Při vzniku odporu a jiných ztrát ve vinutí transformátoru vzniká teplo. Toto teplo musí být převedeno do transformátorového oleje a odvedeno pryč transformátorovým olejem. Při teplotách pod několik set stupňů Celsia si dráty vinutí mohou stále zachovat svou mechanickou pevnost. Při teplotách nižších než kolem 140 stupňů se transformátorový olej nezhoršuje, ale když teplota překročí 90 stupňů, stupeň poškození papírové izolace se výrazně zvýší. Proto musí průtok chladicího oleje zajistit, aby se teplota izolace udržela co nejvíce pod touto teplotní hranicí.
Maximální teplota, při které se izolace papíru nezhorší, je kolem 80 stupňů. Není však ekonomické ani praktické za žádných okolností omezovat teplotu izolace transformátoru na tuto úroveň. V důsledku změn okolní teploty a aplikovaného zatížení maximální teplota 80 stupňů obvykle znamená, že izolační teplota transformátoru bude po většinu času nižší než 80 stupňů, a proto bude životnost izolace transformátoru výrazně vyšší než jeho návrhová životnost. Určujícím faktorem pro očekávanou životnost transformátoru, kromě selhání transformátoru způsobeného předčasnými poruchami, je provozní teplota izolace, přesněji provozní teplota nejteplejší části (nebo hotspotu) hrany. Problém, který musí konstruktéři vyřešit, je určit přípustnou hodnotu teploty horkého místa. Mnoho vědců studovalo tento problém a většina lidí věří, že degradace nebo rychlost stárnutí papírové izolace se rychle zvýší se zvýšením pracovní teploty. V roce 1930 Monteschinger publikoval zprávu o izolačních materiálech používaných na litr tehdejší teploty a jeho závěr byl, že mezi 90-110 stupni se rychlost stárnutí izolace zdvojnásobí, pokud bude teplota transformátoru o 8 stupňů vyšší. Jiní ve svém výzkumu na toto téma zjistili, že teplota, při které se rychlost stárnutí izolace zdvojnásobí pro různé izolační materiály používané v Číně, je 5-10 stupňů. V dnešní době je 6 stupňů obecně považováno za teplotu, která zdvojnásobuje rychlost stárnutí současných izolačních materiálů.
Je důležité si uvědomit, že pro izolační materiály neexistuje žádná "správná" provozní teplota a mezi konstruktéry transformátorů neexistuje jednotné porozumění ohledně stanovení přípustné teploty horkého místa pro transformátory za normálních provozních podmínek. Ve skutečnosti si lidé nyní uvědomili, že mnoho faktorů, jako je vlhkost, kyselost a obsah kyslíku v oleji, všechny určují systém absorpce vlhkosti a stav údržby transformátorů a mají velmi důležitý dopad na životnost izolace transformátorů. EN60076 a další mezinárodní normy stanovily limity pro přípustný nárůst teploty hotspotů transformátorů, zejména s ohledem na to, že očekávaná provozní životnost transformátorů je alespoň asi 30 let. Předpokladem stanoveným v těchto dokumentech je průměrná teplota horkého místa 98 stupňů.
Je třeba také uznat, že nárůst teploty stanovený normou může být pouze nárůstem teploty těch částí, které lze v praxi měřit. V transformátorech jsou obvykle určité teploty horkého bodu, které jsou vyšší než měřitelná teplota. Právě tyto teploty horkých míst určují životnost transformátorů.
Studie o přípustném nárůstu teploty specifikovaném v EN60076 ukazuje, že specifikovaný nárůst teploty může mít různé hodnoty, které závisí na cirkulačním režimu transformátorového oleje. Důvodem této regulace je, že mohou existovat určité rozdíly mezi měřitelnými hodnotami nárůstu teploty a neměřitelný nárůst teploty horkého bodu se bude lišit v závislosti na režimu cirkulace transformátorového oleje. Metody cirkulace oleje uvedené v EN60076-2 jsou následující: přirozená cirkulace oleje; Nucená nesměrová cirkulace oleje; Nucená směrová cirkulace oleje.
