Неустановившееся тепловое состояние трансформатора

Рис. 10.14.Экспоненциальная кривая нагрева

Превышения температуры (перегревы) обмотки и масла, определяемые согласно § Ю.4 и 10.5, достигают своего установившегося значения не сразу, а по истечении некоторого определенного времени. Период времени, в течение которого происходит изменение перегрева при неизменной нагрузке (и температуре окружающего воздуха), называется периодом неустановившегося теплового состояния.

В первый момент времени включения нагрузки повышение температуры обмотки или масла происходит исключительно за счет их теплоемкости, так как теплоотдача отсутствует. Если бы теплоотдача отсутствовала и далее, то нагрев происходил бы равномерно, и перегрев обмотки или масла достиг бы своего значения, соответствующего заданной нагрузке, по истечении некоторого времени То (для обмотки) и Т (для трансформатора), называемого постоянной времени.

На графике (рис. 10.14) такой нагрев происходил бы по некоторой прямой ОА. Фактически нагрев происходит по некоторой экспоненциальной кривой. Кривая нагрева в начале касательная к прямой ОА, а далее асимптотически приближается к прямой, параллельной оси абсцисс и имеющей ординату, равную τ_уст. Это происходит вследствие постепенного увеличения теплоотдачи с течением времени.

Таким образом, своего установившегося значения перегрев практически достигает спустя время, равное (3÷4) Т. При этом наступает тепловой баланс: количество выделенного в обмотке или трансформаторе тепла становится равным теплу, отведенному через поверхность обмотки или бака.

Уравнение экспоненциальной кривой (при отсутствии начального перегрева)

где τ_t - перегрев в момент времени t

τ_уст - установившееся значение перегрева для заданной нагрузки; Т — постоянная времени.

В общем виде при наличии некоторого начального перегрева τ_н формула кривой нагрева имеет вид

Постоянная времени обмотки

где — удельная теплоемкость меди;

G_M — вес меди, кГ

К_ИЗ — 1,2 ÷1,25 — коэффициент, учитывающий теплоемкость

витковой изоляции.

Постоянная времени трансформатора

где G_M — вес меди, кГ;

Gc — вес стали, кГ;

G6 — вес бака, кГ;

G_max - вес масла, кГ.

Значение постоянной времени силовых масляных трансформаторов обычно бывает 2÷4 ч.

По формулам нагрева и постоянных времени обмотки и масла можно определить их перегрев в любой момент неустановившегося состояния. Можно решить и обратную задачу, например определить время, через которое температура обмотки достигнет допустимого значения при перегрузке трансформатора, т. е. при его нагрузке, превышающей номинальную. Последнее часто требуется в условиях эксплуатации трансформатора.

Контрольные вопросы

• Для чего требуется охлаждение трансформаторов?
• Каковы нормы нагрева обмоток и масла?
• Какими способами измеряются температура обмоток и масла?
• Почему при тепловом расчете трансформатора определяются превышения температуры обмоток и масла, а не их абсолютные температуры?
• Как происходит теплопередача от обмотки в окружающий воздух?
• Отчего возникает циркуляция масла в баке и охлаждающих устройствах?
• Почему более крупные трансформаторы требуют значительно более сложных и эффективных охлаждающих устройств?

ГЛАВА X