Застосовувані системи охолодження силових трансформаторів. Види охолодження трансформаторів

Способи охолодження. Конструктивне виконання трансформатора визначається значною мірою способом його охолодження, який залежить від номінальної потужності. При збільшенні потужності трансформатора необхідно збільшувати і інтенсивність його охолодження. У силових трансформаторах для відводу теплоти від обмоток і магнітопровода застосовують такі способи охолодження: повітряне, масляне і за допомогою негорючого рідкого діелектрика. Кожен вид охолодження має відповідне умовне позначення.

Трансформатори з повітряним охолодженням (сухі трансформатори). При природному повітряному охолодженні муздрамтеатр, обмотки і інші частини трансформатора мають безпосереднє зіткнення з навколишнім повітрям, тому охолодження їх відбувається шляхом конвекції повітря і випромінювання. Сухі трансформатори (рис. 2.18) встановлюють всередині приміщень (в будівлях, виробничих цехах та ін.), При цьому головною вимогою є забезпечення пожежної безпеки.

В експлуатації вони зручніше масляних, так як виключають необхідність періодичного очищення і зміни масла. Слід, однак, відзначити, що повітря має меншу електричної міцністю, ніж трансформаторне масло, тому в сухих трансформаторах все ізоляційні проміжки і вентиляційні канали роблять великими, ніж в масляних. Через меншу теплопровідності повітря в порівнянні з маслом електромагнітні навантаження активних матеріалів в сухих трансформаторах менше, ніж в масляних, що призводить до збільшення перерізу проводів обмотки і муздрамтеатру. Як наслідок цього, маса активних частин (обмоток і магнітопровода) сухих трансформаторів більше, ніж масляних. В даний час сухі трансформатори мають потужності до 10 MB А і напруги обмотки ВН до 35 кВ. Їх встановлюють тільки в сухих закритих приміщеннях з відносною вологістю повітря до 80%, щоб уникнути надмірного зволоження обмоток.

Сухі трансформатори з природним повітряним охолодженням можуть мати відкрите (С), захищене (СЗ) або герметизоване (СГ) виконання. Трансформатори типу СЗ закривають захисним кожухом з отворами, а типу СГ- герметичним кожухом. Для підвищення інтенсивності охолодження застосовують обдування обмоток і магнітопровода потоком повітря від вентилятора. Сухі трансформатори з повітряним дуттям мають умовне позначення СД.

Трансформатори малої потужності виконують, як правило, з охолодженням типу С. В деяких випадках їх поміщають в корпус, залитий термореактивними компаундами на основі епоксидних смол або інших подібних матеріалів. Такі компаунди мають високі електроізоляційні і вологозахисними властивостями. Після затвердіння вони не розплавляються при підвищених температурах і забезпечують надійний захист трансформатора від механічних і атмосферних впливів.

Трансформатори з масляним охолодженням. Втрансформаторах з природним масляним охолодженням (М) муздрамтеатр з обмотками занурюють в бак, наповнений ретельно очищеним мінеральним (трансформаторної) маслом (рис. 2.19).

Трансформаторне масло має більш високу теплопровідність, ніж повітря, і добре відводить теплоту від обмоток і магнітопровода трансформатора до стінок бака, що має велику площу охолодження, ніж трансформатор. Занурення трансформатора в бак зі спеціальним маслом забезпечує також підвищення електричної міцності ізоляції його обмоток і запобігає її зволоження і втрату ізоляційних властивостей під впливом атмосферних впливів. При правильній експлуатації масляних трансформаторів, коли температура ізоляції в найбільш нагрітому місці не перевищує 105 ° С, трансформатор може служити 20-25 років. Підвищення температури на 8 ° С призводить до скорочення терміну служби трансформатора приблизно в два рази.

У трансформаторах потужністю 20-30 кВ А виділяється порівняно невелика кількість теплоти, тому їх баки мають гладкі стінки; у більш потужних трансформаторів (20-1800 кВ А) поверхню охолодження бака штучно збільшують, застосовуючи ребристі або хвилясті стінки або оточуючи бак системою труб, в яких масло циркулює за рахунок концепції. Для підвищення інтенсивності охолодження в трансформаторах потужністю більше 1800 кВ А до баку прилаштовують навісні або окремо встановлені трубчасті теплообмінники (радіатори), які за допомогою патрубків з фланцями повідомляються з внутрішньою порожниною бака (рис. 2.20, а). У радіаторі відбувається посилена циркуляція масла і інтенсивне охолодження. Масляні трансформатори типу М застосовують для потужностей 10-10000 кВ А.

