§ 10.4. Расчет установившегося превышения температуры обмотки относительно температуры масла

Расчет перегрева обмотки ведется исходя из определения его среднего значения. Этот способ расчета удобен тем, что его результаты могут быть проверены экспериментальным путем: средняя температура (а следовательно, и перегрев) может быть измерена по изменению ее активного сопротивления. По этой же причине, базируясь на реальных методах измерения температуры обмоток, нормы нагрева обмоток регламентируют именно среднюю ее температуру, хотя нагрев изоляции •обмоток ограничивается ее максимально допустимой температурой.

Установившееся значение перегрева обмотки над маслом наступает примерно через 20—30 мин после включения (или изменения) нагрузки. После этого времени все выделяющееся в обмотке тепло передается в окружающее ее масло.

Цилиндрические слоевые обмотки. Перегрев (средний) цилиндрических слоевых обмоток над маслом

τ=0,159q₀^0.1C

где q₀ = P_К/П₀— удельная тепловая нагрузка, вт/м2;

Р_К — потери в обмотке, вт;

П₀ — охлаждаемая (теплоотдающая) поверхность обмотки (м²), определяемая согласно обозначениям на рис. 10.5 по формулам: для двухслойных обмоток НН из прямоугольного провода

П₀=3•3,5πD_cpH₀ – 3•3cnH₀

где Dcp — средний диаметр обмотки, м; Н₀— высота обмотки, м; с — ширина рейки между слоями, м; n — число реек по окружности; для многослойных обмоток ВН из круглого провода

nо=3πDнарH₀+3•2πDкHo-3•2cnH₀ м² (10.3)

где D_НАР наружный диаметр обмотки, м

D_К — диаметр канала.

Последние члены в формулах для П₀ учитывают закрытие охлаждаемой поверхности рейками.

При мощности трансформаторов 40 ква и выше внутри обмотки ВН устраивается канал на расстоянии V3 толщины обмотки от цилиндра (в наиболее нагретой ее зоне). При отсутствии канала охлаждаемой является только наружная поверхность, определяемая только первым членом формулы (10.3).

К перегреву многослойной обмотки, определенной по формуле (10.3), прибавляется поправка на общую толщину внутренней изоляции обмотки (при г>2,5 мм)

Δ_ТО = l,15(I — 2,5)q₀ .10^-3 °С,

где i — суммарная толщина витковой и междуслойной изоляции в радиальном направлении, мм.

Рис. 10.5. Разрез слоевых обмоток с обозначениями размеров

Дисковые, непрерывные и винтовые обмотки. Перегрев дисковых обмоток над маслом:

для внутренних обмоток

τ_о=0,41q^0.6₀°С; (10.4)

для наружных обмоток

τ_o=0.358q^0.6₀°С (10.5)

Внутренняя (по расположению на стержне) обмотка имеет худшие условия охлаждения ввиду более затрудненной циркуляции масла в каналах.

Удельная тепловая нагрузка одной катушки (для дисковой и непрерывной обмоток) или одного витка (для винтовой обмотки)

(10.6)

где 21,4 — коэффициент удельного сопротивления меди, приведенный к температуре 75° С;

I — ток в сечении витка, а;

w — число витков в катушке;

δ — плотность тока, а/мм²;

K_Д — коэффициент добавочных потерь;

К_З — коэффициент закрытия поверхности катушки;

р — периметр сечения катушки, мм.

Коэффициент закрытия (обозначения показаны на рис. 10.6).

(10.7)

Коэффициент закрытия К_З учитывает закрытие поверхности катушки изоляционными деталями (рейки, прокладки), препятствующими доступу масла.

где Dcp — средний диаметр катушек, мм; с — ширина прокладки, мм; п — число реек (прокладок) по окружности. Обычно применяются прокладки шириной с = 40 мм.

Рис. 10.6. Определение коэффициента закрытия

Число реек выбирается таким, чтобы К3 было бы равным 1,2-5-1.4.

К перегреву дисковой обмотки, определенной по формуле (10.4) или (10.5), прибавляются поправки: Ато1 — на увеличенную толщину витковой изоляции (при наличии таковой) и Δτ_O2, учитывающая влияние на конвекцию масла соотношения ширины (высоты) и глубины масляного канала между катушками (витками):

(10.8)

где I — толщина витковой изоляции на обе стороны, мм

(10.9)

где K_КАН — коэффициент, который берется по табл. 10.2, в зависимости от размеров масляного канала.

Таблица 10.2

Радиальный размер катушки, мм	Коэффициент ККАН при ширине (высоте) масляного канала, мм
	4	6	6	7,5	8	10
20	—2,6	—3,7	—4,5	—5,2	—5,2	—5,2
22	—2,4	—3,3	—4,2	—4,9	—5,2	—5,2
24	—2,1	—3,0	—3,9	—4,8	—4,9	—5,2
26	— 1,9	—2,7	—3,6	—4,6	—4,8	—5,2
28	— 1,6	—2,4	—3,3	—4,4	—4,6	—5,2
30	— 1,4	—2,2	—3,1	—4,2	—4,4	—5,2
32	— 1,2	—2,0	—2,8	—4,0	—4,2	—5,0
34	—1,0	— 1,8	—2,6	—3,7	—4,1	—4,9
36	—0,7	— 1,6	—2,3	—3,5	—3,9	—4,а
38	—0,4	— 1,4	—2,2	—3,3	—3,7	—4,6
40	—0,1	— 1,2	—2,1	—3,1	—3,5	—4,5
45	•	—0,7	— 1,6	—2,7	—3,0	—4,2
50	•	—0,2	— 1,2	—2,3	—2,6	—3,9
55	•	+ 0,1	—0,8	—2,0	—2,3	—3,5
60	•	+0,4	—0,3	—1,7	—2,0	—3,2
65	•	•	0	—1,3	— 1,7	—2,9
70	•	•	•	— 1,0	— 1,4	—2,6

• Неприменяемые соотношения размеров масляного канала.

Примечание. При промежуточных значениях радиального размера катушки брать ближайшее большее (в положительную сторону) значение коэффициента Ккан.