Системы охлаждения трансформаторов

Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Естественное воздушное охлаждение трансформаторов осуществляется путем естественной конвекции воздуха и частично лучеиспускания в воздухе. Такие трансформаторы получили название «сухих». Условно принято обозначать естественное воздушное охлаждение при открытом исполнении С; при защищенном исполнении СЗ, при герметизированном исполнении СГ.

В трансформаторах с естественным масляным охлаждением (М) тепло, выделенное в обмотках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху (рис. 6а). При номинальной нагрузке трансформатора температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна превышать +98 °С.

Масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов (рис. 6б). В этом случае в навесных охладителях из радиаторных труб помещаются вентиляторы. Вентилятор засасывает воздух снизу и обдувает нагретую верхнюю часть труб. Пуск и останов вентиляторов могут осуществляться автоматически в зависимости от нагрузки и температуры нагрева масла.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла через воздушные охладители (ДЦ). Охладители состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуляцию масла через охладители (рис. 6г).

Благодаря большой скорости циркуляции масла, развитой поверхности охлаждения и интенсивному дутью охладители обладают большой теплоотдачей и компактностью. Переход к такой системе охлаждения позволяет значительно уменьшить габариты трансформатора.

Масляно-водяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла (Ц) принципиально устроено так же, как система ДЦ, но в отличие от последнего охладители состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а между трубками движется масло (рис. 6в).

Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давленне масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем на 0,02 МПа. Эта система охлаждения эффективна, но имеет более сложное конструктивное выполнение
и применяется на мощных трансформаторах.

а) б) в) г)

Рисунок 6. Системы охлаждения трансформатора а) М, б) Д, в) Ц, г) ДЦ.

Каждый трансформатор имеет условное буквенное обозначение, которое содержит следующие данные:

1) число фаз (для однофазных - О; для трехфазных - Т);

2) вид охлаждения - в соответствии с пояснениями, приведенными выше;

3) число обмоток, работающих на различные сети (если оно больше двух); для трехобмоточного трансформатора Т; для трансформатора с расщепленными обмотками Р (после числа фаз);

4) выполнение одной из обмоток с устройством регулирования под напряжением (РПН) обозначают дополнительно буквой Н;

5) для обозначения автотрансформатора на первом месте добавляют букву А.

За буквенным обозначением указываются номинальная мощность и класс напряжения. Для трансформаторов с одинаковыми параметрами одной и той же конструкции, изготовляемых на нескольких предприятиях, указывается год начала выпуска трансформаторов данной конструкции.

Например: ТМН-10000/110-67 - трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением, с РПН, номинальной мощностью 10000 кВ×А, класса 110 кВ, конструкции 1967 г.

К основным параметрам трансформатора относятся номинальные мощность, напряжение, ток; напряжение КЗ; ток ХХ; потери ХХ и КЗ.

Номинальной мощностью трансформатора называется указанное в заводском паспорте значение полной мощности, на которую непрерывно может быть нагружен трансформатор в номинальных условиях места установки и охлаждающей среды при номинальных частоте и напряжении.

Для трансформаторов общего назначения, установленных на открытом воздухе и имеющих естественное масляное охлаждение без обдува и с обдувом, за номинальные условия охлаждения принимают естественно меняющуюся температуру наружного воздуха (среднесуточная не более 30°С, среднегодовая не более 20°С), а для трансформаторов с масляно-водяным охлаждением температура воды у входа в охладитель принимается не более 25°С.

Номинальные напряжения обмоток - это напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора - отношение номинальных напряжений обмоток высшего и низшего напряжений,

Номинальными токами трансформатора называются указанные в заводском паспорте значения токов в обмотках, при которых допускается длительная нормальная работа трансформатора.

Напряжение короткого замыкания U_к - это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному.

Напряжение КЗ определяет падение напряжения в трансформаторе, оно характеризует полное сопротивление обмоток трансформатора:

,

где U_а - активная составляющая напряжения КЗ, зависящая от активного сопротивления трансформатора; U_р - реактивная составляющая напряжения КЗ, зависящая от реактивного (индуктивного) сопротивления трансформатора. Поскольку индуктивное сопротивление обмоток значительно выше активного, то U_к в основном зависит от реактивного сопротивления.

Ток холостого хода і_х характеризует активные и реактивные потери в стали и зависит от магнитных свойств стали, конструкции и качества сборки магнитопровода и от магнитной индукции. Ток холостого хода выражается в процентах номинального тока трансформатора.

Потери холостого хода DР_х и короткого замыкания DР_к определяют экономичность работы трансформатора. Потери холостого хода состоят из потерь в стали на перемагничивание и вихревые токи. Для уменьшения их применяется электротехническая сталь с малым содержанием углерода и специальными присадками, холоднокатаная сталь толщиной 0,35 мм марки Э330А с жаростойким покрытием. Потери короткого замыкания состоят из потерь в обмотках при протекании по ним токов нагрузки и добавочных потерь в обмотках.

Нагрузочная способность трансформаторов - это совокупность допустимых нагрузок и перегрузок.

Допустимая нагрузка - это не ограниченная во времени длительная нагрузка, при которой износ изоляции обмоток от нагрева не превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы.

Перегрузка трансформатора - режим, вызывающий ускоренный износ изоляции. Такой режим возникает, если нагрузка на данный трансформатор окажется больше его номинальной мощности или температура охлаждающей среды больше принятой расчетной +20 °С.

Критерием допустимости того или иного режима (в течение суток и года) является не номинальная мощность, а износ изоляции за рассматриваемый период.