В § 3.2 была очерчена тепловая цепь работающего масляного трансформатора (путь теплового потока). В нем участвуют обмотка и магнитопровод, масло, стенки бака и атмосферный воздух. Желая определить температуру ННТО, мы будем иметь дело с системой тепловых тел (в наших допущениях – однородных), причем обмотка и магнитопровод как бы параллельны, а масло, стенки бака и воздух образуют последовательную с ними цепь.
Первое, очевидное упрощение - это превратить тепловую цепь в последовательную. Это решается заменой обмотки и магнитопровода одним тепловым телом. Магнитопровод отдает свои потери обмотке и из дальней-
шего теплового расчета выбывает, так как его допустимая температура намного выше допустимой температуры обмоток и ограничивать нагрузку не может.
Теперь получили систему трех тепловых тел (кроме охлаждающей среды):
1. Обмотка, в которой выделяются суммарные потери;
2. Масло, в котором выделения тепла не происходит;
3. Стенки бака трансформатора, выделениями тепла в
которых можно пренебречь.
В трансформаторостроении, в теории трансформаторов чаще применяются именно трехмерные тепловые модели, а есть и еще более подробные. Но в расчетах нагрузочной способности трансформаторов вполне достаточно наличие двух тепловых тел - обмотки и масла.
Для инженерных расчетов соединение в одном теле обмотки и магнитопровода и отказ от учета стенок бака не несет ощутимой погрешности. ГОСТ 14209-85 на нагрузочную способность узаконивает именно такую – двумерную тепловую модель силового масляного трансформатора.
Электрическая аналогия (см. § 2.3) дает нам возможность представить путь теплового потока в виде последовательной цепи от обмотки к охлаждающей среде. Задача расчета температуры в начале потока (то есть температуры ННТО Jо) при известной температуре в конце (температуре охлаждающей среды Jос) заключается в расчете разностей температур на участках. Иными словами, температура ННТО Jо будет равна температуре охлаждающей среды Jосплюс значения перегревов (разностей температур) на участках тепловой цепи, то есть на участке "обмотка - масло" и на участке "масло –
охлаждающая среда".
Jо = Jос + J + t,(3-9)
где J = Jвсм - Jос – перегрев масла над охлаждающей
средой;
t = Jо - Jвсм– перегрев обмотки над маслом;
Jвсм – температура верхних слоев масла.
Выше, в § 2.1, было отмечено, что задача расчета перегрева тела над охлаждающей средой в зависимости от мощности нагрева и времени ее действия распадается на две подзадачи – определение установившегося значения перегрева для этой мощности и расчет перегрева по выражениям (2-17) или (2-18).
Силовые масляные трансформаторы – сложные тепловые системы, и для них коэффициент теплоотдачи А будет разным при разных значениях мощности нагрева Р. Поэтому величины Jу и tудля трансформаторов не могут быть рассчитаны по выражению (2-4). Они определяется опытным путем через относительные нагрузки.
Относительная нагрузка или коэффициент нагрузки