Трансформатори потужністю 10000-63000 кВ А виконують зазвичай з дуттям (тип Д). В цьому випадку тепловіддача з поверхні радіаторів форсується шляхом обдування їх вентиляторами. Кожен радіатор обдувається двома вентиляторами (рис. 2.20, б), при цьому тепловіддача збільшується в 1,5 -1,6 рази. У трансформаторах з охолодженням типу ДЦ масло насосом відкачується з бака і проганяється через навісні або окремо встановлені теплообмінники (охолоджувачі), обдуваються повітрям. Охолодження з примусовою циркуляцією масла застосовують при потужностях 16000-250000 кВ А і вище. При використанні масляноводяного охолодження нагріте масло проходить через теплообмінники, охолоджувані водою. Циркуляція масла здійснюється за рахунок природної конвекції (при охолодженні типу MB) або ж за допомогою насоса (при охолодженні типу Ц).

Трансформатори, що охолоджуються негорючим рідким діелектриком. Трансформатори з охолодженням типів Н і НД виконують з герметизованим баком, який заповнюють негорючим рідким діелектриком. Зазвичай застосовують синтетичні ізоляційні матеріали - совтола і ін., Які мають приблизно такі ж електроізоляційні властивості і теплопровідність, як і трансформаторне масло. Трансформатори з охолодженням типів Н і НД пожежобезпечні і можуть встановлюватися в закритих приміщеннях. Їх випускають потужністю 160-2500 кВА при напрузі 6 і 10 кВ.

Совтола являє собою суміш поліхлордіфеніла (совола) з трихлорбензол, який додається для зменшення в'язкості і температури застигання суміші. При використанні совтола в помірному кліматі він містить 65% поліхлордіфеніла і 35% трихлорбензол; для тропічних умов відповідно 90 і 10%. Він дорожче трансформаторного масла, токсичний, що вимагає ретельної герметизації системи охолодження.

Захист масла від зіткнення з атмосферним повітрям. Під час роботи масло в трансформаторі нагрівається і розширюється. При зменшенні навантаження воно, охолоджуючись, повертається до початкового об'єму. Тому масляні трансформатори потужністю 25 кВ А і вище мають невеликий додатковий бак-розширювач(Рис. 2.21), з'єднаний з внутрішньою порожниною основного бака. При нагріванні трансформатора змінюється обсяг масла, що знаходиться в розширнику. Обсяг його становить близько 10% від обсягу масла в баку. Застосування розширювача дозволяє значно скоротити поверхню зіткнення масла з повітрям, що зменшує його забруднення і зволоження.

Розширювачі мають воздухоосушитель, заповнений сорбентом - речовиною, що поглинає вологу з повітря, що надходить в розширювач. При потужності 160 кВ А і вище на них встановлюють також термосифонний фільтрдля безперервного зневоднення та очищення масла. Для більш надійного захисту масли від окислення трансформатори великої потужності виконують герметизованими з повною ізоляцією масла, що знаходиться в розширнику, від атмосферного повітря. Це здійснюється за допомогою подушки, що утворюється з інертного газу (азоту) і розташованої між поверхнею масла і гнучкою розтягується мембраною - азотна захист.Трансформатори з азотної захистом можна виконувати також і без розширювача.

Арматура та підйомні пристрої. При роботі трансформатора масло нагрівається, розкладається і забруднюється продуктами окислення (старіє), тому його періодично очищають або замінюють. Масляні трансформатори щоб уникнути небезпеки пожежі та вибуху встановлюють на відкритих огороджувальних майданчиках або в спеціально споруджених приміщеннях з вогнетривкими стінами, опорами і перекриттями. Для заливки, відбору проби, спуску і фільтрації масла масляні трансформатори забезпечують відповідною арматурою (кранами, вентилями, пробками).

Всі трансформатори мають різні пристрої для їх підйому і переміщення: римболти, гаки, переставні катки і поворотні візки.

Пристрої для контролю за станом масла і системи охолодження. Щоб здійснювати контроль за рівнем і температурою масла, масляні трансформатори мають покажчики рівня і температури. Покажчик рівня зазвичай встановлюють на розширнику, а термометр - на кришці основного бака. У трансформаторах потужністю до 1000 кВ А для цієї мети використовують ртутний термометр, а в трансформаторах більшої потужності і в герметичних трансформаторах - спеціальний електричний термосигналізатор. Трансформатори з охолодженням типів Д, ДЦ і НД мають два термосигналізатори, один з яких служить для вимірювання температури верхніх шарів масла, а інший - для автоматичного управління процесом дуття.

Система автоматики повинна забезпечувати: автоматичне включення і відключення системи охолодження одночасно з включенням в мережу і відключенням трансформатора, регулювання інтенсивності охолодження в залежності від навантаження, включення резервного охолоджувача натомість вийшов з ладу, введення резервного джерела живлення при зниженні або зникненні живлення електродвигунів вентиляторів і насосів системи охолодження і відповідну сигналізацію про припинення роботи системи охолодження. Трансформатори потужністю 10000 кВ А і вище обладнають також реле низького рівня масла, що знаходиться в розширнику, яке сигналізує про зниження рівня масла і автоматично відключає трансформатор при неприпустимому його зменшенні.

