Тепловые характеристики и тепловые процессы в трансформаторе

 При работе трансформатора  часть  электрической энергии расходуется на потери,превращается в тепло и расходуется в окружающую среду. Основными источниками тепла являются обмотки (потери в них составляют примерно 80% всех потерь),магнитная система и элементы конструкции.
  При выделении тепла трансформатор нагревается, и температура его отдельных частей может значительно превысить температуру окружающей среды. Нагрев трансформатора — основная причина, ограничивающая его мощность при нагрузке. Действительно, элементы металлоконструкций трансформатора могут выдерживать без повреждений довольно большие температуры в отличие от изоляции, особенно бумажной (класса А), широко применяемой в трансформаторах. Бумажная изоляция, находясь длительное время под воздействием высокой температуры, теряет эластичность, становится хрупкой и разрушается даже от незначительных механических усилий, возникающих при эксплуатации, что приводит к потере электрической прочности и выходу трансформатора из строя. Чем выше температура обмоток, тем интенсивнее происходит старение ее изоляции. Повышение температуры обмоток на 8° С примерно вдвое сокращает срок службы изоляции. Если при длительной температуре обмоток 95°С срок службы трансформатора составляет 20—25 лет. то при температуре 95 + 8= 103° С — только 10—12 лет, а при 105° С — около 8 лет.

Заказать сухой трансформатор прямо сейчас!

Нормы нагрева масляных трансформаторов

Элементы трансформатора Превышение температуры град.С Метод измерения
Обмотки (класс нагревостойкости изоляции А):
-при .естественной циркуляции или принудительной с ненаправленным потоком масла
-при принудительной циркуляиии с направленным потоком масла
 65

 70

 По изменению сопротивления постоянному току
 Масло или другой жидкий диэлектрик в верхних слоях:
-исполнение герметичное или с расширителем;
-исполнение негерметичное без расширителя; 
 60
 55
 По термометру или термопаре
 Поверхности магнитной системы и элементов металлоконструкций  75  По термометру или термопаре

 

 

 

   

 

 

 

 

Превышения температуры отдельных элементов масляного трансформатора или трансформатора с жидким диэлектриком над температурой охлаждающей среды, воздуха или воды, при испытаниях на нагрев на основном ответвлении не должны превышать значений, указанных в таблице ♦.

   Превышение температуры отдельных элементов сухого трансформатора над температурой охлаждающей среды при испытаниях на нагрев на основном ответвлении не должны превышать указанных в таблице♦♦. 

Нормы нагрева сухих трансформаторов

Элементы трансформаторов Превышение температуры град.С Методы измерения
Обмотки классов нагревостойкости

A
E
B
F
H

Поверхность магнитной системы и элементов металлоконструкций

60
75
80
100
125

Не более чем допустимо для соприкасающихся с ними изоляционных материалов

По изменению сопротивления постоянному току

Термометором или термопарой

 

