2. Нагревание трансформатора

Работа трансформатора связана с потерями энергии в виде тепла, выделяющегося в обмотках и магнитопроводе. Мощность потерь трансформатора

пропорциональна мощности нагрузки Р₂ и обратно пропорциональна КПД η. Поэтому с ростом Р₂ растут потери и, как следствие, температура обмоток. Последняя может достигнуть критической величины для наименее теплостойкого материала – электрической изоляции обмоток. С превышением температуры критического значения происходит быстрая деградация изоляции, завершающаяся ее электрическим пробоем и в итоге потерей работоспособности трансформатора.

По нагревостойкости применяемые в отечественной электротехнике изоляционные материалы подразделяются на семь классов: Y, А, Е, В, F, Н, С (табл. 2.3). Предельные для каждого класса температуры нагрева t_пред установлены, исходя из срока службы электрооборудования 15 – 20 лет.

Срок службы трансформатора резко сокращается при превышении мощности нагрузки больше номинального значения. Например, при Р₂ = 1,25 Р_{2 ном} срок службы сокращается до нескольких месяцев, а при Р₂ = 1,5 Р_{2 ном} – до нескольких часов. Поэтому обеспечение использования трансформатора в номинальном режиме является важной технической задачей.

Температура t изоляции обмоток трансформатора зависит не только от мощности нагрузки, но и от температуры окружающей среды t_C . При расчетах эту температуру обычно принимают равной 35 – 40° С.

Разность температуры обмоток и температуры окружающей среды называют температурой перегрева и обозначают Θ, т.е.

Θ = t – t_C .

Чем лучше охлаждается трансформатор, тем ниже температура его обмоток и, следовательно, меньше температура, перегрева. Для улучшения условий охлаждения используют конструкции трансформаторов с развитой поверхностью охлаждения обмоток и сердечника.

Таблица 2.3

Классы нагревостойкости изоляционных материалов

Обозначение класса нагревостойкости	tПРЕД, °с	Электроизоляционные материалы
У	90	Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и шелка
А	105	Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и шелка, пропитанные электроизоляционным составом, лаки и эмали
Е	120	Синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы и т.п.) и др. материалы, для которых установлено, что они могут работать при температуре до 120°С
В	130	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, пропитанные органическими составами
F	155	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, пропитанные синтетическими составами
H	180	Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, пропитанные кремнийорганическими составами, кремнийорганические эластомеры.
С	свыше 180	Слюда, керамика, стекло, кварц и др. материалы

Примечание. Указанные в таблице предельные температуры нагрева электроизоляционных материалов допустимы при длительной эксплуатации электротехнических устройств, использующих эти материалы.

Температура перегрева обмоток броневого трансформатора может быть приближенно определена по эмпирической формуле:

здесь S_оп – площадь открытой поверхности обмоток и сердечника, м²;

Δt = 10 – 15 °С – перепад температуры между внутренними и наружными слоями обмоток.

При выборе изоляции (класса изоляции) обмоток трансформатора необходимо учитывать температуру перегрева Θ обмотки, определяемую мощностью потерь, и температуру окружающей среды t_C. Предельная температура нагрева t_ПРЕД изоляции обмоток должна удовлетворять условию

t_пред ≥ Θ + t_C .

При выборе изоляции, кроме того, необходимо иметь в виду, что стоимость изоляционных материалов возрастает с повышением их класса нагревостойкости.

Учитывая изложенное, инженерный расчет силового трансформатора, помимо расчета электрических параметров, должен включать и тепловой расчет в виде проверки теплостойкости выбранной изоляции.