Захист трансформатора від аварій. Для захисту від можливих аварій трансформатори потужністю більше 1000 кВ А мають спеціальні газові реле, які встановлюють в трубопроводі між основним баком і розширювачем. При значному виділенні вибухонебезпечних газів, що виникають в результаті розкладання масла, реле автоматично вимикає трансформатор, попереджаючи розвиток аварії. У цих трансформаторах встановлюють також вихлопну трубу(Див. Рис. 2.21), закриту скляною мембраною. При раптовому підвищенні внутрішнього тиску утворилися гази видавлюють мембрану і виходять в атмосферу, запобігаючи деформацію бака.

Щоб запобігти появі високого потенціалу на обмотці НН при пошкодженні ізоляції обмотки ВН, в трансформаторах, у яких обмотка НН має напругу до 0,69 кВ, між цією обмоткою і заземленим баком включають пробивний запобіжник, який пробивається при напрузі 1000 В.

23. Пристрій і способи охолодження трансформатора.

Трансформатори - це пристрої для перетворення змінного струму і напруги, перетворюючі пристрої не має рухомих частин. Не має значних втрат потужності. Сучасні трансформатори мають високий ККД - понад 99%. Трансформатор складається з декількох дротяних обмоток, які перебувають на муздрамтеатрі (осерді) з феромагнітного сплаву.

Пристрій

Основні частини трансформатора - це магнітопровід і обмотки.

Магнитопровод трансформатора виконують з листової електротехнічної сталі. Перед складанням листи з двох сторін ізолюють лаком. Така конструкція муздрамтеатру дає можливість в значній мірі послабити в ньому вихрові струми. Частина муздрамтеатру, на якій розташовують обмотки, називають стержнем.

У стрижневих трансформаторах є два стержня і з'єднують їх два ярма (рис.2, а). Броньові трансформатори мають розгалужений магнітопровід з одним стрижнем і ярмамі, частково прикривають ( "бронює") обмотки (рис.2, б).

Ріс.2.Однофазние трансформатори стрижневого (а) і броньового (б) типів

Стрижнева конструкція має найбільшого поширення, особливо в трансформаторах великої і середньої потужності. Переваги цієї конструкції - простота ізоляції обмоток, кращі умови охолодження, простота ремонту.

Однофазні трансформатори малої потужності частіше мають броньовий конструкцію, що дозволяє зменшити габарити трансформатора. Крім того, бічні ярма захищають обмотку від механічних пошкоджень; це важливо для трансформаторів малої потужності, які часто не мають захисного кожуха і розташовуються разом з іншим електрообладнанням на загальній панелі або в загальному шафі.

Трифазні трансформатори зазвичай виконують на муздрамтеатрі стрижневого типу з трьома стержнями (рис.3).

У трансформаторах великої потужності застосовують бронестержневую конструкцію магнітопровода (рис.4), яка хоча і вимагає кілька підвищеної витрати електротехнічної сталі, але дозволяє, зменшити висоту муздрамтеатру (Н БС< Н с), а следовательно, и высоту трансформатора.

Рис.3. Трифазний трансформатор стрижневого типу: 1 - магнітопровід; 2 - обмотки

Рис.4. Лінії по переробці бронестержневого трансформатора: однофазного (а); трифазного (б)

Це має велике значення при його перевезенні в зібраному вигляді.

За способом з'єднання стрижнів з ярмамі розрізняють магнітопроводи стикові (рис.5, а) і шіхтованного (рис.5, б). У стикових магнитопроводах стрижні і ярма збирають роздільно, а потім з'єднують за допомогою кріпильних елементів. Така конструкція муздрамтеатру полегшує посадку обмоток на стержні, так як для цього достатньо зняти тільки верхнє ярмо. Але при шихтової збірці муздрамтеатру, коли листи (смуги) збирають "внахлестку", повітряний зазор в місці стику стрижнів і ярем може бути зроблений мінімальним, що значно знизить магнітне опір муздрамтеатру.

Ріс.7.Форма перетину стрижня

Форма поперечного перерізу стержнів залежить від потужності трансформатора: в невеликих трансформаторах застосовують стрижні прямокутного перетину (рис.7, а), в трансформаторах середньої і великої потужності - стрижні ступеневої перетину (рис.7, б, в) з числом ступенів, зростаючим зі збільшенням потужності трансформатора. Ступеневу розтин стрижнів забезпечує краще використання площі всередині обмотки, так як периметр ступеневої стрижня наближається до кола. У трансформаторах великої потужності для поліпшення тепловіддачі між пакетами стали муздрамтеатру влаштовують вентиляційні канали (рис.7, в).

Обмотки трансформаторів виконують з проводів круглого і прямокутного перерізу, ізольованих бавовняною пряжею або кабельним папером.

Обмотки бувають циліндричні, розташовувані на стрижнях, концентричні (рис.8, а) і дискові, розташовувані на стрижнях в порядку, що чергується (рис.8, б).

Магнитопровод трансформатора разом з кожухом або баком заземляють, що забезпечує безпеку обслуговування трансформатора в разі, якщо ізоляція обмотки виявиться пробитою.

