Наибольшее распространение получили трансформаторы с естественным масляным или воздушным охлаждением (трансформаторы с воздушным охлаждением активных частей называются «сухими» трансформаторами).
В трансформаторах с естественным масляным охлаждением активные части (обмотки, магнитопровод), являющиеся источниками тепла, устанавливаются в баке, заполненном трансформаторным маслом. Тепло, выделяющееся в обмотках и магнитопроводе, передается через их наружную поверхность охлаждающему маслу. Нагретое масло имеет меньшую плотность, чем холодное масло вблизи стенок бака. Возникает конвективная циркуляция масла в баке. Около нагретых частей оно движется, постепенно нагреваясь, вверх; около стенок бака, постепенно охлаждаясь и отдавая запасенную тепло через стенки бака окружающему воздуху, — вниз (рис. 1).
В установившемся режиме в каждом горизонтальном сечении устанавливается такое распределение температуры (рис. 2), при котором превышение температуры магнитопровода и обмоток над маслом, с одной стороны, и превышение температуры масла над окружающим воздухом, с другой стороны, оказываются достаточными для того, чтобы все тепло, выделяющееся в активных частях, передавалось за счет конвекции маслу и от масла к стенкам бака, а затем от наружной поверхности стенок бака путем конвекции и теплового излучения к окружающему воздуху.
Рис. 1. Изменение температуры по высоте трансформатора:
1 — температура масла; 2 — температура стенок бака; 3 — температура обмотки; 4 — температура магнитопровода
Как видно из рисунка, внутри магнитопровода, обмоток и стенки бака благодаря большой теплопроводности металлов, из которых они изготовлены, температура изменяется незначительно. Значительно большие перепады температуры наблюдаются в изоляции обмоток и при передаче тепла от магнитопровода и наружной поверхности изоляции обмоток к маслу и от масла к стенкам бака. Особенно велик перепад температуры между наружной поверхностью стенки бака и окружающим воздухом.
С увеличением мощности трансформатора возникают затруднения с отведением тепла от наружной поверхности бака. Это связано с тем, что потери в трансформаторе, приходящиеся на единицу поверхности, возрастают пропорционально первой степени линейного размера.
Для сохранения превышения температуры на допустимом уровне поверхность охлаждения искусственно увеличивают, устраивая каналы в магнитопроводе и обмотках и размещая на боковых стенках бака охладители или радиаторы (рис. 3). Циркуляция масла через радиаторы в трансформаторах с естественным охлаждением происходит за счет конвекции.
Рис. 2. Распределение температуры в горизонтальном сечении масляного трансформатора с естественным охлаждением
Рис. 3. Охлаждающий радиатор
Рис. 4. Вентиляторы, обдувающие радиатор
В сухом трансформаторе с естественным воздушным охлаждением активные части омываются окружающим воздухом. Воздух удаляет тепло из трансформатора за счет конвекции; некоторая часть тепла отводится за счет теплового излучения.
В крупных трансформаторах применяется масляное охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла. В таких трансформаторах охлаждающие радиаторы обдуваются вентиляторами с индивидуальным приводом (рис. 4). Дополнительное улучшение охлаждения достигается применением принудительной циркуляции масла в трансформаторе, которая осуществляется специальными насосами с электрическим приводом. Система охлаждения, в которой сочетается дутье с принудительной циркуляцией масла, называется масляной с дутьем и принудительной циркуляцией масла. Еще большая интенсификация теплоотвода достигается в масляно-водяных системах охлаждения с естественной или принудительной циркуляцией масла. При естественной циркуляции масла водомасляные теплообменники размещаются на стенках бака; при принудительной — устанавливаются отдельно. Масляно-водяные системы охлаждения требуют много проточной воды и применяются на гидростанциях, где она имеется.
