Допустимая температура частей трансформатора
Преобразование энергии происходит в трансформаторе с известными потерями. Подавляющая часть потерь выделяется в виде тепла в активных частях трансформатора, его магнитопроводе и обмотках. Магнитные потери, выделяющиеся в магнитопроводе, с достаточной точностью можно считать пропорциональными квадрату напряжения u, электрические потери в обмотках — пропорциональными квадратам токов, или /2 . При переходе от одного нагрузочного режима к другому изменяются главным образом электрические потери в обмотках, магнитные потери при постоянном первичном напряжении почти не изменяются.
Некоторая часть потерь мощности выделяется также в конструктивных частях (баке, нажимных деталях и т.п.), располагающихся в магнитном поле.
Тепло, выделяющееся в трансформаторе, нагревает его, и температура его частей становится выше, чем температура окружающей среды. По мере увеличения температуры частей трансформатора возрастает поток тепла, передаваемый в окружающую среду, так как тепловой поток пропорционален превышению температуры нагретой части над температурой окружающей среды. Через достаточно большое время (теоретически через бесконечно большое время) рост температуры обмоток прекращается, так как все выделяющаяся в них тепло передается окружающей среде.
Установившаяся температура нагретых частей зависит от устройства системы охлаждения, при помощи которой происходит удаление тепла во внешнюю среду.
Трансформатор и его система охлаждения должны быть спроектированы таким образом, чтобы температура его частей не превышала допустимых пределов. Лимитируется в основном температура частей, соприкасающихся с изоляционными материалами, маслом и другими диэлектрическими жидкостями.
Старение изоляционного материала, выражающееся в уменьшении его электрической и механической прочности, происходит тем интенсивнее, чем выше его температура. Опытным путем выявлено, что повышение температуры на 8 °С сокращает срок службы масляного трансформатора с бумажной изоляцией в 2 раза.
Трансформатор может надежно служить в течение 15—20 лет, если его отдельные части имеют в номинальном режиме следующие превышения температуры, °С:
Допустимая температура для масляных трансформаторов
Обмотки.................................................................................................... 65
Наружные поверхности магнитопровода и конструктивных частей... 75
Масло в верхних слоях:
при герметизированном исполнении................................................ 60
в остальных случаях........................................................................... 55
Для трансформаторов с воздушным охлаждением
Обмотки и поверхности магнитопровода, соприкасающиеся с изоляцией класса нагревостойкости
А........................................................................................................... 60
Е............................................................................................................ 75
В........................................................................................................... 80
F............................................................................................................ 100
Н........................................................................................................... 125
Эти превышения температуры относятся к трансформаторам, отдающим тепло окружающему воздуху, наибольшая температура которого принимается равной 40 °С; при охлаждении водой, температура которой на входе в охладитель считается равной 25 °С, температура может быть увеличена на 15 °С.
Расчетная температура частей трансформатора, обеспечивающая срок службы трансформатора 15—20 лет, установлена с учетом наблюдающихся в эксплуатации суточных и годовых колебаний температуры окружающей среды и нагрузки трансформатора. Большую часть времени (при нагрузке меньшей, чем номинальная, или температуре окружающего воздуха ниже 40 °С) температура изоляции трансформатора не достигает расчетной, что заметно увеличивает срок его службы.
При установившихся коротких замыканиях температура обмоток не должна превышать:
Для масляных трансформаторов:
с обмотками из меди...................................................................... 250 °С
с обмоткам из алюминия............................................................... 200 °С
Допустимая температура для трансформаторов с воздушным охлаждением с обмотками из меди и изоляцией класса нагревостойкости:
А...................................................................................................... 180 °С
Е...................................................................................................... 250 °С
B,F,H............................................................................................. 350 °С
Для трансформаторов с воздушным охлаждением с обмотками из алюминия и изоляцией класса нагревостойкости:
А...................................................................................................... 180 °С
E,B,F,H......................................................................................... 200 °С
Длительность короткого замыкания должна быть ограничена таким образом, чтобы указанная температура не была превзойдена.
Допускаемые в реальных условиях эксплуатации длительные нагрузки, а также длительно и кратковременно допустимые перегрузки оговорены в ГОСТ 11677-85 и ГОСТ 14209-85.