Можливі два варіанти взаємного розташування обмоток на стрижнях магнитопроводов: роздільне розташування (на одному стрижні обмотка ВН, а на іншому застосовують досить рідко і лише в високовольтних трансформаторах, так як це створює кращі умови для надійної ізоляції обмотки ВН від обмотки НН, а проте в цьому випадку спостерігається збільшення магнітного потоку розсіювання; найбільш поширене рівномірний концентричне розташування обмоток на всіх стрижнях муздрамтеатру (див. рис.2, а), так як це забезпечує малу величину магнітного потоку розсіювання. При цьому зазвичай ближче до стрижня розташовують обмотку НН, так як вона вимагає меншою електричної ізоляції від стрижня (заземленого), потім укладають шар ізоляції з картону або паперу і обмотку ВН.

Конструкція муздрамтеатру. Магнитопровод є конструктивною основою трансформатора. Він служить для проведення основного магнітного потоку. Для зменшення магнітного опору по шляху цього потоку і, отже, зменшення намагнічує струму муздрамтеатр виконується зі спеціальної електротехнічної сталі. Так як магнітний потік в трансформаторі змінюється в часі, то для зменшення втрат від вихрових струмів в муздрамтеатрі він збирається з окремих електрично ізольованих один від одного листів стали. Товщина листів вибирається тим менше, чим вище частота напруги живлення. При частоті 50 Гц товщина аркушів стали приймається рівною 0,35 - 0,5 мм. Ізоляція листів здійснюється найчастіше лакової плівкою, яка наноситься з двох сторін кожного аркуша.

У муздрамтеатрі розрізняють стрижні і ярма. Стрижень - це та частина муздрамтеатру, на якій розташовуються обмотки, а ярмо - частина, що не несе обмоток і служить для замикання магнітного ланцюга (рис. 1).

Залежно від взаємного розташування стрижнів, ярем і обмоток магнітопроводи діляться на стрижневі й броньові. У стрижневих магнитопроводах ярма прилягають до торцевих поверхонь обмоток, що не охоплюючи їх бічних поверхонь. У броньових магнитопроводах ярма охоплюють не тільки торцеві, але і бічні поверхні обмоток, як би закриваючи їх бронею.

Лінії по переробці однофазних трансформаторів показані на рис. 2 і 3. В броньовий магнітопроводі (рис. 2) є один стрижень і два ярма, що охоплюють обмотки.

По кожному ярму замикається половина магнітного потоку стрижня, тому площа поперечного перерізу кожного ярма в 2 рази менше площі перетину стрижня. У стержневом муздрамтеатрі (рис. 3) є два стержня, на кожному з яких розташовується по половині обмоток 1 і 2. Половини кожної з обмоток з'єднуються між собою послідовно або паралельно. При такому розташуванні обмоток зменшуються магнітні потоки розсіювання і поліпшуються характеристики трансформатора.

способи охолодження

Граничний нагрів частин трансформатора обмежується ізоляцією, термін служби якої залежить від температури нагріву. Чим більше потужність трансформатора, тим інтенсивніше повинна бути система охолодження.

Природне повітряне охолодження трансформаторів здійснюється за допомогою природної конвекції повітря і часткового випромінювання в повітрі. Такі трансформатори отримали назву «сухих». Умовно прийнято позначати природне охолодження при відкритому виконанні С, при захищеному виконанні - СЗ, при герметичному виконанні СГ, з примусовою циркуляцією повітря (дутьем) - СД.

Допустиме перевищення температури обмотки сухого трансформатора над температурою навколишнього середовища залежить від класу ізоляції і згідно ГОСТ 11677-85 повинно бути не більше

60 ° С для класу А,

75 ° С - для класу Е,

80 ° С - для класу В,

100 ° С - для класу F,

125 ° С - для класу Н

Дана система охолодження малоефективна, тому застосовується для трансформаторів потужністю до 1600 кВ А при напрузі до 15 кВ.

Природне масляне охолодження (М)виконується для трансформаторів потужністю до 16000 кВА. У таких трансформаторах тепло, виділене в обмотках і магнітопроводі, передається маслу, циркулюючому по баку і радіаторів, а потім - навколишньому повітрю. При номінальному навантаженні трансформатора відповідно до Правил технічної експлуатації (ПТЕ) температура масла у верхніх, найбільш нагрітих шарах не повинна перевищувати + 95 ° С.

Для кращої віддачі тепла в навколишнє середовище бак трансформатора постачають ребрами, охолоджуючими трубами або радіаторами в залежності від потужності.

