هنگامی که مقاومت و سایر تلفات در سیم پیچ ترانسفورماتور رخ می دهد، گرما تولید می شود. این گرما باید به روغن ترانسفورماتور منتقل شده و توسط روغن ترانسفورماتور منتقل شود. در دماهای زیر چند صد درجه سانتیگراد، سیم های سیم پیچ هنوز می توانند استحکام مکانیکی خود را حفظ کنند. در دماهای کمتر از حدود 140 درجه، روغن ترانسفورماتور خراب نمی شود، اما زمانی که دما از 90 درجه بیشتر شود، درجه خراب شدن عایق کاغذ به شدت افزایش می یابد. بنابراین، جریان روغن خنک کننده باید اطمینان حاصل کند که دمای عایق تا حد امکان زیر این حد دما حفظ می شود.
حداکثر دمایی که در آن عایق کاغذ خراب نمی شود حدود 80 درجه است. با این حال، محدود کردن دمای عایق ترانسفورماتور در این حد تحت هیچ شرایطی نه اقتصادی است و نه عملی. با توجه به تغییرات دمای محیط و بار اعمالی، حداکثر دمای 80 درجه معمولاً به این معنی است که دمای عایق ترانسفورماتور در بیشتر مواقع زیر 80 درجه خواهد بود و بنابراین طول عمر عایق ترانسفورماتور به طور قابل توجهی بیشتر از عمر طراحی آن خواهد بود. عامل تعیین کننده برای طول عمر مورد انتظار یک ترانسفورماتور، جدا از خرابی ترانسفورماتور ناشی از خرابی های اولیه، دمای عملکرد عایق یا به طور دقیق تر، دمای کار داغ ترین قسمت (یا هات اسپات) لبه است. مشکلی که طراحان باید حل کنند تعیین مقدار مجاز دمای نقطه داغ است. بسیاری از محققان این موضوع را بررسی کرده‌اند و اکثر مردم معتقدند که سرعت تخریب یا کهنگی عایق کاغذ با افزایش دمای کار به سرعت افزایش می‌یابد. در سال 1930، مونته‌شینگر گزارشی در مورد مواد عایق مورد استفاده در هر لیتر دما در آن زمان منتشر کرد و نتیجه‌گیری او این بود که بین 90 تا 110 درجه، اگر دمای ترانسفورماتور 8 درجه بالاتر باشد، سرعت پیری عایق دو برابر می‌شود. برخی دیگر در تحقیقات خود در مورد این موضوع دریافته اند که دمایی که در آن نرخ پیری عایق برای مواد عایق مختلف مورد استفاده در چین دو برابر می شود 5-10 درجه است. امروزه معمولاً 6 درجه به عنوان دمایی در نظر گرفته می شود که سرعت پیری عایق های فعلی را دو برابر می کند.
مهم است که بدانیم دمای عملیاتی "صحیح" برای مواد عایق وجود ندارد و هیچ درک واحدی در بین طراحان ترانسفورماتور در مورد تعیین دمای مجاز نقطه داغ برای ترانسفورماتورها در شرایط عملیاتی عادی وجود ندارد. در واقع، اکنون مردم دریافته اند که عوامل زیادی مانند رطوبت، اسیدیته و میزان اکسیژن موجود در روغن، همگی سیستم جذب رطوبت و شرایط نگهداری ترانسفورماتورها را تعیین می کنند و تأثیر بسیار مهمی در طول عمر عایق ترانسفورماتورها دارند. EN60076 و سایر استانداردهای بین‌المللی محدودیت‌هایی را برای افزایش دمای مجاز کانون‌های ترانسفورماتور تعیین کرده‌اند، عمدتاً با توجه به اینکه عمر مورد انتظار ترانسفورماتورها حداقل حدود 30 سال است. فرضی که در این اسناد ذکر شده میانگین دمای نقطه داغ 98 درجه است.
همچنین باید به رسمیت شناخته شود که افزایش دمای مشخص شده توسط استاندارد فقط می تواند افزایش دمای آن قسمت هایی باشد که در عمل قابل اندازه گیری هستند. معمولاً دماهای نقطه داغ خاصی در ترانسفورماتورها وجود دارد که بالاتر از دمای قابل اندازه گیری است. این دماهای نقطه داغ هستند که طول عمر ترانسفورماتورها را تعیین می کنند.
بررسی میزان افزایش دمای مجاز مشخص شده در EN60076 نشان می دهد که افزایش دمای مشخص شده می تواند مقادیر متفاوتی داشته باشد که به حالت گردش روغن ترانسفورماتور بستگی دارد. دلیل این تنظیم این است که ممکن است بین مقادیر افزایش دما قابل اندازه‌گیری تفاوت‌هایی وجود داشته باشد و افزایش دمای نقطه داغ غیرقابل اندازه‌گیری با حالت گردش روغن ترانسفورماتور تغییر می‌کند. روش های گردش روغن ذکر شده در EN60076-2 به شرح زیر است: گردش روغن طبیعی. گردش اجباری غیر جهت دار روغن؛ گردش اجباری جهت دار روغن.
