere et a temperature de l’huile en bas.

    Du fait des differences dans la distribution du debit d’huile, il faut traiter separement les

    differents modesde efroidissement.Dans

    le cas

    des ransformateurs

    ON

    et

    OF,

    on

    suppose que la circulation de ’huile dans ’enroulement est regie par le thermosiphon,

    alors que dans e cas des transformateurs

    OD

    a vitesse de l’huile est fixbe principalement

    par la pompe et ne depend donc pas

    e

    la temperature de l’huile.

    2.3.3

    Dans le cas des transformateurs

    OF

    et OD,

    il

    y a lieu de determiner la temperature

    de l’huile moyenneaumoyende la meilleure methode disponible, car

    le

    calcul de la

    temperaturedupointchaud endependdirectement.La

    CE1 76-2

    specifieplusieurs

    methodes acceptables pour donner une valeurui est utilisee seulement

    pour

    obtenir Cer-

    taines Corrections

    &

    appliquer

    &

    I’bchauffement moyen de l’enroulement. Dans

    le

    cadre du

    present guide, la methode donnee en variante (voir annexe

    B )

    pour deduire des resultats

    d’essais la temperature de l’huile moyenne est preferee.

    2.3.4

    Comme la constantede empsdesenroulementsesthabituellement rescourte

    (5 min

    B 1

    O min), eile n’a qu’un effet limite sur la temperature du point chaud, mbme

    lors

    de courtes surcharges de valeur Olevee.

    ta

    durde de charge la plus courte consideree

    dans les tableaux de charge est de

    30

    min (section

    3)’

    on prend pour

    es

    calculs une cons-

    tante de temps dgaleQ

    zØro.

    2.3.5

    Pour calculer I’echauffement du point chaud en regime continu, cyclique ou autre,

    on peut obtenir es caracteristiques thermiques

    &

    partir de differentes sources:

    a) resultatsd’unessaid‘echauffementspecialcomprenant la mesuredirectede la

    temperature du point chaud ou de a temperature de l’huile au sommet

    &

    I’interieur des

    enroulements (en ’absence d’une mesure directe du point chaud,

    le

    facteur de point

    chaud H ne peut &re fourni que pare constructeur);

    b) rhsultats d’un essai d’echauffement normal;

    c) echauffements supposes au courant assigne.

    Le

    tableau

    2

    donne des exemples de caracteristiques thermiques qui ont et6 utilisees pour

    etablir

    les

    tableaux de charge de la section 3 de ce guide.

    Il

    aut noter que, dans le cas

    desgrands ransformateursdepuissance, si Wchauffementmoyend’enroulementau

    courant assigne se trouve& la limite de

    65

    K

    en refroidissement ON et OF,et de 70 K en

    refroidissement OD,

    il

    est possible, suivant la conception,que1’9chauffementdu point

    chaud au courant assigne depasse

    78

    K.

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    35/162

    354O IEC - 31-

    For

    ON

    thedifferencebdtween hemainwindings is normally not important.The oil

    temperature at the top of the winding s, for all windings, taken as equal tlo the tempe-

    rature of the mixed op oil in the tank.

    For OF and OD cooling, on the other hand, the oil temperature at the top o1 a winding is

    taken to be the bottom

    oil

    temperature plus twice the difference between the average oil

    temperature inside that particular winding and the bottom-oil temperature.

    The different types of cooling have to be treated separately because of the differences in

    the oil flow.For ON and OF ransformers it is assumed hat he oil circulation

    in

    the

    winding is dictated by the thermal head while for

    O D

    ransformers the rate of flow of the oil

    is mainly governed by he pump and thus s not dependent on theoil temperature.

    2.3.3

    For OF and

    OD

    transformers, the average oil temperature should be determined by

    the best available method, since the hot-spot temperature calculation s directly dependent

    on

    it. IEC

    76-2 specifies a number of acceptable methods for providing a value that is

    used only to detive certain corrections to be applied to the average winding temperature

    rise. For the purpose of this guide, he alternative method or deriving the average oil

    temperature from test results is preferred

    (see

    annex

    B).

    2.3.4

    A s

    the time constant of windings is usually very short (5 min to 10 min), it has only

    a limited effect on the hot-spot temperature, even under short loads of high values. Since

    the shortest peak load duration considered in the loading tables is 30 min (section 3), the

    time constant s taken as equal to zero

    in

    the calculation.

    2.3.5

    In order to calculate the hot-spot temperature rise under continuous, cyclic or other

    duties, different sources of thermal characteristics can be used:

    a) results of a special temperature-rise est ncludi