Масляне охолоджування з дуттям і природною циркуляцією масла (Д)застосовується для більш потужних трансформаторів. В цьому випадку в навісних охолоджувачах з радіаторних труб поміщають вентилятори. Вентилятор засмоктує повітря знизу і обдуває нагріту верхню частину труб. Пуск і зупинка вентиляторів здійснюється автоматично в залежності від навантаження і температури нагріву масла. Трансформатори з таким охолодженням можуть працювати при повністю відключеному дуття, якщо навантаження не перевищує 100% від номінальної, а температура верхніх шарів масла не більше 55 ° С, а також незалежно від навантаження при негативних температурах навколишнього повітря і температурі масла не вище 45 ° С ( ПТЕ). Максимально допустима температура масла у верхніх шарах при роботі трансформатора з номінальним навантаженням 95 ° С.

Форсований обдув радіаторних труб покращує умови охолодження масла, а отже, обмоток і магнітопровода трансформатора, що дозволяє виготовляти такі трансформатори потужністю до 80 000 кВА.

Схема системи охолодження з дуттям і природною циркуляцією масла: 1 - бак трансформатора; 2 - радіатори охолоджувача; 3 - вентилятор обдування

Масляне охолоджування з дуттям і примусової циркуляцією масла через повітряні охолоджувачі (ДЦ)застосовується для трансформаторів потужністю 63000 кВА і вище. Охолоджувачі складаються з тонких ребристих трубок, що обдуваються зовні вентилятором. Електронасоси, вбудовані в мастилопроводи, створюють безперервну примусову циркуляцію масла через охолоджувачі. Завдяки високій швидкості циркуляції масла, великий поверхні охолодження і інтенсивному дутью охолоджувачі мають великий тепловіддачею і компактністю. Така система охолодження дозволяє значно зменшити габаритні розміри трансформаторів. Охолоджувачі можуть встановлюватися разом з трансформатором на одному фундаменті або на окремих фундаментах поруч з баком трансформатора.

Схема масляного охолодження з дуттям і примусової циркуляцією масла через повітряні охолоджувачі: 1 - бак трансформатора; 2 - масляний електронасос; 3 - адсорбційний фільтр; 4 - охолоджувач; 5 - вентилятор обдування

Олійно-водяне охолодження трансформаторів з примусовою циркуляцією масла (Ц)принципово влаштовано так само, як охолодження ДЦ, але на відміну від останнього охолоджувачі в цій системі складаються з трубок, по яких циркулює вода, а між трубками рухається масло. Температура масла на вході в маслоохладитель не повинна перевищувати 70 ° С. Щоб запобігти потраплянню води в масляну систему трансформатора, тиск масла в маслоохолоджувачі в цьому випадку повинен перевищувати тиск циркулюючої в них води не менше ніж на 0,02 МПа (2 Н / см2). Ця система охолодження ефективна, але має досить складне конструктивне виконання і тому застосовується для потужних трансформаторів (160 MBА і більше).

При роботі трансформатора відбувається нагрів обмоток і магнітно дроти за рахунок втрат енергії в них. Граничний нагрів частин трансформатора обмежується ізоляцією, термін служби якої залежить від температури нагріву. Чим більше потужність трансформатора, тим інтенсивніше повинна бути система охолодження.

Силовим масляним трансформатором називається силовий трансформатор з масляним охолодженням обмоток і магнітопровода.

Сучасні силові масляні трансформатори, особливо великої потужності і високої напруги, охолоджуються здебільшого за участю масла, яке одночасно служить і прекрасним ізолюючим матеріалом. Само собою зрозуміло, для останньої мети масло повинно мати цілком певними ізолюючими властивостями особливо воно має бути вільним від вологи. Для цілей ж охолодження масло повинно бути легким, по екстремальній міру в нагрітому стані, н має вільно проникати в ті канали, які робляться в обмотках і в осерді для полегшення циркуляції його і кращого зіткнення з більш нагрітими частинами. Крім того, масло не повинно розкладатися при нагріванні і давати смолисті в'язкі опади на обмотках, що утрудняють теплообмін між міддю н маслом н є причиною появи "гарячих" місць в силовому масляному трансформаторі. Охолоджуючу масло наливається в залізний або чавунний бак (або танк), в який опускається потім трансформатор. Тепло обмоток і заліза в першу чергу передається маслу, котрий володіє значительною теплоємністю. Що стосується охолодження самого масла, то воно відбувається або шляхом природного теплообміну між стінками бака і навколишнім повітрям, або ж більш форсованими способами.

Опис силових масляних трансформаторів марок: ТМГ, ОМП, ТМЕГ, ОСМ1, ТСМ.

Системи охолодження силового масляного трансформатора.

Принципова схема охолоджувача системи Д: 1-бак трансформатора; 2-радіатори охолоджувача; 3-вентилятор обдування

Принципова схема охолоджувача системи ДЦ: 1-бак трансформатора; 2-масляний електронасос; 3-адсорбційний фільтр; 4-охолоджувач; 5-вентилятор обдування

Існує кілька систем охолодження силового масляного трансформатора:

Природне масляне охолодження (М)
застосовується в силових масляних трансформаторах потужністю до 16000 кВ⋅А. У таких трансформаторах тепло, виділене в обмотках і магнітопроводі, передається маслу, циркулюючому по баку і радіаторів, а потім - навколишньому повітрю. При номінальному навантаженні трансформатора відповідно до Правил технічної експлуатації температура масла у верхніх, найбільш нагрітих шарах не повинна перевищувати + 95 ° С. Для кращої віддачі тепла в навколишнє середовище бак силового масляного трансформатора постачають ребрами, охолоджуючими трубами або радіаторами в залежності від потужності.

