变压器的温升计算

第六章变压器的温升计算

第一节变压器的发热和冷却过程

无论油浸式变压器或是干式变压器，它们在运行的过程中，由于有铁耗与铜耗在，这些损耗都将转换成热能而向外发散，从而引起变压器不断发热和温度升高。 具体而言，铁耗和铜耗所产生的热量将首先使铁芯和绕组的温度逐步升高。最温度上升很快，但随着铁芯和绕组温度的升高，它们对周围的冷却介质(如油或空气有一定的温度差(又叫温差或温升)，这时绕组及铁芯就将一部分热量传到周围的介质去，从而使周围的介质温度升高，此时，由于绕组及铁芯有一部分热传给周围介质本身温度上升的速度将逐渐减慢。经过一段时间后，绕组及铁芯温度最终达到稳定态，而不再升高，这时绕组和铁芯继续产生的热量将全部散到周围介质中去。这就热平衡状态，上述过程是受“传热学”的规律所决定的。

在热稳定状态(热平衡)下，热流体所经过的路径是很复杂的。在油浸变压器中般可有下列几个特点：

(1)绕组及铁芯的损耗所产生的热量，将由绕组及铁芯的内部最热点，依靠传导传到绕组及铁芯与油接触的表面。因而表面温度总比内部最热点的温度要低

图6—1表示了绕组的内部沿辐向方向的温差分布情况．

变压器在做绕组的温升试验及计算时，只能得出绕组的平均温升，而绕组的最比平均温升一般要高出10～15℃．如前所述，最热点温升对确定变压器的负载能力言，是很重要的数据，目前虽可以利用光纤测温等方法来测量绕组最热点的温度，装置费用昂贵，迄今尚未被广泛采用。

(2)当绕组及铁芯内部的热量传到表面以后，此时，绕组及铁芯表面的强度就会的温度要高些，从而将有一部分热量传到绕组及铁芯表面附近的油中，并使油的温渐上升。

一般绕组平均温度比油的平均温度要高出20~30℃(这就是说，绕组对油的平升一般为20~30℃)，通常在设计时，根据经验把绕组对油沮升控制为不超过25K较

(3)当绕组及铁芯附近的油被加热之后，就会自动向上流动，而冷却后的冷油则流动，这就是抽的对流作用(油的热传导性能很差，主要靠对流)，从而使整个变压器箱中的油温升高．另外，热油总向上流动，冷油向下流动，故油箱上部的油总比下沮要高些。通常，上层油温要比平均油温高出20％左右。

图6—2表示油在绕组的油道中的流动方向，图6—3表示在管式油箱中油的对流和轴向温升分布情况。图6—4为辐向温升的分布情况．

(4)在绕组和铁芯附近的热抽，由于对流作用，在油箱内流动，当热油碰到油箱冷却油管，就会有一部分热量传给箱壁或管壁，而使油温下降，变成较冷的油，向动。此外，箱壁或管壁受热后而温度上升。箱壁或管壁对周围介质(空气)也产生一定差。当热传导至外表之后，借对流和辐射作用，将热散发到空气中去。

综上所述，变压器的绕组、铁芯处产生的热量散发到变压器外面的空气中，要许多部位，热流每通过一部分均要产生温差，而温差的大小与损耗值和介质的物瑚有关。变压器的温升计算，就是计算各部分的温差，其中有绕组对油的温差、铁芯的温差、绕组对空气的平均温升、铁芯对空气的平均温升、油对空气的平均温升以顶层最高温度与周围空气温度的差值。以上主要分析的油浸式变压器的发热和冷却程。对干式变压器而言，其发热与冷却过程要筒单一些。通常，干变的铁芯与绕组热是先传给周围的固体绝缘介质(如环氧树脂)，然后再经过介质表面，依靠空气的对与辐射作用再传给大气。