20.Охлаждение трансформаторов.

Потери энергии в сердечнике и обмотках трансформатора являются причиной выделения теп­лоты, одна часть которой нагревает трансформатор, а другая передается в окружающую среду. Теплоотдача увеличивается с ростом нагрева и при некоторой температуре устанавливается тепловое равновесие: вся выделенная в трансформаторе теплота рассеивается в окружающей среде. Установившаяся температура не должна превышать допусти­мые пределы, в противном случае надежность и срок работы трансформатора значительно уменьшаются из-за резкого ухуд­шения электрических и механических свойств электроизоляцион­ных материалов. Теплоотдача трансформаторов малой мощности во многих случаях достаточна для того, чтобы температура не Рис. 20.1 превышала допустимую, и тогда их выполняют «сухими», т. е. с естественным воздушным охлаждением .Большинство же трансформаторов имеют масляное охлаждение, для чего магнитопровод и обмот­ки помещены в баке с трансформаторным маслом, которое ( Рис.20.1) усиливает электрическую изоляцию об­моток от магнитопровода и одновременно служит для их охлаждения.

Масло принимает теплоту от магнитопровода и обмоток, предает ее стенкам бака, а от стенок бака теплота рассеивается в окружающем воздухе. Слои масла, соприкасающиеся с источниками теплоты, нагреваются больше, чем наружные, поэтому устанавливается циркуляция масла в баке, что способствует луч­шему охлаждению магнитопровода и обмоток.

Бак с гладкими стенками обеспечивает достаточное охлажде­ние в трансформаторах мощностью до 20—30 кВА, при большей мощности приходится применять баки гофрированные, трубча­тые, с радиаторами. В еще более мощных трансформаторах дела­ют принудительную циркуляцию и охлаждение масла.

При нагревании масло расширяется, поэтому предусматрива­ют резервный объем. Трансформаторы мощностью более 50 кВА и при напряжении выше 6 кВ снабжают расширителем 2, который представляет собой сосуд цилиндрической формы, установлен­ный на крышке бака и сообщающийся с ним.

В случае значительной перегрузки трансформатора или при коротких замыканиях в об­мотках температура масла повышается сверх допустимых пре­делов и масло разлагается с выделением газов. Во избежание повреждения бака трансформаторы мощностью 1000 кВА снаб­жены выхлопной трубой, наружный конец которой закрыт стек­лянной мембраной. При опасном повышении давления в баке газы выдавливают мембрану и выходят из бака.

На случай аварийной ситуации, которая сопровождается обильным выделением газов, трансформаторы средней и большой мощностей имеют защиту, чувствительным органом которой яв­ляется газовое реле, установленное в трубе, соединяющей бак с расширителем. При срабатывании газового реле подается пре­дупредительный сигнал, а в случае особо интенсивного газовыде­ления трансформатор выключается.

21. Коэффициент полезного действия трансформатора.

К.п.д. трансформатора определяется по формуле :

η = Р₂ / (Р₂ + Рэ + Рм)

Где – Р₂ = U₂I₂cosφ₂, мощность выделяемая в нагрузке, Рэ – электрические потери в трансформаторе, Рм – магнитные потери в трансформаторе. Т.о. для определения к.п.д. предварительно нужно определить электрические и магнитные потери. Для определения электрических и магнитных потерь проводятся опыты короткого замыкания и холостого хода.

Электрические потери - это тепловые потери возникающие в обмотках трансформатора и они вызываются токами протекающими в обмотках. Электрические потери изменяются при изменениинагрузки.

Магнитные потери – это потери возникающие в ферромагнитном сердечнике в результате его перемагничивания и тепловые потери вызываемые в сердечнике вихревыми токами. Магнитные потери пропорциональны напряжению сети и при неизменном напряжении сети являются величиной постоянной не зависящей от нагрузки трансформатора.

Электрические потери, при проведении опыта короткого замыкания будут такими же, как и в номинальном режиме, т.к. при проведении этого опыта в обмотках трансформатора устанавливаются номинальные токи, а электрические потери пропорциональны токам в обмотках трансформатора. Магнитные потери пропорциональны напряжению на первичной обмотке, а т.к. в опыте короткого замыкания к первичной обмотке подводится незначительное напряжение Uк ≈ 0,1U₁ном, то и магнитные потери незначительны. Т.о., пренебрегая незначительными магнитными потерями, можно считать, что вся мощность измеренная при проведении опыта короткого замыкания является мощностью электрических потерь.

Магнитные потери в режиме холостого хода будут такими же как и в номинальном режиме т.к. они пропорциональны напряжению сети а в режиме холостого хода к первичной обмотке подводится номинальное напряжение. Электрические потери, вызываются токами протекающими в обмотках. Т.к. в режиме холостого хода ток во вторичной обмотке отсутствует, а в первичной обмотке протекает лишь небольшой ток не превышающий 10 % от номинального, то и электрические потери в этом режиме незначительны. Т.о., пренебрегая незначительными электрическими потерями, можно считать, что вся мощность измеренная при проведении опыта холостого хода является мощностью электрических потерь.

Величина к.п.д. трансформатора зависит от его нагрузки, т.к. при увеличении нагрузки увеличиваются электрические потери в обмотках трансформатора. Кроме того, она тем больше, чем выше коэффициент мощности потребителя cosφ₂. Наибольший к.п.д. трансформатор имеет при нагрузке, которая составляет 50—70 % от номинальной, что соответствует средней эксплуатационной нагрузке транс­форматора.

Потери энергии в трансформаторе в целом относительно невелики. В зави­симости от мощности трансформатора к. п.д. имеет величину от η = 0,96 (при Sном = 5 кВ-А) до 0,995 (Sном—десятки тысяч кВ-А).