Системы охлаждения трансформаторов

При работе трансформатора происходит нагрев обмоток и магнитопровода за счет потерь энергии в них. Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева. Чем больше мощность трансформатора, тем интенсивнее должна быть система охлаждения.

Ниже приводится краткое описание систем охлаждения транс­форматоров.

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

Допустимое превышение температуры обмотки сухого транс­форматора над температурой охлаждающей среды зависит от класса нагревостойкости изоляции и согласно ГОСТ 11677-75 должно быть не больше: 60°С (класс А); 75°С (класс Е); 80°С (класс В); 100°С (класс С); 125°С (класс Н).

Данная система охлаждения малоэффективна, поэтому приме­няется для трансформаторов мощностью до 1600 кВ·А при напря­жении до 15 кВ.

Естественное масляное охлаждение (М) выполняется для трансформаторов мощностью до 16 000 кВ∙А включительно. В таких трансформаторах тепло, выделенное в обмот­ках и магнитопроводе, передается окружающему маслу, которое, циркулируя по баку и радиаторным трубам, передает его окружающему воздуху. При номинальной нагрузке трансформатора температура масла в верхних, наиболее нагретых слоях не должна пре­вышать +95°С.

Для лучшей отдачи тепла в окружающую среду бак трансформа­тора снабжается ребрами, охлаждающими трубами или радиаторами в зависимости от мощности.

Масляное охлаждение с дутьем и естест­венной циркуляцией масла (Д) применяется для более мощных трансформаторов. В этом случае в навесных охлади­телях из радиаторных труб помещаются вентиляторы (рис. 9). 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. Трансформаторы с таким охлаждением могут работать при полностью отключенном дутье, если нагрузка не превышает 100% номинальной, а температура верхних слоев масла не более +55°С, а также при минусовых температурах окружающего воздуха и при температуре масла не выше +45°С независимо от нагрузки. Максимально допустимая температура масла в верхних слоях при работе с номинальной нагрузкой +95°С.

Форсированный обдув радиаторных труб улучшает условия охлаждения масла, а следовательно, обмоток и магнитопровода трансформатора, что позволяет изготовлять такие трансформаторы мощностью до 100 000 кВ∙А.

Масляное охлаждение с дутьем и при­нудительной циркуляцией масла через воз­душные охладители (ДЦ) применяется для трансформа­торов мощностью 63 000 кВ∙А и более.

Охладители состоят из системы тонких ребристых трубок, обдуваемых снаружи вентилятором. Электронасосы, встроенные в маслопроводы, создают непрерывную принудительную циркуля­цию масла через охладители (рис. 10).

Рис. 3.10. Принципиальная схема охладителя системы ДЦ.

1 — бак трансформатора; 2 — электронасос; 3 — адсорбный фильтр; 4 — охладитель; 5 — вентиляторы обдува.

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 трансформаторов.

Охладители могут устанавливаться вместе с трансформатором на одном фундаменте или на отдельных фундаментах рядом с баком трансформатора.

В трансформаторах с системой охлаждения ДЦ максимально допустимая температура масла -75°C.

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.

Температура масла на входе в маслоохладитель не должна превышать +70°С.

Чтобы предотвратить попадание воды в масляную систему трансформатора, давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей в них воды не менее чем 0,02 Мпа (2 Н/см²). Эта система охлаждения эффективна, но имеет более сложное конструктивное выполнение и применяется на мощных трансформаторах (100 MB∙А и более) устанавливаемыхгидростанциях и в закрытых помещениях.

На трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц устройства принудительной циркуляции масла должны автоматически включаться одновременно с включением трансформатора и работать непрерывно независимо от нагрузки трансформаторов. В товремя число включаемых в работу охладителей определяете нагрузкой трансформатора. Такие трансформаторы должны имея сигнализацию о прекращении циркуляции масла, охлаждающе воды или об останове вентилятора.

Следует отметить, что в настоящее время ведутся разработки новых конструкций трансформаторов с обмотками, охлаждаемыми до очень низких температур. Металл при низких температуре обладает сверхпроводимостью, что позволяет резко уменьшить сечение обмоток. Трансформаторы с использованием принципа сверхпроводимости (криогенные трансформаторы) будут иметь мальв транспортировочный вес при мощностях 1000 MB∙А и выше.

Каждый трансформатор имеет условное буквенное обозначение, которое содержит следующие данные в том порядке, как указано выше:

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 – буква Т; для трансформатора с расщепленными обмотками – Р (после числа фаз);

4) выполнение одной из обмоток с устройством 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 10 000 кВ∙А, класса напряжения 110 кВ, конструкции 1967 г.