[см], (5.18)
где: Няк – минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака, см. Определяют по табл. 5.2.
Теперь можно определить охлаждающую боковую (эффективную) поверхность гладкого бака
, [м2]. (5.19)
Теплопередача с поверхности бака происходит двумя путями: излучением и конвекцией. Для гладкого бака поверхность конвекции Пк гл равна охлаждающей поверхности Пгл. Поверхность излучения определяют приближенно по формуле
, [м2], (5.20)
где: Ки – коэффициент, учитывающий увеличение поверхности излучения за счет использования дополнительных средств интенсификации системы охлаждения. Для гладкого бака Ки = 1,0; для бака с трубами Ки = 1,2 ÷ 1,5, рис.5.2; для бака с навесными охладителями Ки = 1,5 ÷ 2,0, рис. 5.3.
Для определения необходимой поверхности конвекции для теплоотвода потерь в стали Рх и потерь в меди Рк можно получить формулу
[м2]. (5.21)
Это значение Пк обычно намного превышает поверхность конвекции гладкого бака Пк гл = Пгл, поэтому необходимо увеличить поверхность охлаждения за счет дополнительных охладителей. Широко используют систему охлаждающих труб, привариваемых непосредственно к баку, по которым циркулирует масло (рис. 5.2). Однако, возможности этой системы ограничены. Для трансформаторов большой мощности стали применять навесные охладители радиаторного типа (рис. 5.3). В этой системе количество охлаждающих труб может быть значительно большим, чем в предыдущей.
Методику расчета дополнительной системы охладителей рассмотрим применительно к первому варианту. Сначала определяют потребную поверхность конвекции дополнительных охладителей
. [м2]. (5.22)
Затем выбирают конструктивную схему системы. Следует учесть, что трубы можно располагать в 1÷4 ряда по всему периметру бака. Число рядов труб более четырех не эффективно, так как при этом значительно ухудшается теплоотдача внутренних рядов труб. Соседние трубы разных рядов должны быть расположены одна над другой. Шахматный порядок менее выгоден, так как при этом затрудняется циркуляция воздуха и уменьшается теплоотдача. Количество труб в ряду ограничено расстоянием между ними по периметру бака – шагом tт. Расстояние между рядами труб по высоте бака называют шагом tр. Обе величины можно определить по табл. 5.3. Они показаны на рис. 5.2. Среднее значение длины трубы данной системы можно вычислить на основании определенных конструктивных и технологических требований, однако для упрощения расчета его можно принять равным
, [м], (5.23)
где: Н – глубина бака.
В табл. 5.3 указаны также величина внешней поверхности одного метра трубы Птр в зависимости от ее диаметра, а также число рядов nтр труб в зависимости от мощности трансформатора. Определив ℓтрт, нетрудно найти среднюю поверхность охлаждения одной трубы П1охл, которая равна
[м2]. (5.24)
Теперь количество дополнительных охладителей (труб) находим по формуле
, [шт]. (5.25)
Здесь
Кф – коэффициент формы дополнительного охладителя, выбираемый по табл. 5.4.
Значение nохл следует округлить в большую сторону, чтобы в каждом ряду было одинаковое количество труб и располагались они по сторонам бака равномерно (симметрично).
Выбрав по табл. 5.3 число рядов труб nр, необходимо проверить величину шага tт по формуле
[см], (5.26)
где: Рб – периметр бака, см.
Величина tт должна быть не менее указанного в табл. 5.3.
Проверки величины шага между рядами tр обычно не требуется, однако по высоте бака должны поместиться удвоенное число рядов 2 ∙ nр, выбранное по табл. 5.3 плюс два промежутка е и е', показанные на рис. 5.2 и равные по 10 ÷ 12 см, а также прямые участки труб определенной длины.