گردش طبیعی روغن از فشار اختلاف دما ایجاد شده توسط گرم کردن روغن استفاده می کند: روغن در داخل سیم پیچ گرم می شود و در رادیاتور خنک می شود تا کاهش یابد.
در ساختار چرخش اجباری روغن، از یک پمپ روغن برای استخراج روغن خنک کننده از رادیاتور و رساندن آن به پایین سیم پیچ استفاده می شود و سپس از طریق گذرگاه عمودی محوری روغن که توسط تکیه گاه های "بالا" و "پایین" سیم های سیم پیچ تشکیل شده است، گردش می کند. هنگام بحث در مورد عبور روغن محوری عمودی در داخل سیم پیچ، قسمت های "بالایی" و "پایین" سیم به ترتیب به مکان هایی اشاره می کنند که سیم پیچ "نزدیک" و "دور" از هسته آهنی است. گذرگاه روغن شعاعی و گذرگاه روغن محوری در داخل سیم پیچ به هم متصل می شوند. در ساختار گردش روغن غیر جهت دار، جریان روغن در گذرگاه شعاعی روغن (معابر افقی روغن) که مسیرهای روغن محوری بالا و پایین را به هم متصل می کند، کاملاً به اثرات حرارتی و آشفته روغن بستگی دارد و سرعت جریان روغن در گذرگاه روغن شعاعی بسیار کمتر از مسیر عبور روغن محوری است. در ساختار اجباری گردش روغن، روغن خنک کننده ابتدا به لوله جمع آوری روغن در پایین سیم پیچ فرستاده می شود و سپس از هر سیم پیچ اصلی به نسبت مناسب عبور می کند. پارتیشن های هدایت کننده جریان روغن باید در فواصل منظم در داخل سیم پیچ نصب شوند. این پارتیشن های هدایت کننده به طور متناوب مسیرهای عبور روغن محوری خارجی و داخلی سیم پیچ را مسدود می کنند، بنابراین روغن خنک کننده باید از طریق عبور روغن افقی در امتداد یک مسیر منحنی داخل سیم پیچ جریان یابد تا جریان روغن کافی در تمام قسمت های سیم پیچ تضمین شود. سرعت انتقال حرارت تا حد زیادی به سرعت جریان روغن بستگی دارد، بنابراین هدایت ساختار خنک کننده باعث کاهش اختلاف دمایی (یا گرادیان) سیم پیچ به روغن می شود.
هدف طراحان عموماً دستیابی به یک "تعادل" در طراحی است که به معنای کنترل گرادیان دمای سیم‌پیچ‌ها است تا اطمینان حاصل شود که افزایش دمای بالای روغن و افزایش دمای سیم‌پیچ‌های ولتاژ پایین و ولتاژ پایین{{1} اندازه‌گیری شده با روش مقاومت تا حد امکان به مقادیر افزایش دمای مشخص شده مربوطه نزدیک است. اگر گرادیان دمای سیم پیچ بیش از حد بالا باشد، لازم است افزایش دمای روغن بالایی را محدود کنید تا اطمینان حاصل شود که از مقدار افزایش دمای مجاز اندازه گیری شده با روش مقاومت تجاوز نمی کند. با فرض اینکه ساختار جریان روغن اتخاذ شده توسط برخی عوامل دیگر تعیین می شود، روش اصلی برای طراحان برای تنظیم افزایش های مختلف دمای روغن، تنظیم تعداد دیافراگم های راهنما معابر افقی روغن خنک کننده در طرح سیم پیچ است.
میانگین افزایش دمای سیم پیچ با اندازه گیری مقاومت سیم پیچ و مقایسه آن با مقاومت سیم پیچ اندازه گیری شده در دمای محیط شناخته شده محاسبه می شود. دلایل زیادی وجود دارد که می تواند تفاوت های قابل توجهی بین افزایش دمای هر قسمت از سیم پیچ و متوسط افزایش دمای سیم پیچ ایجاد کند. اما برخی از این تفاوت ها را می توان به طور دقیق تخمین زد، در حالی که برخی دیگر از دقت تخمین بسیار پایین تری برخوردارند. به عنوان مثال، بخشی از سیم پیچی که در پایین ستون هسته آهنی قرار دارد در روغن سرد قرار دارد، در حالی که بخشی از سیم پیچ که در بالای ستون هسته آهنی قرار دارد توسط داغ ترین روغن احاطه شده است. اندازه گیری افزایش دمای روغن بالا و پایین نسبتاً ساده است که با تنظیم دماسنج در بالای مخزن سوخت نزدیک ورودی کولر و در پایین مخزن سوخت در نزدیکی خروجی کولر می توان به آن دست یافت. میانگین افزایش دمای روغن، میانگین افزایش دمای روغن در بالا و پایین مخزن خواهد بود که در بالا اندازه‌گیری شد، در حالی که میانگین گرادیان دمایی سیم‌پیچ به روغن، تفاوت بین میانگین افزایش دمای روغن و متوسط افزایش دمای سیم‌پیچ است که با روش مقاومت اندازه‌گیری می‌شود. به این ترتیب دمای گرمترین قسمت سیم پیچ از مجموع قسمت های زیر تشکیل می شود: دمای محیط. افزایش دمای بالای روغن؛ متوسط گرادیان دمای سیم پیچ به روغن؛
یک مقدار دما (ضریب نقطه داغ) برابر با اختلاف بین بالاترین دما و دمای متوسط سیم پیچ. مشاهده می شود که مجموع قسمت های فوق با مجموع قسمت های زیر برابر است: دمای محیط; افزایش دمای سیم پیچ با روش مقاومت اندازه گیری شد. نصف اختلاف دما بین روغن ورودی و خروجی کولر؛ تفاوت بین حداکثر دما و دمای متوسط سیم پیچ، همانطور که در بالا توضیح داده شد.
