Электрическая часть электростанций - Охлаждение трансформаторов

Потери энергии, выделяющиеся в стали магнитопровода и в меди обмоток трансформаторов при их работе, превращаются в теплоту и вызывают нагрев их частей. Так же как в генераторах, предельный нагрев трансформаторов ограничивается изоляцией, срок службы которой зависит от температуры нагрева, см. ГОСТ 11677—75 (табл. 1-15). Таким образом, и в этом случае возникает проблема охлаждения трансформатора для поддержания его температуры в пределах, допустимых с точки зрения сохранности изоляции. Однако трансформатор не имеет вращающихся частей, и поэтому условия его охлаждения отличаются от условий охлаждения генератора.
В трансформаторах применяются исключительно системы поверхностного охлаждения, причем охлаждающей средой является масло или воздух.
Таблица 1-15

Рис. 1-52, Конвекция масла (а) и кривые распределения превышений температуры в трансформаторе (б)
1 — обмотка; 2 — магнитопровод; 3 — масло; 4 — поверхность труб
Естественное воздушное охлаждение, при котором теплота нагретых магнитопровода и обмоток отводится в окружающую среду путем конвекции и излучения, применяется ограниченно из-за малой эффективности. Мощность сухих трансформаторов с такой системой охлаждения не превосходит 1,6 MB-А при напряжениях до 15 кВ. Эти трансформаторы имеют повышенные габариты и по этой причине не имеют широкого распространения.
Подавляющая часть трансформаторов охлаждается маслом, которое одновременно выполняет изолирующие функции. Выемная часть трансформатора помещается в бак специальной конструкции, заполненной маслом, которое, нагреваясь теплотой, выделившейся в обмотках и магнитопроводе, поднимается вверх, под крышку бака. На смену горячему маслу снизу поступает масло, охлажденное у стенок бака и в радиаторах, чтобы в свою очередь воспринять новые порции теплоты от нагретых элементов трансформатора. Горячее масло, поднявшееся под крышку бака, замыкает контур циркуляции, опускаясь вниз и отдавая свою теплоту стенкам бака, которые передают ее окружающему воздуху (рис. 1-52).
Эта схема охлаждения маслом, омывающим нагретые поверхности активных элементов, применяется во всех четырех системах охлаждения современных трансформаторов, различающихся лишь интенсивностью.
В системе типа М (рис. 1-53, а) циркуляция масла внутри бака и через радиаторы (если они имеются) возникает естественным путем под воздействием напора, образующегося благодаря разной плотности горячих и холодных слоев масла. Такая система естественного масляного охлаждения наименее эффективна и обеспечивает надлежащий отвод теплоты при гладком баке лишь до номинальной мощности трансформатора 25 кВ-А, а при добавочной охлаждающей поверхности в виде трубчатых радиаторов — до 1,6 MB-А.

Рис. 1-53. Системы охлаждения трансформаторов: а — типа М; б — типа Д; в — типа ДЦ
1 — бак; 2 — выемная часть; 3 — охлаждающая поверхность; 4 — коллектор; 5 — трубчатый радиатор; 6 - насос; 7 — радиаторы; 8 — вентиляторы
Если для интенсификации естественного масляного охлаждения применяют радиаторы более сложной конструкции из коллекторов с приваренными к ним трубами, снабженными ребрами для увеличения поверхности охлаждения, предельная мощность трансформаторов при системе М повышается до 10—16 MB-А.
Большую предельную мощность (до 80 MB-А) можно получить, форсируя охлаждение обдуванием нагретых радиаторных труб при помощи специальных дутьевых вентиляторов (рис. 1-53, б). Вентиляторы могут быть остановлены, но тогда нагрузка трансформатора должна быть понижена на 25—30 %. Такая система охлаждения, называемая системой типа Д (дутьевая), не может обеспечить отвода теплоты в трансформаторах мощностью больше 80 MB-А. Для охлаждения таких трансформаторов применяется более эффективная система типа ДЦ с принудительной циркуляцией масла и принудительным обдувом радиаторов (масляновоздушное охлаждение) (рис. 1-53, в).
В системах типа Д и ДЦ пуск и остановка вентиляторов производятся автоматически в зависимости от нагрузки трансформатора и температуры масла. Расход электроэнергии на дутье в системе ДЦ в два-три раза выше, чем в системе Д, где он составляет 10— 20 Вт на 1 кВт отведенных потерь.
Для особо мощных трансформаторов применяется масляноводяное охлаждение с принудительной циркуляцией масла через радиаторы, охлаждаемые не воздухом, а водой (система Ц). Эта система в принципе не отличается от системы ДЦ, но охладители масла в ней состоят из трубок, по которым циркулирует вода, а масло движется в корпусе охладителя между трубками. Давление масла в маслоохладителях поддерживают выше давления воды на 0,2 МПа, чтобы вода через неплотности не могла попасть в масляную систему.