2 Тепловой расчет и расчеты системы охлаждения

Во время работы трансформатора в его активных материалах – металле обмоток и стали магнитной системы – возникают потери энергии, выделяющиеся в виде тепла и идущие на их нагревание, а также в окружающую среду.

В масляных трансформаторах вслед за активными материалами нагреваются масло и металлический бак и устанавливается температурный перепад между внешней поверхностью бака и воздухом, окружающим пространством. По мере роста температуры накопление тепла постепенно уменьшается, а теплоотдача увеличивается, в конечном итоге при длительном сохранении режима нагрузки повышение температуры прекращается и все выделяющееся тепло отдается в окружающую среду.

2.1 Проверочный тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры обмотки НН, С,

(2.1)

где – удельный тепловой поток на поверхности обмотки,

(2.2)

 – изоляция провода на одну сторону,

_из– теплопроводность изоляции (таблица 9.1), ;

Полный внутренний перепад температуры в ОВН, С,

, (2.3)

где a – радиальный размер наибольшей катушки, м;

Плотность теплового потока ОВН, ,

(2.4)

Средняя теплопроводность ОВН, Вт/(мС),

, (2.5)

Средняя условная теплопроводность ОВН без учета междуслойной изоляции, Вт/(мС),

, (2.6)

.

Потери в единице объема ОВН, Вт/м³,

, (2.7)

Полный внутренний перепад температуры в ОВН, С,

, (2.8)

где a – радиальный размер наибольшей катушки, м;

Средний внутренний перепад температуры в ОВН, С,

, (2.9)

Перепад температуры на поверхности ОНН, С,

(2.10)

.

Перепад температуры на поверхности ОВН, С,

(2.11)

.

Превышение средней температуры ОНН над температурой масла, С,

, (2.12)

.

Превышение средней температуры ОВН над температурой масла, С,

, (2.13)

2.2 Тепловой расчет бака

При выборе конструкции бака для трансформатора главное внимание следует обращать на хорошую теплоотдачу, механическую прочность, простоту в изготовлении и по возможности меньший внешний габарит.

Ввиду того, что потери в трансформаторе связаны с его мощностью, при выборе конструкции бака можно ориентироваться на мощность трансформатора. Выбирается бак со стенками в виде волн.

Минимальная ширина бака,

(2.14)

где – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки, следует принять при и толщине изоляции на одну сторону 4мм;

– расстояние от отвода ВН до стенки бака, следует принять s₂=42;

– изоляционное расстояние от изолированного или неизолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, следует принять s₃=25 при для отвода без покрытия;

– изоляционное расстояние от отвода обмотки ВН до стенки бака, следует принять s₄=90 для отводов без покрытия.

– диаметр изолированного отвода обмотки НН, следует принять d₁=20;

– диаметр изолированного отвода обмотки ВН, следует принять d₂=10;

При центральном расположении активной части трансформатора ширина бака,

Примем

Минимальная длина бака,

Высота активной части, м:

(2.15)

где - высота ярма, м,

= 0,145 м;

n – толщина подкладки под нижнее ярмо; n=50мм

.

Допустимое расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над верхним ярмом переключателя ответвлений обмоток ВН следует принять, м;

Н_я.к=0,4.

Глубина бака, м;

Н_б=Н_акт+Н_я.к, (2.16)

Н_б=0,744+0,4= 1,144.

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки ВН, ⁰С;

(2.17)

Найденное значение может быть допущено, т.к. превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет, ⁰С;

(2.18)

Перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака предварительно следует принять, ⁰С;

_м.б=5 (запас 3).

Превышение температуры наружной стенки бака над температурой окружающего воздуха, ