Нагревание и охлаждение электрических машин и трансформаторов. Нагревание и охлаждение электрических машин

Все виды потерь, происходящие в электрической машине, преобразуются в теплоту, которая частично идет на нагревание машины, а частично отдается в окружающую среду. Условно принято считать, что нагрев происходит равномерно по всему объему ма­шины, а рассеивание теплоты происходит также рав­номерно со всей ее поверхности.

Итак, в процессе работы электрическая машина нагреваете, при этом для разных ее частей установлены предельно допусти­мые температуры перегрева.

Наиболее чувствительна к перегреву электрическая изоляция обмоток. Под действием температур, превышающих допустимые значения, ускоряется процесс теплового старения изоляции, ухуд­шающий ее изоляционные и механические свойства. Электроизо­ляционные материалы, применяемые в электротехнических изде­лиях, разделяются на пять классов нагревостойкости, обозначаемыхА, Е, В, Fи Н. В электрических машинах применяют изоляцию трех наиболее нагревостойких классов: В, Fи Н. В процессе работы машины изоляция обмоток нагревается неравномерно, при этом измерение температуры нагрева в наиболее горячих точках технически невозможно. Поэтому, согласно действующему стандарту, предельные температуры нагревания изоляции обмоток принимают ниже предельно-допустимых значе­ний соответствующего класса нагревостойкости:

Класс нагревостойкости изоляции	В	F	Н
Предельно-допустимая температура нагрева изоляции, °С
Предельно-допустимая температура нагрева обмоток двигателя,°С
Предельно-допустимые превышения темпера­туры обмоток при Θ1 = 40 °С

Чрезмерный перегрев неблагоприятно влияет и на другие части машины, например, подшипники, контактные кольца и др.

Для машин, работающих в условиях повышенных температур окружающей среды, например, в условиях металлургического производства, температуру Θ₁, принимают более 40 °С.

40 Охлаждение трансформаторов.

Отсутствие у трансформаторов вращающихся частей уменьшает нагрев трансформатора из-за отсутствия механических по­терь, но это же обстоятельство усложняет процесс охлаждения, так как исключает применение в трансформаторах самовентиляции. По этой причине основной способ охлаждения трансформаторов — естественное охлаждение. Однако в трансформаторах значительной мощности с целью повышения удельных электромагнитных нагрузок применяют более эффективные методы охлаждения. Наибольшее применение получили следующие способы охлаждения трансформаторов.

Естественное воздушное охлаждение.Все нагреваемые части трансформатора непосредственно соприкасаются с воздухом. Их охлаждение происходит за счет излучения теплоты и естественной конвекции воздуха. Иногда такие трансформаторы снабжают защитным кожухом, имеющим жалюзи или же отверстия, закрытые сеткой. Этот вид охлаждения применяют в трансформаторах низкого напряжения при их установке в сухих закрытых помещениях.

Естественное масляное охлаждение.Магнитопровод с обмотками помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом, которое омывает нагреваемые части трансформатора, путем конвекции отводит теплоту и передает ее стенкам бака, последние, в свою очередь, охлаждаются путем излучения теплоты и конвекции воздуха. Для увеличения охлаждаемой поверхности бака его делают ребристым или же применяют трубчатые баки (см. рис. 1.13). В трансформаторах большой единичной мощности трубы объединяют в радиаторы (радиаторные баки). Нагретые частицы масла подни­маются в верхнюю часть бака и по трубам опускаются вниз. При этом, соприкасаясь со стенками труб, масло охлаждается. Трансформаторное масло обладает высокими электроизоляционными свойствами, поэтому, пропитывая изоляцию обмоток, оно улучшает ее свойства и повышает надежность трансформаторов при высоких напряжениях. Это особенно важно для трансформаторов, устанавливаемых на открытых площадках. Следует заметить, что масляное охлаждение усложняет и удорожает эксплуатацию трансформаторов, так как требует систематического контроля за качеством масла и периодической его замены.

Масляное охлаждение с дутьем. Трансформаторы снабжают электрическими вентиляторами, которые обдувают радиаторы трансформатора. Конвекция масла внутри бака остается естественной. Этот вид охлаждения позволяет увеличить единичную мощность трансформатора на 40¸50%. Обычно масляное охлаждение с дутьем применяют в трансформаторах мощностью свыше 10 000 кВт. При снижении нагрузки трансформатора с дутьевым охлаждением на 50¸60% вентиляторы можно отключить, т. е. перейти на естественное масляное охлаждение.

Масляное охлаждение с дутьем и принудительной циркуляцией масла. С помощью насоса 1(рис. 5.8) создают принуди­тельную циркуляцию трансформаторного масла через специальные охладители 2 собранные из трубок. Одновременно необходимое число вентиляторов 3 создает направленные потоки воздуха, обдувающие поверхность трубок охладителя.

Масляно-водяное охлаждение Нагретое в трансформаторе 1 масло посредством насоса 2 прогоняется через охладитель 3,в котором циркулирует вода. Это наиболее эффективный способ охлаждения, так как коэффициент теплопередачи от масла в воду значительно выше, чем в воздух. Одновременно масло проходит через воздухоохладитель 4и фильтр 5, где освобождается от нежелательных включений.