Přirozená cirkulace oleje využívá teplotního rozdílu tlaku generovaného ohřevem oleje: olej se zahřívá uvnitř vinutí a ochlazuje se v chladiči, aby se snížil.
Ve struktuře nucené cirkulace oleje se olejové čerpadlo používá k odsávání chladicího oleje z chladiče a jeho dodávání do spodní části vinutí a poté cirkuluje vertikálním axiálním průchodem oleje tvořeným „horními“ a „spodními“ podpěrami drátů vinutí. Při diskusi o vertikálním axiálním průchodu oleje uvnitř vinutí se „horní“ a „spodní“ část drátu vztahuje k místům, kde je vinutí „blízko“ a „daleko“ od železného jádra. Radiální olejový kanál a axiální olejový kanál uvnitř vinutí jsou spolu spojeny. V nesměrové struktuře olejové cirkulace závisí tok oleje v radiálním olejovém kanálu (horizontální olejový kanál), který spojuje horní a spodní axiální olejový kanál, zcela na tepelných a turbulentních účincích oleje a rychlost toku oleje v radiálním olejovém kanálu je mnohem nižší než v axiálním olejovém kanálku. Ve struktuře s nucenou cirkulací oleje je chladicí olej nejprve odeslán do sběrného potrubí oleje ve spodní části vinutí a poté prochází každým hlavním vinutím ve vhodném poměru. Uvnitř vinutí by měly být v pravidelných intervalech instalovány přepážky pro vedení toku oleje. Tyto vodicí přepážky střídavě blokují vnější a vnitřní axiální olejové kanály vinutí, takže chladicí olej musí proudit horizontálním olejovým kanálem po zakřivené dráze uvnitř vinutí, aby byl zajištěn dostatečný průtok oleje ve všech částech vinutí. Rychlost přenosu tepla do značné míry závisí na rychlosti proudění oleje, takže nasměrování chladicí struktury způsobí nižší rozdíly teplot vinutí vůči oleji (nebo gradienty).
Cílem konstruktérů je obecně dosáhnout „rovnováhy“ v konstrukci, což znamená řídit teplotní gradient vinutí, aby bylo zajištěno, že nárůst teploty oleje v horní části a nárůst teploty vinutí nízkého -a vysokého{1}} napětí měřené odporovou metodou budou co nejblíže příslušným stanoveným hodnotám nárůstu teploty. Pokud je teplotní gradient vinutí příliš vysoký, je nutné omezit nárůst teploty vrchního oleje, aby nepřekročil povolenou hodnotu nárůstu teploty měřenou odporovou metodou. Za předpokladu, že samotná přijatá struktura proudění oleje je určena některými dalšími faktory, je hlavní metodou pro konstruktéry, jak upravit různá zvýšení teploty oleje, upravit počet vodicích membrán horizontálních chladicích olejových kanálů v konstrukci vinutí.
Průměrný nárůst teploty vinutí se vypočítá změřením odporu vinutí a jeho porovnáním s odporem vinutí naměřeným při známé okolní teplotě. Existuje mnoho důvodů, které mohou způsobit značné rozdíly mezi nárůstem teploty každé části vinutí a průměrným nárůstem teploty vinutí. Ale některé z těchto rozdílů lze přesně odhadnout, zatímco jiné mají mnohem nižší přesnost odhadu. Například část vinutí umístěná ve spodní části sloupu železného jádra je ve studeném oleji, zatímco část vinutí umístěná v horní části sloupu železného jádra je obklopena nejžhavějším olejem. Měření nárůstu teploty horního a spodního oleje je poměrně jednoduché, čehož lze dosáhnout nastavením teploměrů v horní části palivové nádrže v blízkosti vstupu chladiče a ve spodní části palivové nádrže v blízkosti výstupu z chladiče. Průměrný nárůst teploty oleje bude průměrem nárůstu teploty oleje v horní a dolní části nádrže měřeného výše, zatímco průměrný teplotní gradient vinutí k oleji je rozdílem mezi průměrným nárůstem teploty oleje a průměrným nárůstem teploty vinutí měřeným odporovou metodou. Tímto způsobem je teplota nejteplejší části vinutí složena ze součtu následujících částí: teplota okolí; Zvýšení horní teploty oleje; Průměrný teplotní gradient vinutí k oleji;
Hodnota teploty (koeficient aktivního bodu) rovna rozdílu mezi nejvyšší teplotou a průměrnou teplotou vinutí. Je vidět, že součet výše uvedených částí je stejný jako součet následujících částí: teplota okolí; Nárůst teploty vinutí měřený odporovou metodou; Polovina teplotního rozdílu mezi vstupním a výstupním olejem chladiče; Rozdíl mezi maximální teplotou a průměrnou teplotou vinutí, jak je popsáno výše.
V některých případech je vhodné použít druhou sadu hodnot nárůstu teploty k reprezentaci teploty horkého místa vinutí. V obou případech nelze konečnou hodnotu teplotního rozdílu přesně odhadnout. Sada drátěných koláčů umístěných mezi svislým chladicím olejovým kanálem a horizontálním chladicím olejovým kanálem, se čtyřmi dráty v rozích, z nichž každý má dvě chladicí plochy, zatímco ostatní dráty mají pouze jednu chladicí plochu. Kromě toho, pokud není metodou chlazení vodicí struktura s nucenou cirkulací oleje, nejen že je výkon přenosu tepla nad vodorovným povrchem špatný kvůli nízké rychlosti proudění oleje v horizontálním olejovém kanálu, ale olej v horizontálním olejovém kanálu je obecně mnohem teplejší než ten ve vertikálním olejovém kanálu. Navíc v důsledku různých směrů svodového toku se ztráty vířivými proudy v různých částech vinutí velmi liší. Naštěstí díky vynikající tepelné vodivosti měděných drátů bývají tyto rozdíly rozloženy rovnoměrně. Při odhadu nárůstu teploty hotspotů však nelze ignorovat rozdíl mezi nejvyšším nárůstem teploty a průměrným nárůstem teploty vinutí.
Po mnoho let lidé považovali tento rozdíl nárůstu teploty za přibližně 10 % průměrného gradientu nárůstu teploty vinutí k ropě. Maximální teplotní gradient vinutí k oleji je 1,1 násobek jeho průměrného teplotního gradientu, zatímco pro středně kapacitní transformátory a velké transformátory je vhodnější koeficient 1,3.
Odhadovaný gradient mezi nejvyšší teplotou a průměrnou teplotou vinutí je pouze ilustrativní. Při metodě chlazení ODAF je tato hodnota díky dobré rovnoměrnosti rychlosti proudění oleje uvnitř vinutí nižší. Ve skutečnosti je teplota horkého místa vinutí v obou výše zmíněných případech stejná.
V důsledku zvýšení okolní teploty nebo zatížení, když transformátor pracuje při teplotě horkého bodu vyšší, než je normální rychlost stárnutí, bude mít životnost izolace transformátoru vyšší ztrátovou rychlost. Tyto vysoké ztráty na životnosti musí být kompenzovány provozem transformátoru při teplotě horkého bodu nižší, než je normální rychlost stárnutí, čímž je zajištěno, že transformátor má normální ztráty na životnosti po celou dobu provozu. Ve skutečnosti jen několik transformátorů pracovalo na plné zatížení, takže systém transformátorů byl vždy v dobrém stavu. Většina transformátorů souvisejících s veřejnými energetickými systémy má denní zátěžový cyklus, ve kterém jsou ráno a odpoledne špičky pro spotřebu elektřiny, zatímco mnoho průmyslových transformátorů má nižší zátěže v noci a o víkendech. Mezitím se teplota prostředí značně liší v závislosti na ročním období. Kromě toho se v mnoha zemích s mírným klimatem, jako je Spojené království, velká část zátěže systému používá k vytápění a k této zátěži dochází během zimy, kdy je okolní teplota nižší, což snižuje možnost, že skutečné teploty hotspotů dosáhnou nejvyšší teoretické hodnoty.