Окончательное значение дополнительной поверхности конвекции равно
, [м2]. (5.27)
Окончательное значение поверхности конвекции бака с дополнительной системой охлаждения
, [м2]. (5.28)
В радиаторной системе дополнительных охладителей также используются трубы, выбор которых осуществляют по табл. 5.3. Трубы приваривают не к баку, а к специальным коллекторам прямоугольного сечения. Коллекторы присоединяют к баку трансформатора вверху и внизу по вертикали и устанавливают обычно перпендикулярно стенкам бака, как показано на рис. 5.3. К каждой паре коллекторов приваривают несколько рядов труб с одной или с двух сторон. Их располагают также как в предыдущей системе дополнительных охладителей с учетом значений шагов tт (по горизонтали) и tр (по вертикали). Изогнутые ряды труб каждой пары коллекторов образуют как бы замкнутое пространство между верхним и нижним коллектором, где может быть установлен вентилятор для усиления теплоотдачи труб (дутье). Количество пар коллекторов зависит от размеров бака и расстояния по горизонтали между внешними рядами труб одной пары коллекторов. В первом приближении можно принять по две пары коллекторов с каждой стороны бака по его длине А и по одной паре с каждой стороны бака по размеру В. Длина коллекторов и следовательно число труб в каждом ряду не ограничивают, однако в разумных пределах. Средняя длина трубы в радиаторном охладителе равно примерно высоте бака Н, т.е. ℓтрр ≈ Н. Расчет радиаторной системы дополнительных охладителей не отличается от изложенного выше по формулам 5.24 ÷ 5.28 с учетом особенностей данной системы. Желательно, как и в предыдущей системе располагать трубы по коллекторам и сами коллектора по отношению к баку симметрично и в соответствии с этим выбирать количество охладителей nохл (труб).
После окончательного определения размеров, поверхностей излучения и конвекции можно подсчитать действительные превышения температур обмоток и масла над воздухом.
Среднее превышение температуры масла над стенкой бака
, [°C]. (5.29)
Среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом
, [°C]. (5.30)
В этих эмпирических формулах:
К = 1,05 – 1,1 – коэффициент запаса;
К1 = 1 при естественном охлаждении;
К1 = 0,9 при охлаждении с дутьем.
В заключение необходимо произвести проверочный расчет превышения температуры масла в верхних слоях над окружающим воздухом по формуле 5.13 с учетом коэффициента запаса σ = 1,2
. (5.31)
А также расчет превышения температуры обмоток НН и ВН над окружающим воздухом для каждой обмотки отдельно по формуле
. (5.32)
Если указанные условия не выполняются, то необходимо увеличить эффективную охлаждающую поверхность. Это можно достигнуть увеличением габаритов бака, увеличением количества охладителей, применением дутья при помощи электрических вентиляторов.
Определение количества трансформаторного масла, необходимого для заполнения охлаждающего бака, производят следующим образом. Сначала находят полный объем бака. Для бака прямоугольной формы он равен
[м3], (5.33)
где: А, В, Н – габариты бака, см.
Для овального бака площадь, определяемая размерами А и В уменьшается на величину площади закруглений. Следовательно:
[м2]. (5.34)
Масса активной части трансформатора, содержащая медь обмоток и железо сердечника, равна
, [кг], (5.35)
где: G01 – масса меди обмотки НН, кг;
G02 – масса меди обмотки ВН, кг;
Gст – масса стали сердечника, кг.
Для определения объема активной части трансформатора можно использовать приближенную формулу
, [м3]. (5.36)
где: γач – средняя удельная масса активной части трансформатора.
Для трансформаторов с медными обмотками 
, с алюминиевыми обмотками 
.
Общая масса масла определяется приближенной формулой
, [т]. (5.37)
Здесь: - коєффициент 1,05 учитывает массу масла в расширительном бачке;
- Gм.охл – масса масла в дополнительных элементах охладительной системы, т.е. в трубах или радиаторах.
Массу масла в трубах можно определить по их общей длине и массе масла в 1 погонном метре трубы в соответствии с табл. 5.3
[т]. (5.38)
где: ℓтрт – средняя длина трубы в дополнительной системе охлаждения, м;
nохл – количество труб в дополнительной системе охлаждения;
Gмтр – масса масла (кг) в одном погонном метре трубы. Определяется по табл. 5.3.
При охлаждении массы масла в трубах радиаторной системы дополнительных охладителей необходимо учитывать массу масла в коллекторах, к которым приваривают охлаждающие трубы. Обычно они имеют прямоугольное поперечное сечение, размеры которого зависят от числа рядов труб. Длина коллекторов зависит от числа труб в ряду. Следовательно, объем масла в коллекторах поддается расчету. Однако для упрощения расчета целесообразно значение величины Gм.охл, рассчитанное по 5.38, увеличить на 25-30%, то-есть умножить на коэффициент Кк = 1,25 ÷ 1,30.