در برخی موارد، استفاده از مجموعه اخیر مقادیر افزایش دما برای نمایش دمای نقطه داغ سیم پیچ راحت است. در هر دو مورد، مقدار اختلاف دمای نهایی را نمی توان به طور دقیق تخمین زد. مجموعه ای از کیک های سیمی که بین گذرگاه روغن خنک کننده عمودی و عبور روغن خنک کننده افقی قرار دارد، با چهار سیم در گوشه ها که هر کدام دو سطح خنک کننده دارند، در حالی که سیم های دیگر فقط یک سطح خنک کننده دارند. علاوه بر این، مگر اینکه روش خنک‌سازی یک ساختار هدایت کننده گردش روغن اجباری باشد، نه تنها عملکرد انتقال حرارت بالای سطح افقی به دلیل سرعت کم جریان روغن در مسیر عبور روغن افقی ضعیف است، بلکه روغن در مسیر عبور روغن افقی معمولاً بسیار داغ‌تر از عبور روغن عمودی است. علاوه بر این، به دلیل جهت های مختلف شار نشتی، تلفات جریان گردابی در قسمت های مختلف سیم پیچ بسیار متفاوت است. خوشبختانه، به دلیل هدایت حرارتی عالی سیم های مسی، این تفاوت ها به طور مساوی توزیع می شوند. با این حال، هنگام تخمین افزایش دمای نقاط داغ، تفاوت بین بالاترین افزایش دما و متوسط افزایش دمای سیم پیچ را نمی توان نادیده گرفت.
برای سال‌های متمادی، مردم این اختلاف افزایش دما را حدود 10 درصد از شیب متوسط افزایش دمای سیم‌پیچ به روغن در نظر گرفته‌اند. حداکثر گرادیان دمای سیم پیچ به روغن 1.1 برابر گرادیان دمای متوسط آن است، در حالی که برای ترانسفورماتورهای با ظرفیت متوسط و ترانسفورماتورهای بزرگ ضریب 1.3 مناسب تر است.
گرادیان تخمین زده شده بین بالاترین دما و دمای متوسط سیم پیچ فقط برای اهداف تصویری است. در روش خنک کننده ODAF به دلیل یکنواختی خوب سرعت جریان روغن در داخل سیم پیچ، این مقدار کوچکتر به دست می آید. در واقع دمای نقطه داغ سیم پیچ در هر دو مورد ذکر شده در بالا یکسان است.
با توجه به افزایش دما یا بار محیطی، زمانی که ترانسفورماتور در دمای نقطه داغ بالاتر از میزان پیری معمولی کار می کند، عمر عایق ترانسفورماتور ضریب تلفات بیشتری خواهد داشت. این تلفات عمر بالا باید با کارکرد ترانسفورماتور در دمای نقطه داغ کمتر از میزان پیری معمولی جبران شود و اطمینان حاصل شود که ترانسفورماتور تلفات عمر طبیعی در کل دوره عملیاتی دارد. در واقع، تنها تعداد کمی از ترانسفورماتورها با بار کامل کار می کنند، بنابراین سیستم ترانسفورماتور همیشه در وضعیت خوبی بوده است. اکثر ترانسفورماتورهای مربوط به سیستم های قدرت عمومی دارای یک چرخه بار روزانه هستند که در آن صبح و بعد از ظهر دوره اوج مصرف برق است، در حالی که بسیاری از ترانسفورماتورهای صنعتی بارهای سبک تری در شب و آخر هفته دارند. در همین حال، دمای محیط بسته به فصل بسیار متفاوت است. علاوه بر این، در بسیاری از کشورهای دارای آب و هوای معتدل مانند انگلستان، بخش زیادی از بار سیستم برای گرمایش استفاده می‌شود و این بار در طول زمستان که دمای محیط کمتر است، اتفاق می‌افتد که احتمال رسیدن دمای واقعی کانون‌ها به بالاترین مقدار نظری را کاهش می‌دهد.
