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-
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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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~~
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
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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
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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
International Electrotechnical ommissionPYRIGHT International Electrotechnical Commissioncensed by Information Handling Services
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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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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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-
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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.
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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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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.
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- 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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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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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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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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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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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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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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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
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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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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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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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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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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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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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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.
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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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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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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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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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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
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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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-
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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