Предисловие к русскому изданию
При проектировании и эксплуатации трансформаторов инженеру приходится сталкиваться с необходимостью решения многочисленных проблем, из которых проблема нагрева и охлаждения, являющаяся, пожалуй, одной из практически наименее изученных, играет важнейшую роль в деле создания экономичной и надежной конструкции трансформатора.
Для заданного исполнения трансформатора и номинальных (расчетных) условий охлаждающей среды нагрев и охлаждение его частей однозначно определяются нагрузкой, т.е. неразрывно связаны с выполнением трансформатором его основной функции по передаче электрической энергии. Так как нагрузка большинства трансформаторов меняется не только в течение суток и года, но и в течение всего срока службы, то становится ясным, что создание экономически и технически оптимальной конструкции трансформатора и его системы охлаждения является чрезвычайно трудной задачей. А если учесть, что номинальные условия охлаждающей среды определяют только расчетные значения температур, необходимые для нахождения его температурных параметров в номинальном режиме, и что фактически трансформатор работает в условиях постоянно изменяющихся атмосферных воздействий, то можно представить всю сложность составления правильных исходных посылок для теплотехнического расчета системы охлаждения трансформатора, работающего в течение всего срока службы в переходных тепловых режимах, которые практически невозможно предсказать.
При графиках нагрузки, при которых в трансформаторе появляются температуры, превышающие допускаемые нормами значения, а износ изоляции оказывается выше нормального, происходит снижение надежности и сокращение срока службы. Защита трансформатора от; появления недопустимых температур связана с необходимостью ограничения нагрузки, т. е. с нарушением его основной функции, либо с применением средств форсировки охлаждения.
При графиках нагрузки, при которых температуры в трансформаторе оказываются ниже допустимых, а износ изоляции – ниже нормального, происходит недоиспользование трансформаторной мощности.
Поэтому обеспечение работы трансформатора в условиях, близких к номинальным по температуре и износу изоляции, является важнейшей технико-экономической задачей. Однако сама возможность оптимизации решения этой задачи может и должна основываться только на глубоком знании физики процессов нагрева и охлаждения трансформаторов, на широких экспериментальных исследованиях этих процессов и на использовании такой математической модели расчета, которая с необходимой точностью отражала бы фактически происходящие в трансформаторе гидравлические и тепловые явления.
Этим последним вопросам и посвящена предлагаемая советскому читателю работа Л. Киша, являющаяся частью книги «Трансформаторы большой мощности» трех венгерских специалистов в области трансформаторостроения – К. Каршаи, Д. Кэрэни и Л. Киша, изданной в Венгрии в 1973 г.
Книга Л. Киша является второй изданной на русском языке книгой
(Первая книга – Г. Готтер «Нагрев и охлаждение электрических машин» – издана в СССР в 1961г.)
, в которой делается попытка строгого изложения физических основ и методов теплового расчета трансформаторов.
На базе проведенных экспериментальных исследований автор подробно рассматривает процессы движения охлаждающих сред (масла и воздуха) и условия теплообмена обмена в системах внутреннего и наружного охлаждения трансформатора. Все выводы и аналитические решения получены исходя из основных фундаментальных законов гидродинамики и теплообмена (уравнение движения Бернулли, уравнение теплопроводности Фурье, уравнение теплоотдачи Ньютона и уравнение теплового баланса).
Заслуживают большого внимания впервые освещаемые в отечественной литературе по трансформаторам:
метод гидравлического расчета системы охлаждения при неизотермическом течении охлаждающей среды;
подробные диаграммы распределения температур в трансформаторах, которые построены исходя из рассмотрения условий течения масла и теплообмена в замкнутой гидравлической системе;
метод расчета радиаторной системы охлаждения как совокупность теплового и гидравлического расчета;
метод теплового расчета обмоток, основанный на температурах масла, циркулирующего в их охлаждающих каналах.
Большим достоинством книги является обстоятельное рассмотрение процессов в условиях свободной конвекции охлаждающей среды, изучение которой с точки зрения теории и эксперимента представляет собой наиболее сложную и трудоемкую задачу в трансформаторостроении.
Возможно, многие положения автора покажутся читателю дискуссионными, однако это ни в коей мере не может умалить значения книги, в которой вместо чисто эмпирических формул, не поддающихся теоретическому обоснованию и опирающихся на старые, не всегда безупречные традиции, предложены основы инженерного метода расчета системы внутреннего и наружного охлаждения трансформатора, полностью опирающегося на физические представления.
Во введении автор указывает, что книга предназначена для того, чтобы дать инженерам-электрикам «те основные сведения, которые позволят им понять происходящие при нагревании и охлаждении трансформатора физические процессы». Содержание книги значительно вышло за рамки этой скромной задачи, и для ее изучения требуются определенные знания в области теплотехники и гидравлики, которые при необходимости читатель может почерпнуть из прилагаемого к книге дополнительного списка литературы.
Представляется, что в первую очередь эта книга будет весьма полезна инженерам-теплотехникам, расчетчикам и конструкторам, работающим в области проектирования и исследования трансформаторов, и что она сможет внести определенный вклад в дело дальнейшего совершенствования методики тепловых расчетов в отечественном трансформаторостроении.
При подготовке книги к русскому изданию в нее были внесены некоторые изменения: введена нумерация глав, разделив, формул и новая нумерация рисунков и сделаны соответствующие ссылки в тексте; исключены размерности величин из формул так, как это принято в отечественной литературе; исключены, где это было признано целесообразным, повторяющиеся формулы и наименования обозначений величин; изменены обозначения отдельных величин; переработано изложение отдельных разделов книги.
Г. Е. Тарле