В настоящее время наблюдается заметный рост потребления электричества как промышленными предприятиями, так и бытовыми потребителями. Вследствие чего возрастают нагрузки на трансформаторы, большинство из которых работает на предельных нагрузках, при этом предельный срок эксплуатации трансформаторов оценивается равным 45 лет. Процедура замены трансформаторов в большом количестве является необычайно дорогим мероприятием. К тому же эксплуатация трансформаторов в жаркий период времени года нередко сопровождается случаями их перегрева, нарушениями работы системы охлаждения. Возможным способом увеличения мощности работающего оборудования является организация более интенсивного отвода тепла. Однако существующие способы не всегда являются эффективными, достаточно сложны и дорогостоящи [1, 2]. В связи с этим разработка компактных устройств для охлаждения трансформаторов, работа которых основана на более эффективных принципах передачи тепла, позволит увеличить нагрузку на них при относительно небольших экономических затратах.
С целью увеличения теплового потока авторами настоящей статьи предлагается смонтировать на поверхности охлаждающих ребер маслонаполненного энергетического оборудования каскада из полупроводниковых термоэлектрических преобразователей, холодные поверхности которых являются генератором холода и используются для охлаждения жидкости, а горячие поверхности снабжены системой отвода тепла. Разработанное устройство (рис. 1) содержит верхний и нижний горизонтально расположенные коллекторы, соединенные с баком трансформатора с помощью патрубков, вертикально расположенные охлаждающие трубы [3]. Над нижним горизонтальным коллектором размещена теплопередающая поверхность емкости, установленной на отдельной опоре, заполненной жидким теплоносителем. В качестве теплоносителя может выступать вода.
Нагретая жидкость поступает из верхней части бака трансформатора через патрубок в верхний горизонтальный коллектор, откуда попадает в охлаждающие трубы. При охлаждении жидкости ее плотность увеличивается, и она, опускаясь по трубам вниз, попадает в нижний коллектор. Теплопередающая поверхность емкости обеспечивает наиболее равномерное охлаждение жидкости, находящейся в нижнем горизонтальном коллекторе. Ночью от воды отводится тепло при помощи термоэлектрических преобразователей, увеличивающих движущую силу теплообмена, и часть воды переходит в лед. Лед образуется на ребрах, расположенных в воде. Днем лед тает, забирая избыточное тепло от трансформатора. Достоинством применения устройства является его интегрирование в действующую систему охлаждения трансформатора без демонтажа отдельных элементов оборудования. В жаркое время суток эффективность охлаждения жидкости в нижнем горизонтальном коллекторе повышается вследствие того, что с ростом ее температуры увеличивается конвективная теплоотдача. При этом коэффициент теплоотдачи от воды к стенке при свободном ее движении выше коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании труб турбулентного потока воздуха в 3,57–9 раз. Кроме того, при работе устройства в условиях достаточного количества дождевых осадков над основной емкостью может быть размещена дополнительная емкость, служащая для сбора дождевой воды и имеющая сливной патрубок в нижней ее части, при этом над дополнительной емкостью устанавливается кварцевая лампа для уничтожения микроорганизмов и бактерий, образующихся в дождевой воде.