Масляне охолоджування з дуттям і природною циркуляцією масла (Д)
застосовується для більш потужних силових масляних трансформаторів. В цьому випадку в навісних охолоджувачах з радіаторних труб поміщають вентилятори. Вентилятор засмоктує повітря знизу і обдуває нагріту верхню частину труб. Пуск і зупинка вентиляторів здійснюється автоматично в залежності від навантаження і температури нагріву масла. Силові масляні трансформатори з таким охолодженням можуть працювати при повністю відключеному дуття, якщо навантаження не перевищує 1.00% від номінальної, а температура верхніх шарів масла не більше 55 ° С, а також незалежно від навантаження при негативних температурах навколишнього повітря і температурі масла не вище 45 ° С. максимально допустима температура масла у верхніх шарах при роботі трансформатора з номінальним навантаженням 95 ° С. Форсований обдув радіаторних труб покращує умови охолодження масла, а отже, обмоток і магнітопровода силового масляного трансформатора, що дозволяє виготовляти такі трансформатори потужністю до 80000 кВ⋅А.

Масляне охолоджування з дуттям і примусової циркуляцією масла через повітряні охолоджувачі (ДЦ)
застосовується для силових масляних трансформаторів потужністю 63000 кВ⋅А і вище. Охолоджувачі складаються з тонких ребристих трубок, що обдуваються зовні вентилятором. Електронасоси, вбудовані в мастилопроводи, створюють безперервну примусову циркуляцію масла через охолоджувачі. Завдяки високій швидкості циркуляції масла, великий поверхні охолодження і інтенсивному дутью охолоджувачі мають великий тепловіддачею і компактністю. Така система охолодження дозволяє значно зменшити габаритні розміри силових масляних трансформаторів. Охолоджувачі можуть встановлюватися разом з силовим масляним трансформатором на одному фундаменті або на окремих фундаментах поруч з баком трансформатора.

Олійно-водяне охолодження з примусовою циркуляцією масла (Ц)
принципово влаштовано так само, як охолодження з дуттям і примусової циркуляцією масла, але на відміну від останнього охолоджувачі в цій системі складаються з трубок, по яких циркулює вода, а між трубками рухається масло. Температура масла на вході в маслоохладитель не повинна перевищувати 70 ° С. Щоб запобігти потраплянню води в масляну систему трансформатора, тиск масла в маслоохолоджувачі в цьому випадку повинен перевищувати тиск циркулюючої в них води не менше ніж на 0,02 МПа (2 Н / см2). Ця система охолодження ефективна, але має досить складне конструктивне виконання і тому застосовується для потужних трансформаторів (160 MB⋅А і більше).

Основні елементи системи охолодження силового масляного трансформатора.

Основними комплектуючими вузлами систем охолодження силового масляного трансформатора є маслонасосів, маслоохладитель, вентилятор і адсорбер.

Маслоохладители можуть навішуватися на стінку бака або розташовуватися поблизу силового масляного трансформатора, об'єднаними в групи (типу ГОУ) на власному фундаменті. Як правило, систему охолодження типу ГОУ використовують в тих випадках, коли охолоджувачі не можуть розташуватися на стінці бака силового масляного трансформатора. Система ГОУ пов'язана двома мастилопроводи з баком силового масляного трансформатора. При навісний системі вібрація працюючих насосів і вентиляторів передається на стінку бака. Тому у силових масляних трансформаторів раннього випуску, що мають швидкохідні вентилятори (1500 об / хв), вібрація настільки посилювалася, що були випадки порушення зварних швів і це призводило до течі масла з бака і до відключення силового масляного трансформатора. У сучасних конструкціях застосовуються тихохідні вентилятори (750 об / хв), і тому немає небезпеки пошкодження зварних місць на баку силового масляного трансформатора.

Подача масла від охолоджувачів проводиться, як правило, в проміжок між стінкою бака і активною частиною. Однак в ряді конструкцій для підвищення ефективності теплос'ема і тим самим виключення програвав окремих елементів активної частини масло подається направлено в обмотку. В цьому випадку в нижній частині силового масляного трансформатора (бака) маслосистема пов'язана бакелітовим патрубком з нижньої ярмова ізоляцією обмотки. Така система циркуляції масла більш ефективна, але разом з тим при цьому різко зростає небезпека програвав при раптовому аварійному припиненні руху масла. При такій конструкції при припиненні руху масла силовий масляний трансформатор нести навантаження не може. На відміну від силових масляних трансформаторів з спрямованої системою охолодження трансформатори з подачею масла в бак можуть недовго працювати при припиненні руху масла. Така система надійніша і в іншому відношенні - при пошкодженні маслонасосів продукти розкладання масла і стирання підшипників не потрапляють безпосередньо в обмотку і не перекривають ізоляційні проміжки, що знижує міцність ізоляції. Тому при розробці конструкції нових трансформаторів спрямовану систему циркуляції масла застосовують в крайніх випадках і обов'язково разом з екранованими маслонасоса і фільтром тонкого очищення.

