2.3. Изменение вторичного напряжения

С ростом тока вторичной цепи или тока нагрузки I₂ напряжение U₂ на вторичной обмотке изменяется, что нарушает нормальную работу приемников электроэнергии .

Арифметическая разность ∆U между номинальным вторичным напряжением (или напряжением холостого хода) U_2Н и напряжением U₂ , которое получается при заданном токе I₂ и коэффициенте мощности нагрузки cos φ₂ называется изменением напряжения:

∆U = U_2н - U₂.

В относительных единицах

.

Причиной изменения напряжения является падение напряжения на внутреннем сопротивлении

Из векторной диаграммы трансформатора можно получить приблизительную формулу для определения ∆U%:

.

Через составляющие напряжения короткого замыкания ∆U% определяется следующим образом:

Зависимость вторичного напряжения от вторичного тока при неизменном cos φ₂ называется внешней характеристикой U₂=f(I₂). Иногда вместо тока I₂ используется коэффициент нагрузки . При известном внешнюю характеристику можно построить по формуле.

.

При нагрузке активного и активно – индуктивного характера с ростом I₂ напряжения U₂ уменьшается.

2.4. Процесс теплопередачи в маслянных трансформаторах

Потери электрической энергии, возникающие при работе трансформатора в его магнитпроводе, обмотках и конструктивных деталях, преобразуются в тепло и нагревают трансформатор. Для изоляционных материалов и масла установлены допустимые температуры, при превышении которых срок службы резко сокращается. Поэтому необходим проверочный тепловой расчет, при котором определяется температура нагрева различных частей трансформатора и сравнивается с допустимой.

Стандартом определяются следующие нормы превышения температуры частей масляного трансформатора над окружающей средой, температура которой принимается за 40°С:

• обмотки - 65°С

• магнитопровод – 75°С

• масло в верхних слоях – 60°С

Например, предельная температура обмотки в этом случае равна

θ = 40°+ 65° = 105°С, что соответствует допустимой температуре нагрева изоляции класса А.

Температура трансформатора через определенное время работы становится неизменной вследствие того, что тепло передается в окружающую среду.

Теплота передается от более нагретого тела к менее нагретому тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Закономерности этих процессов различны.

Основной характеристикой, которая определяет перепад температур при различных способах теплопередачи, является удельный тепловой поток или плотность теплового потока на поверхности:

Вт/м².

где Р – тепловая мощность, проходящая через заданную поверхность П₀ . Для обмоток трансформатора Р – потери мощности в данной обмотке,

П – её полная поверхность. Для трансформаторов с масляным охлаждением рекомендуемое значение q_доп 1200 Вт/м².

При определении поверхности охлаждения П₀ необходимо учитывать, что часть поверхности обмотки может быть закрыта конструктивными деталями, вследствие чего эффективная поверхность охлаждения будет меньше реальной. Это учитывается введением коэффициента закрытия поверхности

К_з ≤ 1,0, на который надо умножить реальную поверхность. Предварительно принимается данный коэффициент равным К_з =0,75 – 0,8.

Если закрытая поверхность определяется рейками, которые обеспечивают определенное расстояние обмотки от изоляционного цилиндра или одной части обмотки от другой для образования охлаждающего канала, то коэффициент закрытия

где D – диаметр обмотки, n - число реек, с – ширина рейки. При определении n и с можно ориентироваться на следующие рекомендации: ширина рейки с = 40 – 60 мм.; количество реек по окружности обмотки в зависимости от мощности n = 6 при S = 100 кВА, n = 8 при S = 100 – 630 кВА, n = 8 – 12 при S = 1000 – 1400 кВА и n = 12 – 16 при S = 2500 – 10000 кВА.

Удельный тепловой поток q можно определить без расчета поверхности обмотки. Вывод соответствующей формулы основывается на выражении для потерь в обмотке через удельное сопротивление ρ и плотность тока J, полученное в пункте 2.2. С учетом добавочных потерь имеем:

,

где К_д – коэффициент добавочных потерь (п. 3.10), V_пр – объем металла обмотки.

Для цилиндрической обмотки с двумя поверхностями, охлаждаемыми маслом, можно приближенно получить

,

где δ – размер обмотки в направлении теплопередачи (для цилиндрической обмотки – радиальный размер), К₀ - коэффициент заполнения объема обмотки металлом проводника, равный отношению суммарной площади сечения всех проводников к общей площади поперечного сечения обмотки. Этот коэффициент зависит от конструкции обмотки, формы проводника – круглый или прямоугольный и ряда других факторов.

Из этих двух выражений находим удельный тепловой поток

Вт/м²

Если пренебречь межслойной изоляцией, неплотностью намотки и рядом других факторов, то приближенно

для прямоугольного провода

для круглого провода

Размеры проводов a, b, d – без изоляции, , , - с изоляцией.

Рассмотрим определение перепада температур в зависимости от удельного теплового потока при разных способах теплопередачи.