Если трансформатор после его работы на некоторое время отключить, то нагретые части начнут охлаждаться. Когда разность температур трансформатора и окружающей среды достаточно, велика, охлаждение трансформатора происходит быстро (рис. 12.16, б). По мере понижения температуры трансформатора разностьтемператур его и окружающей среды уменьшается и процесс охлаждения замедляется. /

Если при работе трансформатора в любой его точке произойдет нагрев до температуры, выше допустимой для материала, из которого он изготовлен, то трансформатор может выйти из строя. Таким образом электромагнитные нагрузки ограничиваются тем материалом, который наиболее чувствителен к нагреву.

Применяемые в трансформаторах изоляционные материалы по-разному реагируют на повышение температуры. Раньше других выходит из строя бумажная изоляция, наименее нагревостойкая из широко используемых в трансформаторостроении изоляционных материалов.

Трансформатор представляет собой неоднородное тело, и поэтому отдельные его части нагреваются в различной мере. Необходимо, чтобы температура наиболее нагретых частей не превышала допустимой. Нагрев трансформатора зависит от потерь энергии и от интенсивности охлаждения. Чем интенсивнее охлаждение трансформатора, тем больше будут допустимые потери энергии. Для трансформаторов различных мощностей условия охлаждения различны: чем больше номинальная мощность трансформатора, тем сложнее осуществить его охлаждение. Так, например, для трансформаторов малых мощностей (десятки или сотни вольтампер) естественное воздушное охлаждение оказывается достаточным, для трансформаторов больших мощностей (десятки, сотни, тысячи и т. д. кило-вольтампер) применяют специальные меры для повышения интенсивности охлаждения (масляное охлаждение, вентиляционные каналы, обдув бака и др.). Это объясняется следующим: с повышением номинальной мощности трансформатора увеличиваются его линейные размеры. Если для трансформаторов различных номинальных мощностей использовать одинаковые активные материалы (сталь магнитопровода и обмоточный провод) и допустить одинаковые электромагнитные нагрузки (магнитную индукцию и плотность тока), то потери энергии в трансформаторе будут пропорциональны массе активного материала G или его объему V ~ АР ~ G, т. е. третьей степени линейного размера l(V~l3 и ДР~/3). Поверхность охлаждения Soxs, т. е. /2. Таким образом, с увеличением номинальной мощности трансформатора (с увеличением его размеров) потери энергии в нем увеличиваются в большей мере, чем поверхность охлаждения, т. е. количество тепла, выделяющегося в трансформаторе, увеличивается больше, чем количество тепла, излучаемого в окружающую среду. Чтобы избежать перегрева трансформаторов при увеличении их мощности, повышают интенсивность их охлаждения.

Крышка 5ака

\в сухих трансформаторах наружные нагретые поверхности обмоток и магнитопровода отдают тепло омывающему их воздуху путем конвекции и излучения. В масляных трансформаторах тепловая, энергия передается в окружающую среду через трансформаторное масло, заливаемое в бак с помещенным туда трансформаторам. Масло, омывающее магнитопровод и обмотки трансформатора1, путем конвекции отводит выделяющееся в них тепло и отдает его стенкам бака. Частицы масла, уровень которого значительно выше верхнего уровня магнитопровода Чрис- 12.17), соприкасаются с горячими наружными поверхностями обмоток и магнитопровода и нагреваются. Нагретые частицы масла устремляются вверх и отдают свое тепло в окружающую среду через стенки и крышку бака. Охлажденные частицы масла движутся вниз, уступая место более нагретым. Внешняя поверхность стенок и крышки бака, омываемые воздухом, отдают тепло в окружающую среду путем конвекции и излучения. В некоторых случаях для повышения интенсивности теплопередачи применяют искусственную усиленную циркуляцию масла (или воздуха) с помощью насосов (или вентиляторов).

