Все электрические приборы нагреваются в процессе эксплуатации, трансформаторы – не исключение. Мощные трансформаторы охлаждаются с помощью масла, помещаемого в специальные баки и отводящего тепло от агрегата. Рассмотрим температуру масла в трансформаторе, с учётом допустимого диапазона, причины нагрева и виды систем охлаждения.
Особенности конструктивного устройства системы охлаждения масляного трансформаторов
Масло используется в трансформаторах не только в качестве охлаждающей среды, но и как жидкий диэлектрик. Обмотки выполняются таким образом, что в корпусе между ними сохраняются свободные полости, заполняемые диэлектрической жидкостью.
Тепло отводится через трубки с эллиптической формой сечения, расположенные с наружных сторон корпуса. Охладитель циркулирует по круговой схеме, из бака в трубки, через расширитель, и возвращаясь обратно.
Для трансформаторов класса от 5 МВА этого оказывается недостаточно, и возникает необходимость устройства радиаторов для дополнительного отвода тепла от магнитопровода и обмоток.
Какая должна быть температура масла
Допустимые температурные показатели жидкого диэлектрика определяются материалом, используемым для изготовления изоляционного покрытия проводов обмоток. Номинальное значение температуры работающих трансформаторов при нижеуказанном материале изоляции (вне зависимости от системы охлаждения) составляет:
- электротехнический лак – до 70°С,
Предельная температура нагрева масла для трансформаторов с масляной системой охлаждения не должна превышать 80°С.
Нормативы температуры масла в силовых трансформаторах, использующих указанную систему охлаждения, регламентируются требованиями ГОСТ 11677-85, определяющим технические условия эксплуатации указанного оборудования.
Как измеряют температуру
Температура масла измеряется специальными термометрами или термопарами, фиксирующими данный показатель для верхнего слоя охладителя.
Прибор помещается в устроенной для этого пазухе корпуса, с погружением в измеряемую среду до 120 мм, чтобы исключить отвод тепла на крышку конструктивного элемента.
Причины нагрева
Температурный нагрев данного оборудования происходит из-за процессов в магнитопроводе и обмотках. Нагрев сердечника вызывается следующими причинами:
- воздействием вихревых токов,
- гистерезисом сердечника (изменением полярности).
Вихревые токи наводятся в обмотках вокруг сердечника. Их величина возрастает с падением сопротивления проводов. Кроме системы охлаждения, влияние вихревых токов снижается за счёт того, что сердечник изготавливается не цельным, а в виде отдельных пластин, изолированных друг от друга.
В качестве материала используется специальная трансформаторная сталь, с добавками кремния, повышающего сопротивление пластин сердечника.
В процессе эксплуатации агрегата, за счёт намагничивания материала от воздействия магнитного поля, постоянно изменяется полярность. Этот процесс приводит к перемагничиванию сердечника, сопровождающемуся выделением тепла.
Указанный процесс минимизируется за счёт оптимального подбора формы и конструкции сердечника, количества витков в катушках.
Провод обмоток обладает активным сопротивлением. Значение указанной характеристики зависит от материала. Уменьшить тепловые потери можно путём перехода на использование меди. Но это приводит к возрастанию стоимости производства оборудования, что не всегда выгодно в экономическом плане.
Выход – в оптимальном выборе материала, с достижением разумного компромисса между качеством и ценой.
Способы охлаждения
Производятся трансформаторы со следующей системой охлаждения.
Естественное воздушное охлаждение сухие трансформаторы:
- открытое (С),
- защищенное (СЗ),
- герметизированное (СГ),
- принудительная система охлаждения, посредствам дутья(СД).
Масляное естественное (М):
- с естественной циркуляцией охладителя и дутьем воздуха (МД),
- с принудительной циркуляцией масла по системе с дутьем (ДЦ),
- с направленным масляным потоком (НДЦ),
- масляно-водяная система охлаждения с принудительной циркуляцией (Ц),
- с направленным потоком охладителя и масляно-водяной системой (НЦ),
- с дистиллированной водой в качестве охлаждающей жидкости (Н).
При этом поток жидкого диэлектрика в принудительной масляной системе охлаждения может быть направленным и ненаправленным.
Чтобы исключить аварийный выход оборудования из строя, необходимо контролировать значение температуры масла в системе. Охладитель должен регулярно меняться, поскольку с течением времени происходит его старение, в результате чего масло теряет заданные свойства.
Более подробно про охлаждение силовых трансформаторов можете прочитать в учебнике со страницы 65: