如何计算变压器热量产生和温升限值？
首先我们要知道变压器运行时，铁芯、线圈和金属结构件中均要损耗能量，这些损耗将转变为热量向外传递，从而引起变压器器身温度升高。
变压器在开始运行时，变压器器身温度上升很快，但随着线圈和铁芯温度的升高，这种温度和周围冷却介质就有一定的温度差，将一部分热量传给周围介质，使介质温升增高。于是器身的温升速度就逐渐减慢，经过一定时间后，达到稳定状态（温度不再继续升高），此时线圈和铁芯所产生的热量全部散发到周围介质中，这种状态称为热平衡状态。变压器安全运行就是在一定温度限值下，保持这种热平衡状态。变压器的温升限值是以变压器的使用寿命为基础的。



油浸电力变压器一般采用A级绝缘材料，它允许的温度为105℃，目前对油浸式变压器最热点的寿命计算温度一般认为是98℃。线圈的平均温升为65K，线圈的年平均温度为65+20=85℃，油顶温升为55K，而线圈最热点的温升比油顶层温升高23K，因此线圈最热点的温升为78K，年平均最热点温度为98℃，恰好符合A级绝缘材料预计运行20年的寿命要求。温度对绝缘的影响是每升高6K，则绝缘老化寿命就减少一半。对于强油导向冷却变压器，其线圈最热点温升与平均温升之差比非强油导向结构要低5K以上，因此在保证相同的线圈最热点安全使用温度条件下，将导向冷却的变压器线圈温度提高5℃，故规定线圈平均温度为70℃。当油面温度达95℃以上时，变压器油将显著变化，所以油面温度按55℃考虑，当周围气温为40℃时，可使油面温度限制在95℃左右。注：出厂时，试验地点的海拔高度低于1000m时，对变压器的温升值不予校正。

当超过1000m时，应按下列规定进行校正：a.油浸自冷式，每增加1000m降低温升限值0.4%；b.油浸风冷式，每增加1000m降低温升限值0.6%。在空气自冷、油浸自冷和油浸风冷情况下，变压器靠对流和辐射散出热量。单位面积散出的热量与周围空气密度有关。海拔高，大气压降低，空气密度下降，使对流散热效率下降，引起变压器温升升高，因而变压器温升与安装地点的海拔高度有关。周围空气密度只影响对流，不会影响辐射。安装海拔高度对扁管式油箱和散热式油箱影响较大，而对平板油箱影响较小，因为平板箱壁的热量有60%是靠辐射散出。强油水冷变压器的温升与安装地点的海拔高度无关，因为散热主要是在冷却器内进行的。海拔高度会影响变压器温升限值和外绝缘水平。

变压器热量产生和温升限值计算方法如下：

根据IEC76-2规定，海拔高度超过1000m以上时，油浸自冷式变压器温升限值应降低2%，油浸吹风冷却器变压器应降低3%。一般情况下，安装海拔高度规定不超过1000m，但国内不少地区的海拔高度超过1000m，因此变压器在做出厂试验时，应将试验地点的温升数值校正到1000m，因此，温升不应超出标准中规定的温升限值。变器的温升及温度限值规定必须明确以下九个内容：1.环境温度。最高气温40℃；最低气温-30℃；最高日平均气温30℃；最高年平均气温20℃。2.冷却水温度。最高冷却水温度为30℃；年平均温度为25℃。3.铁芯对油的平均温度。自冷及风冷式为35~40℃；强油风冷及水冷式为25~30℃。4.线圈对油的平均温度。自冷及风冷式为20~25℃；强油循环为25~30℃。5.油对空气的平均温度。自冷及风冷式为40℃；强油循环为35℃。6.铁芯表面最高平均温度。自冷及风冷式为30～35℃+40℃+40℃=110~115℃；7.线圈表面的最高平均温度。自冷及风冷式为25℃+40℃+40℃=105℃；强油循环为30℃+35℃+40℃=105℃。8.变压器油的平均温度。自冷及风冷式为40℃+40℃=80℃；强油循环风冷为35℃+40℃=75℃；强油循环水冷为35℃+30℃=65℃。9.油面最高温度。自冷及风冷式为35℃+40℃=75℃强油风冷式为40℃+40℃=80℃。在稳定散热情况下，线圈及铁心中所有产生的热量都发散到媒质中去。
热流所走的路径是很复杂的，对于油浸式电力变压器，可分成下列几个部分：
1.从线圈或铁心的中部流到其外表面，这是依靠传导的作用；
2.从线圈或铁心的外表面到油中，再到油箱壁，这是依靠对流的作用；
3.从油箱壁到空气，这是依靠对流及辐射的作用。理论分析和试验结果表明，在变压器内部沿高度方向的温度变化是不一样的，快到油箱顶部的温度较高，而下部较低，温度分布曲线。h-油箱高度；1-油的温度；2-油箱壁温度；3-线圈温度；4-铁心温度。对于自冷式变压器来说，一般上层油温比平均油温高20%左右。由于对流作用，当热油碰到箱壁或油管壁时，将一部分热量传给它们，使管壁和箱壁温度升高，又通过传导方式，热量从内侧传导到壁的外侧（壁的内外侧温差一般不会超过3K），与周围的介质（空气）产生温差，再通过对流和辐射作用，将热量散发到周围空气中。
由此可知，将线圈、铁芯所产生的热量散发到变压器外面的空气中，要经过许多部分，热流每通过一部分均要产生温差，而温差的大小与损耗和介质的物理特性有关。变压器的温升计算，就是各部分的温差，其中有线圈对油的温差、铁芯对油的温差、线圈对空气的平均温升、铁芯对空气的平均温升、油对空气的平均温升以及油顶层最高温度与周围空气温度的差值。

由此可知，变压器油箱壁和邻近的气体之间的换热，是对流、导热和辐射三种现象共同作用的结果，所以换热过程是比较复杂的。油在变压器线圈表面受热后，升向油箱上部，与油箱或油管接触放出一部分热量再向下流，冷油重新回到线圈，形成闭合对流线路。油与箱壁之间温差一般小于3～6K，油箱内壁之间温差很小。热量从油箱外表面经过对流和辐射（传导很小）散发到冷却媒质中去。现将变压器换热过程中，对流、辐射、温升计算说明如下：
1.对流散热计算油箱外表面的空气对流与油箱风部油的对流是不同的，不是同一整体，当箱壁产生的热气上升时就产生负压区，附近冷却空气自动进入负压区而形成对流。热空气流动到离变压器一定距离之后就会冷却，不再一定回到箱壁了，所以不是同一整体。经对流散入空气中的热，是由油箱壁与空气温度、箱壁高度、表面外形及大气压力等因素决定的。
由试验得单位对流散热率可用下式表示：qk=KkΦ4Ty（11）式中qk--箱壁与空气温差为1K时，单位面积上对流散入空气中的热量；Ty--箱壁表面温度与空气温度之差;K--散热系数（经验数据），油箱高为1～5m，大气压为760mmhg时，k=2.5；kΦ--形状系数，平面油箱kΦ=1；管式油箱时管间空气摩擦，对流散热减小，一排管时kΦ=1，二排管时为0.96，三排管时为0.93，四排管时为0.9。油箱表面对流放出的总散热量：Qk=qkTyFk=2.54TyTyFK=2.5T1.25yFK（12）式中Fk为油箱对流表面，油箱等全部展开表面积之和。

2.辐射散热计算由试验可知，辐射散入空气中的热和辐射体温度及其周围物体（或空气）的温度之间关系为：qλ=C(T1/100)4-(T2/100)4T1-T2(13)式中qλ--温差为1K时，由辐射体单位表面上辐射出的热量；T1、T2--辐射体及空气的绝对温度，K；C--常数，决定于辐射体的表面情况，暗淡和粗糙的表面比光滑和平滑的表面为大。对于变压器油箱可以采用C=5.0（W/m2·K4）。上式对温度在很大范围内都适用的，但实际应用上不大方便。
计算变压器油箱时，箱壁表面与空气温度之差一般是比较小的，约在25～70℃左右，根据试验可简化为：qλ=2.844Ty（14）式中Ty=T1-T2油箱全部表面上辐射热量：Qλ=qλTyFλ=2.84T1.25yFλ（15）式中Fλ--油箱辐射表面。变压器总的散热量：Q=Qk+Qλ=(2.5FK+2.84Fλ)T1.25y（16）式中F--对流加辐射总的散热面。3.油的平均温升计算变压器油箱上总散热量应等于总损耗∑p：Q=C1FT1.25y=∑p（17）单位热负荷qT=pF=C1T1.25y两边取对数lnqr=1.25lnTy+lnC1lnTy=11.25(lnqr-lnC1)=0.8lnqrC1Ty=(qrC1)0.8=1C0.81q0.8r在自冷情况下1/C0.81=0.262，所以自冷式油温升为：Ty=0.262q0.8r（18）同理可求出风冷式油温升为：Ty=0.91q0.8r（19）。