    
   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Однако не обязательно постоянно форсировать нагрузку, поддерживая в трансформаторе эти расчетные температуры, поскольку они установлены с учетом неизбежных суточных (и годовых) колебаний температуры окружающего воздуха и нагрузки, т. е. с учетом чередования в эксплуатации периодов наибольших и наименьших температур нагрева трансформатора.
     В тепловом отношении трансформатор представляет собой неоднородное тело: стальные листы магнитной системы, обладающие высокой теплопроводностью, чередуются с изоляционными прослойками, теплопроводность которых невелика. Точно так же обмотка трансформатора является сложным сочетанием проводникового материала (меди и алюминия), обладающего высокой теплопроводностью, с изоляционным материалом, который одновременно служит и электрической, и тепловой изоляцией.
   При работе трансформатора листы магнитной системы и обмоточный провод служат постоянными источниками тепловой энергии, поэтому в магнитной системе и обмотках происходит постоянная передача тепла от внутренних, более нагретых частей-наружным поверхностям, отводящим тепло. Трансформаторы изготовляют так, чтобы размеры этих поверхностей были достаточны.
    У трансформаторов мощностью в несколько киловольт-ампер наружной поверхности обмоток и магнитопровода достаточно для отвода того небольшого количества тепла, которое выделяется при их работе. Трансформаторы охлаждаются более холодным окружающим воздухом естественным излучением тепла. Специальных устройств для их охлаждения обычно не требуется .Трансформаторы, в которых основной охлаждающей и изолирующей средой является атмосферный воздух, называют воздушными. По мере увеличения мощности,потери в трансформаторе растут пропорционально его массе, т. е. приблизительно пропорционально кубу его линейных размеров. Поверхность же охлаждения увеличивается пропорционально квадрату линейных размеров, т. е. потери в трансформаторе растут быстрее, чем поверхность, отводящая тепло (согласно закону роста мощности).
    Начиная с некоторой мощности ,этой поверхности оказывается недостаточно, и для ее увеличения делают каналы между катушками обмоток и самими обмотками, открывая свободный доступ охлаждающему воздуху. Однако этих мер достаточно только для трансформаторов мощностью до 2500 кВА. Более эффективное средство для отвода тепла — использование минерального (трансформаторного) масла, сочетающего в себе  свойства изолирующего и теплоотводящего материалов. Трансформатор, в котором основной изолирующей средой и теплоносителем служит трансформаторное масло, называют масляным. Частицы масла, заполняющего масляный трансформатор, соприкасаются с горячими поверхностями, нагреваются, поднимаются вверх и отдают свое тепло через стенки и крышку бака окружающему воздуху. Охлаждаясь у стенок частицы масла движутся вниз,уступая место другим,более горячим.Такой способ теплопередачи называют конвекцией.
   Температура отдельных частей трансформатора неодинакова ,она изменяется по высоте бака и в сечении трансформатора.Применение трансформаторного масла в качестве теплоносителя очень эффективно.Теплоотдача с единицы поверхности при масляном охлаждении в 6-8 раз больше,чем при воздушном,поэтому необходимые для охлаждения поверхности обмоток и магнитопровода в масляных трансформаторах значительно меньше,чем в одинаковых по мощности воздушных.Однако поверхность бака при этом должна быть такой,чтобы температура масла не достигла предельной.Самый простой способ увеличения поверхности охлаждения-это увеличение размеров бака, но он не экономичен,поэтому увеличивают поверхность охлаждения за счет трубчатых теплообменников (радиаторов), устанавливаемых на баке. Теплоотдача с поверхности бака происходит  как через нагретые частицы воздуха,так и лучеиспусканием.
   Охлаждение частей масляного трансформатора естественной  конвекцией масла и воздуха,охлаждающего внешнюю поверхность бака с установленными на нем охладительными элементами,называют естественным масляным и применяют для трансформаторов мощностью 6300 кВА. В трансформаторах большей мощности используют другие системы с принудительным ускорением движения масла и охлаждающего воздуха или воды.
    Существует несколько способов принудительно охлаждения трансформаторов:
1.  Дутьевой. Увеличение скорости движения воздуха,охлаждающего бак и радиаторы вентиляторами. Вентиляторы создают принудительную циркуляцию воздуха вдоль наружных поверхностей радиаторов (дутье), увеличивая их теплоотдачу в 1,5-2 раза. Система дутьевого охлаждения эффективна и имеет важное преимущество: при отключении вентилятора, трансформатор может длительно продолжать работать с нагрузкой до 50-60% номинальной,с естественным масляным охлаждением.
2.  Циркуляционный. Состоит в принудительном увеличении скорости движения как масла ,так и воздуха.Обычно для таких систем применяют специальные охладители-теплообменники,в которых происходит передача тепла от масла к воздуху,при этом движение масла принудительно ускоряется электронасосом, а воздуха вентиляторами.Циркуляционная система значительно увеличивает теплоотдачу и имеет еще одно важное преимущество — благодаря компактной конструкции охладителей уменьшаются размеры трансформатора. Однако циркуляционные охладители эффективны только при одновременной работе насосов и вентиляторов. При необходимости уменьшения охлаждения (например при снижении нагрузки) обычно отключают целиком один или несколько охладителей.
3.  Масляно-водяной. Состоит в принудительной циркуляции масла через охладители,охлаждаемые водой. Для этой системы применяют специальные теплообменники-охладители, через трубки которых принудительно прокачивается нагретое масло; трубки находятся в полости с циркулирующей через нее охлаждающей водой. Масляно-водяное охлаждение более эффективно, чем другие виды охлаждения, что объясняется повышенной теплоотдачей от масла к воде. Поэтому такие системы еще компактнее, чем циркуляционные, поскольку обладают повышенным теплосъемом. Особенно эффективно направленное циркуляционное охлаждение, при котором масло проходит непосредственно по каналом внутри обмоток, между обмотками и в магнитную систему. Для обеспечения направленного движения масла в конструкции  предусматривают специальные щиты, перегородки и другие устройства.
К списку статей

Всего комментариев: 0

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.

Иконка левого меню
Иконка в правом меню