Відсутність у трансформаторів обертових частин зменшує нагрів трансформатора через відсутність механічних по-терь, але це ж обставина ускладнює процес охолодження, так як виключає застосування в трансформаторах самовентиляція. З цієї причини основний спосіб охолодження трансформаторів - природне охолодження. Однак в трансформаторах значної потужності з метою підвищення питомих електромагнітних навантажень застосовують більш ефективні методи охолодження. Найбільше застосування отримали наступні способи охолодження трансформаторів.
Природне повітряне охолодження.Все що нагріваються частини трансформатора безпосередньо стикаються з повітрям. Їх охолодження відбувається за рахунок випромінювання тепла й природної конвекції повітря. Іноді такі трансформатори забезпечують захисним кожухом, що має жалюзі або ж отвори, закриті сіткою. Цей вид охолодження застосовують в трансформаторах низької напруги при їх установці в сухих закритих приміщеннях.
Природне масляне охолоджування.Магнитопровод з обмотками поміщають в бак, заповнений трансформаторним маслом, яке омиває нагріваються частини трансформатора, шляхом конвекції відводить теплоту і передає її стінок бака, останні, в свою чергу, охолоджуються шляхом випромінювання теплоти і конвекції повітря. Для збільшення охолоджувальної поверхні бака його роблять ребристим або ж застосовують трубчасті баки (див. Рис. 1.13). У трансформаторах великої одиничної потужності труби об'єднують в радіатори (радіаторні баки). Нагріті частинки масла подни-маються в верхню частину бака і по трубах опускаються вниз. При цьому, стикаючись зі стінками труб, масло охолоджується. Трансформаторне масло володіє високими електроізоляційними властивостями, тому, просочуючи ізоляцію обмоток, воно покращує її властивості і підвищує надійність трансформаторів при високих напружених. Це особливо важливо для трансформаторів, що встановлюються на відкритих майданчиках. Слід зауважити, що масляне охолодження ускладнює і здорожує експлуатацію трансформаторів, так як вимагає систематичного контролю за якістю олії і періодичної його заміни.
Масляне охолоджування з дуттям. Трансформатори постачають електричними вентиляторами, які обдувають радіатори трансформатора. Конвекція масла всередині бака залишається природною. Цей вид охолодження дозволяє збільшити одиничну потужність трансформатора на 40¸50%. Зазвичай масляне охолоджування з дуттям застосовують в трансформаторах потужністю понад 10 000 кВт. При зниженні навантаження трансформатора з дутьевим охолодженням на 50¸60% вентилятори можна відключити, т. Е. Перейти на природне масляне охолодження.

Мал. 5.8. Масляне охолодження трансформатора з дуттям і примусової циркуляції масла
Масляне охолоджування з дуттям і примусової циркуляцією масла. За допомогою насоса 1 (рис. 5.8) створюють примусове тільну циркуляцію трансформаторного масла через спеціальні охолоджувачі 2 зібрані з трубок. Одночасно необхідне число вентиляторів 3 створює спрямовані потоки повітря, обдувають поверхню трубок охолоджувача.

Мал. 5.9. Олійно-водяне охолодження трансфор-матора
Олійно-водяне охолодження (Рис. 5.9). Нагріте в трансформаторі 1 масло за допомогою насоса 2 проходить через охолоджувач 3, в якому циркулює вода. це найбільш ефективний спосіб охолодження, так як коефіцієнт теплопередачі від масла в воду значно вище, ніж в повітря. Одночасно масло проходить через повітроохолоджувач 4 і фільтр 5, де звільняється від небажаних включень.

В даний час у вітчизняних масляних трансформаторах застосовуються системи охолодження, наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Системи охолодження масляних трансформаторів застосовуються у вітчизняному трансформаторобудуванні

При цьому виді охолодження теплота, що виділяється в активній частині і елементах металоконструкції трансформатора, передається шляхом природної конвекції маслу, яке, в свою чергу, віддає його в навколишнє повітря також шляхом природної конвекції і випромінювання. У трансформаторах невеликої потужності (до декількох десятків кВ-А) теплоотдающей поверхні баків досить для відводу теплоти, що виділяється при нормованому перевищенні температури масла. У трансформаторах більшої потужності доводиться її штучно збільшувати шляхом застосування ребристих і трубчастих баків або баків з навісними або виносними радіаторами.

