Общие определения

Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется посредством естественной конвекции воздуха и частичного лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Условно принято обозначать естественное охлаждение при открытом исполнении С, при защитном исполнении — СЗ, при герметичном исполнении СГ, с принудительной циркуляцией воздуха (дутьем) — СД.

Допустимое превышение температуры обмотки сухого трансформатора над температурой окружающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677—85 должно быть не больше

• 60 °С для класса А,
• 75 °С — для класса Е,
• 80 °С — для класса В,
• 100 °С — для класса F,
• 125 °С — для класса Н

Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому применяется для трансформаторов мощностью до 1600 кВ А при напряжении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16000 кВА. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается маслу, циркулирующему по баку и радиаторам, а затем — окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора в соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +95°С.

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформатора снабжают ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещают вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов осуществляется автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% от номинальной, а температура верхних слоев масла не более 55 °С, а также независимо от нагрузки при отрицательных температурах окружающего воздуха и температуре масла не выше 45 °С (ПТЭ). Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе трансформатора с номинальной нагрузкой 95 °С.

Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 80 000 кВА.

Схема системы охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла:
1 — бак трансформатора; 2 — радиаторы охладителя; 3 — вентилятор обдува

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ) применяется для трансформаторов мощностью 63000 кВА и выше. Охладители состоят из тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители. Благодаря высокой скорости циркуляции масла, большой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Такая система охлаждения позволяет значительно уменьшить габаритные размеры трансформаторов. Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

Схема масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители: 1 — бак трансформатора; 2 — масляный электронасос; 3 — адсорбционный фильтр; 4 — охладитель; 5 — вентилятор обдува

Масляно-водяное охлаждение трансформаторов с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как охлаждение ДЦ, но в отличие от последнего охладители в этой системе состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло. Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать 70 °С. Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях в этом случае должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа (2 Н/см2). Эта система охлаждения эффективна, но имеет довольно сложное конструктивное исполнение и поэтому применяется для мощных трансформаторов (160 MBА и более).

 

 

Литература:

1. http://velta-c.ru/catalog/ab/transformator/

 

Наибольшее распространение получили трансформаторы с естественным масляным или воздушным охлаждением (трансформаторы с воздушным охлаждением активных частей называются «сухими» трансформаторами).
В трансформаторах с естественным масляным охлаждением активные части (обмотки, магнитопровод), являющиеся источниками тепла, устанавливаются в баке, заполненном трансформаторным маслом. Тепло, выделяющееся в обмотках и магнитопроводе, передается через их наружную поверхность охлаждающему маслу. Нагретое масло имеет меньшую плотность, чем холодное масло вблизи стенок бака. Возникает конвективная циркуляция масла в баке. Около нагретых частей оно движется, постепенно нагреваясь, вверх; около стенок бака, постепенно охлаждаясь и отдавая запасенную тепло через стенки бака окружающему воздуху, — вниз (рис. 1).
В установившемся режиме в каждом горизонтальном сечении устанавливается такое распределение температуры (рис. 2), при котором превышение температуры магнитопровода и обмоток над маслом, с одной стороны, и превышение температуры масла над окружающим воздухом, с другой стороны, оказываются достаточными для того, чтобы все тепло, выделяющееся в активных частях, передавалось за счет конвекции маслу и от масла к стенкам бака, а затем от наружной поверхности стенок бака путем конвекции и теплового излучения к окружающему воздуху.

Рис. 1. Изменение температуры по высоте трансформатора:
1 — температура масла; 2 — температура стенок бака; 3 — температура обмотки; 4 — температура магнитопровода

Как видно из рисунка, внутри магнитопровода, обмоток и стенки бака благодаря большой теплопроводности металлов, из которых они изготовлены, температура изменяется незначительно. Значительно большие перепады температуры наблюдаются в изоляции обмоток и при передаче тепла от магнитопровода и наружной поверхности изоляции обмоток к маслу и от масла к стенкам бака. Особенно велик перепад температуры между наружной поверхностью стенки бака и окружающим воздухом.
С увеличением мощности трансформатора возникают затруднения с отведением тепла от наружной поверхности бака. Это связано с тем, что потери в трансформаторе, приходящиеся на единицу поверхности, возрастают пропорционально первой степени линейного размера.
Для сохранения превышения температуры на допустимом уровне поверхность охлаждения искусственно увеличивают, устраивая каналы в магнитопроводе и обмотках и размещая на боковых стенках бака охладители или радиаторы (рис. 3). Циркуляция масла через радиаторы в трансформаторах с естественным охлаждением происходит за счет конвекции.

Рис. 2. Распределение температуры в горизонтальном сечении масляного трансформатора с естественным охлаждением

Рис. 3. Охлаждающий радиатор

Рис. 4. Вентиляторы, обдувающие радиатор

В сухом трансформаторе с естественным воздушным охлаждением активные части омываются окружающим воздухом. Воздух удаляет тепло из трансформатора за счет конвекции; некоторая часть тепла отводится за счет теплового излучения.
В крупных трансформаторах применяется масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла. В таких трансформаторах охлаждающие радиаторы обдуваются вентиляторами с индивидуальным приводом (рис. 4). Дополнительное улучшение охлаждения достигается применением принудительной циркуляции масла в трансформаторе, которая осуществляется специальными насосами с электрическим приводом. Система охлаждения, в которой сочетается дутье с принудительной циркуляцией масла, называется масляной с дутьем и принудительной циркуляцией масла. Еще большая интенсификация теплоотвода достигается в масляно-водяных системах охлаждения с естественной или принудительной циркуляцией масла. При естественной циркуляции масла водомасляные теплообменники размещаются на стенках бака; при принудительной — устанавливаются отдельно. Масляно-водяные системы охлаждения требуют много проточной воды и применяются на гидростанциях, где она имеется.