Трансформаторное масло - не только хорошая охлаждающая среда, но и хороший изоляционный материал, обеспечивающий высокую электрическую прочность трансформатора при сравнительно малых изоляционных промежутках. Это свойство трансформаторного масла позволяет создавать компактные конструкции обмоток и магнитопровода, а масляное охлаждение дает возможность применять сравнительно высокие электромагнитные нагрузки активных материалов и производить трансформаторы с относительно малым расходом этих материалов. Масляное охлаждение наиболее широко используют в силовых трансформаторах.

Трансформаторное масло в процессе эксплуатации загрязняется, увлажняется и ухудшает свои диэлектрические свойства, поэтому необходима его периодическая очистка, сушка и замена. Еще оно является горючим материалом, требующим установки в масляных трансформаторах специальных мер пожарной безопасности. Когда по соображениям пожарной опасности применение масляных трансформаторов недопустимо, используют трансформаторы сухие или с негорючими наполнителями (совол, совтол, пиранол, кварцевый кристаллический песок). Сухие трансформаторы имеют защитные кожухи с отверстиями, закрытыми сетками. Применение в качестве изоляции обмоток стекловолокна или асбеста дает возможность значительно повысить рабочую температуру обмоток

Рис. 12.17. Схема охлаждения масляного трансформатора

и получить практически пожаробезопасную установку. Это свойство сухих трансформаторов позволяет устанавливать их внутри сухих помещений в тех случаях, когда обеспечение пожарной безопасности установки является решающим фактором. Так как в сухих трансформаторах охлаждающая среда - воздух, который возобновляется непрерывно, то исключаются старение масла и необходимость его периодической чистки и замены. Однако воздух - менее совершенная изолирующая и охлаждающая среда, чем трансформаторное масло. Поэтому в сухих трансформаторах все изоляционные промежутки и вентиляционные каналы делают большими, чем в масляных. Электромагнитные нагрузки активных материалов в сухих трансформаторах приходится уменьшать по сравнению с электромагнитными нагрузками масляных трансформаторов, это увеличивает сечения проводов обмоток и магнитопровода, а следовательно, массу и стоимость активных материалов у сухих трансформаторов больше, чем у масляных.

Так как обмотки сухих трансформаторов непосредственно соприкасаются с воздухом и увлажняются, сухие трансформаторы уста навливают только в сухих закрытых помещениях. Для уменьшения гидроскопичности обмотки пропитывают специальными лаками. Применение новых нагревостойких и негорючих изоляционных материалов, обладающих высокой теплопроводностью, дает возможность увеличить электромагнитные нагрузки и уменьшить стоимость активных материалов. В тепловом отношении трансформатор представляет собой неоднородное тело. Стальные листы магнитопровода обладают высокой теплопроводностью, а изоляционные прослойки между листами стали - малой. Обмотки также состоят из меди или алюминия с высокой теплопроводностью и изоляционного материала, плохо проводящего тепло. При работе трансформатора нагретые внутренние части магнитопровода и обмоток отдают тепло наружным поверхностям, от которых тепло отводится маслом или воздухом. Между нагретыми частями трансформатора и маслом (воздухом) устанавливается определенная разность температур, неодинаковая для различных точек по высоте.

Прн небольших мощностях (до 25 кВ-А) не требуется особых охлаждающих устройств, поэтому трансформаторы помещают в-гладкие баки, через стенки которых происходит теплоотдача. В более мощных масляных трансформаторах для увеличения охлаждающей поверхности широко применяют трубчатые баки (рнс. 12.18, а). Стальные трубы диаметром 30-f-60 мм располагают вертикально, параллельно стенке бака. Концы труб изгибают и ввариваю в верхнюю и нижнюю части стенки. Для увеличения поверхности охлаждения трубы на стенках бака располагают в два ряда. Применяют трубчатые баки, у которых трубы расположены в три и четыре ряда, а также баки с трубами овального сечения. В трансформаторах большой мощности (> 1800 кВ-А) трубы объединяют группами в отдельные охладители - радиаторы (рис. 12.18,6). На гидроэлектростанциях, где имеется достаточное количество проточной воды, устанавливают трансформаторы с искусственным водомас-