У трансформаторах потужністю більше 6,3-10 MB-А важко розвинути Тепловіддаючим поверхню бака в такій мірі, щоб забезпечити заданий рівень нагріву. Це стає зрозумілим, якщо врахувати, що відповідно до законів зростання в серії подібних трансформаторів (т. Е. В таких, в яких відповідні лінійні розміри пропорційні) при сталості електромагнітних навантажень (індукції в муздрамтеатрі, і щільності струму в обмотках) втрати зростають пропорційно кубу лінійних розмірів, тоді як охолоджуючі поверхні зростають пропорційно квадрату цих розмірів. Тому доводиться вживати додаткових заходів для посилення охолодження шляхом обдування радіаторів вентиляторами. Тим самим збільшується в 1,5-2 рази коефіцієнт теплопередачі і відповідно знімання радіаторів. При зниженні температури верхніх шарів масла до 50С, якщо при цьому струм навантаження менше номінального, вентилятори відключаються.

Ця система охолодження у вітчизняній промисловості застосовується рідко. При такій системі завдяки примусовій циркуляції масла за допомогою насоса досягається більш рівномірний розподіл температури масла по висоті бака трансформатора і зниження температури верхніх шарів масла.

У трансформаторах потужністю близько 100 MB-А і більш виділяються втрати настільки значні, що для їх відводу доводиться застосовувати спеціальні олійно-повітряні охолоджувачі, обдуваються вентиляторами і оснащені насосами для примусової циркуляції масла. Для збільшення ефективності обдування труби в таких охолоджувачах мають сильно розвинену ребристу зовнішню поверхню. Завдяки примусової циркуляції масла досягається більш рівномірний розподіл температури масла по висоті бака. Різниця температури масла вгорі і внизу бака складає в даному випадку менше 10 ° С, в той час як при природній циркуляції вона досягає 20-30 ° С. Випускаються в даний час вітчизняної промисловістю охолоджувачі мають знімання 160-180 кВт. У разі відключення системи охолодження трансформатори можуть залишатися включеними дуже нетривалий час, так як теплоотдающей поверхні бака недостатньо навіть для відводу втрат холостого ходу. Недоліком такої системи охолодження є те, що тепловіддача від обмоток до маслу залишається практично такою ж, як і при природній конвекції, так як примусова циркуляція масла відбувається тільки в зоні між зовнішньою обмоткою і стінкою бака трансформатора.

Система охолодження MB.

У вітчизняному трансформаторобудуванні ця система охолодження не отримала широкого розповсюдження. Для охолодження масла використовується вода, що циркулює в трубах, розміщених у верхній частині бака, в зоні найбільш гарячого масла. Вода проганяється по трубах за допомогою насосів.

Ця дуже ефективна і компактна система охолодження застосовується для потужних трансформаторів тоді, коли є достатня кількість води (гідростанції, дуже потужні теплові станції). Вона дозволяє відмовитися від системи охолодження ДЦ, яка при дуже великої потужності трансформаторів стає досить громіздкою. Ця система охолодження заснована на застосуванні олійно-водних охолоджувачів з гладкими або оребренними трубами і рухом води по трубах, а масла - в міжтрубному просторі. Завдяки конструктивним заходам забезпечується зигзагообразное рух масла в охолоджувачі з поперечним обтіканням трубок. Великий знімання (до 1000 кВт і більше) і малі габаритні розміри олійно-водних охолоджувачів досягаються завдяки збільшенню коефіцієнта тепловіддачі від стінки труби при охолодженні її водою. При відключенні цієї системи охолодження, як і при системі ДЦ, трансформатори можуть залишатися в роботі також дуже обмежений час. Недолік цієї: системи охолодження в частині інтенсивності охолодження обмоток той же, що і системи охолодження ДЦ.

Системи охолодження з направленою циркуляцією масла в обмотках НДЦ і НЦ.

Поліпшити охолодження обмоток і забезпечити при цьому більш рівномірний розподіл в них температури можна шляхом створення примусової (спрямованої) циркуляції масла в охолоджуючих каналах обмоток з необхідною швидкістю, що забезпечує необхідний температурний режим. Тут можливі два варіанти виконання - з одноконтурной і двоконтурної схемами циркуляції масла. У першому варіанті масло, що забирається з верхньої частини бака, проходить через олійно-повітряні або олійно-водяні охолоджувачі і подається в обмотки. У другому варіанті крім контурів охолодження масла, аналогічних систем ДЦ або Ц, існують незалежні контури охолодження обмоток, причому масло, що забирається насосом з верхньої частини бака, подається, минаючи охолоджувачі, в нижню частину бака і далі в контури охолодження обмоток. Другий варіант виконання системи охолодження дещо складніше і дорожче.
Ця система охолодження дозволяє при необхідності (наприклад, в трансформаторах граничних потужностей) підвищити електромагнітні навантаження, але вона ускладнює конструкцію ізоляції і обмоток, а також технологію збирання і випробувань трансформаторів (необхідні гідравлічні випробування контурів циркуляції масла в обмотці). Тому такі системи застосовуються у вітчизняному трансформаторобудуванні для трансформаторів потужністю 400 MB-А і вище.