Нагрев и охлаждение трансформатора

Во время работы трансформатор нагревается за счет потерь электроэнергии, выделяемой в виде тепла в обмотках, магнитопроводе и других частях трансформатора. Металлические части трансформатора могут длительно греться, а изоляция обмоток не может, поэтому для отечественных трансформаторов принимается такая длительно допустимая температура нагрева изоляции, при которой обеспечивается срок службы 20 – 25 лет. Исходя из этого, ГОСТ 11677-75 установил, что у трансформаторов, предназначенных для мест с температурой окружающего воздуха 40 °С, превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха не должно быть более 65 °С.

Потери электроэнергии в трансформаторах по мере увеличения их мощности растут пропорционально их массе. С ростом мощности трансформаторов потери увеличиваются быстрее, чем поверхность, отводящая тепло. Действенным средством для отвода тепла трансформатора является применение трансформаторного масла. Выемную часть трансформатора погружают в маслонаполненный стальной бак. Слои масла, соприкасающиеся с обмоткой и магнитопроводом, нагреваются. Нагретые частицы, имея меньшую плотность, поднимаются вверх, их место занимают поступающие снизу более холодные частицы масла. Поднявшиеся вверх нагретые частицы, соприкасаясь со стенками и крышкой бака, отдают им тепло, рассеивающееся затем в окружающую среду. Охладившиеся частицы масла опускаются вниз, а их место занимают нагревшиеся частицы. Происходит процесс естественной циркуляции масла. Температура масла не остается одинаковой по высоте бака: внизу она самая низкая, верхние слои нагреты до наибольшей температуры. Если трансформаторы герметизированного исполнения (с азотной подушкой, без расширителя), то в верхних слоях масла допустимо превышение температуры над температурой воздуха на 60 °С, во всех остальных случаях – на 75 °С. Стандарт нормирует не значение температуры верхних слоев, а ее превышение, т.е. разницу между температурой верхних слоев масла, измеренную по термометру, и температурой воздуха. Теплоотдача от единицы поверхности при масляном охлаждении трансформатора в 6 – 8 раз больше, чем при отдаче тепла непосредственно воздуху, что позволяет сделать поверхности магнитопровода и обмоток значительно меньше. Естественная циркуляция масла применяется у трансформаторов до 6300 кВ·А. Для трансформаторов большей мощности применяют искусственное принудительное охлаждение: дутьевое (Д), с использованием принудительного ускорения частиц как воздуха, так и масла (ДЦ), при прогонке масла через охладители, которые, в свою очередь, омывают водой (масло-водяное – Ц).