Измерение температуры наиболее нагретой точки трансформатора

Наиболее критичной температурой, ограничивающей нагрузку трансформатора, является температура, достигаемая в наиболее нагретой части обмотки, и требуется преодолеть существенные трудности, чтобы определить эту температуру достаточно точно. Для этой цели могут применяться непосредственные измерения (с помощью оптико-волоконной или подобной техники). Они позволяют уточнить температуру наиболее нагретой точки, по сравнению с результатами, полученными расчетным методом, изложенным в ГОСТ 14209—97 и МЭК 60354 (1991).

Определение температуры

Расчетные методы, изложенные в стандартах, основаны на некоторых допущениях. Тепловая диаграмма, приведенная на рис. 1, упрощена, по сравнению с фактически более сложным распределением температуры. Приняты следующие допущения:
а) температура масла внутри обмоток возрастает линейно снизу вверх независимо от вида охлаждения;
б) превышение температуры проводника в любой точке возрастает линейно параллельно превышению температуры масла с постоянной разницей g между двумя прямыми линиями (g — есть разница между средним превышением температуры, измеренным по сопротивлению и средним превышением температуры масла);
в) превышение температуры наиболее нагретой точки выше, чем превышение температуры проводника в верхней части обмотки, как показано на рис. 1, вследствие допущения, которое было сделано учитывая увеличение добавочных потерь. Чтобы учесть их нелинейность, разница между температурами наиболее нагретой точкой и маслом в верхней части обмотки принята равной Hg. Коэффициент // может меняться от 1,1 до 1,5, в зависимости от размеров трансформатора, сопротивления короткого замыкания и конструкции обмотки.
В расчетных таблицах в стандартах этот коэффициент принят равным 1,1 для распределительных трансформаторов и 1,3 для средних и больших силовых трансформаторов.

Рис. 1. Схема распределения температуры.

Температура верхних слоев масла, измеренная при испытаниях на нагрев, отличается от температуры масла, выходящего из обмотки, особенно во время переходного периода при возникновении большой нагрузки. Фактически верхнее масло является смесью различных потоков масла, которые циркулируют вдоль и снаружи обмоток.
При охлаждении типа ON разница между основными обмотками не имеет особого значения. Температура масла в верхней части разных обмоток принимается равной температуре смеси масла в верхней части бака.
Для охлаждения типа OF' и OD температура в верхней части обмотки принимается равной температуре нижних слоев масла плюс удвоенная разность температуры среднего масла в данной обмотке и температуры нижних слоев масла.
Различные типы охлаждения должны рассматриваться и рассчитываться по-разному, ввиду разницы в потоках масла.
Для охлаждения типов ON и Об считается, что циркуляция масла в обмотках определяется нагревом обмоток, тогда как в случае OD скорость потока масла определяется главным образом насосом и не зависит от температуры масла.
При охлаждении OF\\ OD среднюю температуру масла следует определять лучшим из имеющихся методов, т.к. расчет наиболее нагретой точки непосредственно зависит от этого определения. В МЭК 60076-2 и ГОСТ 3484-2—88 приводятся несколько методов определения поправки к превышению средней температуры обмотки. Альтернативный метод определения средней температуры масла по результатам испытаний приводиться в МЭК 60354 (1991) для применения в расчетах нагрузочной способности.
Ввиду того, что постоянная времени обмоток обычно очень мала (5—10 мин), она имеет только ограниченное влияние на температуру наиболее нагретой точки даже при кратковременной нагрузке большой величины.
Так как наибольшая кратковременная нагрузка, рассмотренная в стандартах, равна 30 мин, постоянная времени обмотки принята равной нулю.
Для расчета превышения температуры наиболее нагретой точки при длительной, циклической или другой нагрузке могут быть использованы различные источники тепловых характеристик, а именно:
а) результаты специальных испытаний, включая прямое измерение температуры наиболее нагретой точки или температуры верхних слоев масла в обмотках (при отсутствии прямых измерений температура наиболее нагретой точки, коэффициент наиболее нагретой точки Я может быть определен только изготовителем);
б) результаты обычных испытаний на нагрев;
в) значений превышения температуры при номинальном токе.
В таблице 1  приведены тепловые характеристики, использованные для создания графиков и таблиц допустимых нагрузок, приведенных в МЭК60354 (1991) и ГОСТ 14209-97.

Таблица 1. Тепловые характеристики, используемые при составлении таблиц нагрузок

*Для видов охлаждения ON значения Л0.г принимают равным Л0(
Следует отметить, что для больших силовых трансформаторов, если измеренное среднее превышение температуры обмотки при номинальном токе находиться в пределах 65 °С, для охлаждения ON и OF и 70°С для охлаждения ОД превышение температуры наиболее нагретой точки при номинальном токе может превысить 78 °С в зависимости от конструкции.
В стандартах приводятся уравнения для расчета температуры в стационарных и переходных режимах.