Теплові характеристики та теплові процеси у трансформаторі

   Перевищення температури окремих елементів сухого трансформатора над температурою охолоджуючого середовища при випробуваннях на нагрівання на основному відгалуженні не повинні перевищувати зазначених у таблиці ♦♦. 

    
   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однак не обов'язково постійно форсувати навантаження, підтримуючи в трансформаторі ці розрахункові температури, оскільки вони встановлені з урахуванням неминучих добових (і річних) коливань температури навколишнього повітря та навантаження, тобто з урахуванням чергування в експлуатації періодів найбільших та найменших температур нагрівання трансформатора.
     У тепловому відношенні трансформатор є неоднорідним тілом: сталеві листи магнітної системи, що мають високу теплопровідність, чергуються з ізоляційними прошарками, теплопровідність яких невелика. Так само обмотка трансформатора є складним поєднанням провідникового матеріалу (міді та алюмінію), що має високу теплопровідність, з ізоляційним матеріалом, який одночасно служить і електричною, і тепловою ізоляцією.

   При роботі трансформатора листи магнітної системи та обмотувальний провід служать постійними джерелами теплової енергії, тому в магнітній системі та обмотках відбувається постійна передача тепла від внутрішніх, більш нагрітих частин-зовнішнім поверхням, що відводять тепло. Трансформатори виготовляють так, щоб розміри цих поверхонь були достатньо.

    У трансформаторів потужністю кілька кіловольт-ампер зовнішньої поверхні обмоток і магнітопроводу достатньо для відведення тієї невеликої кількості тепла, яке виділяється при їх роботі. Трансформатори охолоджуються холоднішим навколишнім повітрям природним випромінюванням тепла. Спеціальних пристроїв для їх охолодження зазвичай не потрібно. Трансформатори, в яких основним охолоджуючим та ізолюючим середовищем є атмосферне повітря, називають повітряними. Принаймні збільшення потужності, втрати у трансформаторі зростають пропорційно його масі, т. е. приблизно пропорційно кубу його лінійних розмірів. А поверхня охолодження збільшується пропорційно квадрату лінійних розмірів, тобто втрати в трансформаторі зростають швидше, ніж поверхня, що відводить тепло (відповідно до закону зростання потужності).

    Починаючи з деякої потужності цієї поверхні виявляється недостатньо, і для її збільшення роблять канали між котушками обмоток і самими обмотками, відкриваючи вільний доступ охолодному повітрі. Однак цих заходів достатньо лише для трансформаторів потужністю до 2500 кВА. Більш ефективний засіб для відведення тепла - використання мінерального (трансформаторного) масла, що поєднує в собі властивості ізолюючого та тепловідвідного матеріалів. Трансформатор, в якому основним ізолюючим середовищем та теплоносієм служить трансформаторне масло, називають масляним. Частинки олії, що заповнює масляний трансформатор, стикаються з гарячими поверхнями, нагріваються, піднімаються вгору і віддають своє тепло через стінки та кришку бака навколишньому повітрю. Охолоджуючись біля стін частинки олії рухаються вниз, поступаючись місцем іншим, більш гарячим. Такий спосіб теплопередачі називають конвекцією.
   Температура окремих частин трансформатора неоднакова, вона змінюється по висоті бака і в перерізі трансформатора. Застосування трансформаторного масла в якості теплоносія дуже ефективно. магнітопроводу в масляних трансформаторах значно менше, ніж в однакових за потужністю повітряних. Проте поверхня бака при цьому повинна бути такою, щоб температура масла не досягла граничної. Найпростіший спосіб збільшення поверхні охолодження - це збільшення розмірів бака, але він не економічний, тому збільшують поверхню охолодження за рахунок трубчастих теплообмінників (радіаторів), що встановлюються на баку. Тепловіддача з поверхні бака відбувається як через нагріті частинки повітря, так і променевипусканням.
   Охолодження частин масляного трансформатора природною конвекцією масла і повітря, що охолоджує зовнішню поверхню бака з встановленими на ньому охолоджувальними елементами, називають природним масляним і застосовують для трансформаторів потужністю 6300 кВА. У трансформаторах більшої потужності використовують інші системи з примусовим прискоренням руху олії та охолодного повітря або води.
    Існує кілька способів примусового охолодження трансформаторів:
1. Дутьєвої. Збільшення швидкості руху повітря, що охолоджує бак та радіатори вентиляторами. Вентилятори створюють примусову циркуляцію повітря вздовж зовнішніх поверхонь радіаторів (дуття), збільшуючи їхню тепловіддачу в 1,5-2 рази. Система дутьового охолодження ефективна і має важливу перевагу: при відключенні вентилятора трансформатор може довго продовжувати працювати з навантаженням до 50-60% номінальною, з природним масляним охолодженням.
2. Циркуляційний. Зазвичай для таких систем застосовують спеціальні охолоджувачі-теплообмінники, в яких відбувається передача тепла від масла до повітря, при цьому рух олії примусово прискорюється електронасосом, а повітря вентиляторами. Циркуляційна система значно збільшує тепловіддачу і має ще одну важливу перевагу завдяки компактній конструкції охолоджувачів зменшуються розміри трансформатора. Однак циркуляційні охолоджувачі ефективні лише за одночасної роботи насосів та вентиляторів. При необхідності зменшення охолодження (наприклад, при зниженні навантаження) зазвичай відключають повністю один або кілька охолоджувачів.
3. Масляно-водяний. Складається в примусовій циркуляції олії через охолоджувачі, що охолоджуються водою. Для цієї системи застосовують спеціальні теплообмінники-охолоджувачі, через трубки яких примусово прокачується нагріте масло; трубки знаходяться в порожнині з водою, що циркулює через неї охолоджувальною. Олійно-водяне охолодження ефективніше, ніж інші види охолодження, що пояснюється підвищеною тепловіддачею від олії до води. Тому такі системи ще компактніші, ніж циркуляційні, оскільки мають підвищене теплознімання. Особливо ефективно спрямоване циркуляційне охолодження, при якому масло проходить безпосередньо по каналу всередині обмоток між обмотками і в магнітну систему. Для забезпечення спрямованого руху олії у конструкції передбачають спеціальні щити, перегородки та інші пристрої.
До списку статей

Всього коментарів: 0