ІПЕМтаТ_Коцур / ЛЕКЦ 5ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

ПОРЯДОК ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРА

Тепловой расчет трансформатора проводится после завершения электромагнитного и механического расчетов его обмоток и магнитной системы. При правильном выборе электромагнитных нагрузок и правильном распределении и выборе размеров охлаждающих масляных каналов внутренние температуры в обмотках и магнитной системе оказываются не выше обычно допустимых значений. Вследствие этого тепловой расчет обмоток сводится к поверочному определению перепадов температуры внутри обмоток и на их поверхности для принятой конструкции и размеров обмотки. Определение этих перепадов проводится по (3) и (5) с учетом конструктивных особенностей обмоток различных типов.

Тепловой расчет бака отличается тем, что сама конструкция бака зависит в первую очередь от того теплового потока, который должен быть отведен с поверхности бака в окружающий воздух, и лишь во вторую очередь определяется требованиями механической прочности. Поэтому при тепловом расчете бака сначала рассчитывается допустимое среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом, затем по требуемой теплоотдаче приближенно определяется его охлаждаемая поверхность, затем подбираются размеры и число конструктивных элементов, образующих эти поверхности, — гладких стенок, труб, волн, охладителей, и, наконец, производится поверочный расчет превышения температуры стенок бака и масла над окружающим воздухом. При получении превышений температуры, отличающихся от допустимых, производится корректировка охлаждающей поверхности путем увеличения или уменьшения числа или размеров конструктивных элементов — труб, охладителей и т.д. После завершения теплового расчета бака производится проверка его конструкции на механическую прочность.

ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОБМОТОК

Подсчет внутреннего перепада температуры в большинстве обмоток из прямоугольного провода упрощается тем обстоятельством, что каждый провод, как правило, одной или двумя сторонами своего сечения соприкасается с маслом (рис.9). Внутренний перепад температуры в этом случае является перепадом в изоляции одного провода и определяется по (9) как элементарный перепад для теплового потока постоянного значения

Рис. 9. К расчету внутреннего перепада температуры в обмотках из прямоугольного провода

(9)

где q—плотность теплового потока на поверхности обмотки, Вт/м2;

— толщина изоляции провода на одну сторону по рис. 9, м;

— теплопроводность изоляции провода, определяемая для различных материалов по табл. 9.1, Вт/(м·0С).

При подсчете внутреннего перепада в катушках с общей изоляцией всей катушки (входные катушки обмотки) по (9) значение следует определять как суммарную толщину изоляции провода и общей изоляции катушки на одну сторону.

Полный внутренний перепад температуры в обмотках из круглого провода, не имеющих горизонтальных охлаждающих каналов (рис. 10, а, б),

(10)

где а — радиальный размер катушки по рис. 10, м; катушек, на которые разделена обмотка

р— потери, выделяющиеся в 1 м3 общего объема обмотки.

Для медного провода рм, Вт/м3, определяется по формуле в соответствии с рис. 11

(11)

для алюминиевого провода

(11а)

где выражены в метрах, J в А/м2.

Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(м·0С), приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и междуслойной изоляции по всему объему обмотки, определяется по формуле

Рис. 10. К расчету внутреннего перепада температуры в многослойных обмотках из круглого и прямоугольного провода

Рис. 11. Элемент объема обмотки — провод и междуслойная изоляция

(12)

(16)

(17)

(18)

где a и a' — размеры провода без изоляции и с изоляцией, ориентированные в направлении движения тепла, м;

b и b' — то же в направлении, перпендикулярном движению тепла, м; — толщина изоляции провода (на две стороны), м.

В (15) для определения следует пользоваться (17) и (18), а для

определения — формулой (18) с заменой b на а, а' на b' и b' на а'.

Перепад температуры на поверхности обмотки является функцией плотности теплового потока на поверхности обмотки, которая подсчитывается как частное от деления потерь, возникающих в обмотке, на открытую охлаждаемую маслом поверхность. Подсчет теплового потока производится. Формулы, применяемые в практике расчета для определения перепада температуры на поверхности обмотки, получены эмпирически и могут применяться только в тех случаях, для которых они проверены опытом.

Для цилиндрических обмоток из прямоугольного или круглого провода или из алюминиевой ленты, а также для винтовых обмоток, не имеющих радиальных (горизонтальных) каналов, перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора, 0С,

(19)

где k=0,285.

В сухих трансформаторах для изоляции различных классов нагревостойкости допускаются различные превышения температуры обмоток над температурой охлаждающего воздуха. Размеры вертикальных и горизонтальных охлаждающих каналов для трансформаторов могут быть выбраны в зависимости от класса изоляции и плотности теплового потока на поверхности обмотки/

Рис. 12. К определению перепада температуры

При соблюдении этих размеров каналов и допустимых плотностей теплового потока на поверхности обмоток сухих трансформаторов превышение температуры обмоток этих трансформаторов над воздухом, как правило, не превосходит нормированного значения, и необходимость их специального теплового расчета отпадает.

При определении перепада температуры на поверхности обмоток из прямоугольного или круглого провода с горизонтальными каналами необходимо учитывать способ охлаждения трансформатора расположение обмотки и размеры горизонтальных масляных каналов (Рис 12). Перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора может быть подсчитан по эмпирической формуле

(20)

Коэффициент k1 учитывает скорость движения масла внутри обмотки. Скорость движения масла зависит от системы охлаждения. Коэффициент k1 принимает следующие значения для разных видов охлаждения:

После определения внутреннего и внешнего перепадов температуры в обмотках для каждой из обмоток подсчитывается среднее превышение ее температуры над средней температурой масла

(21)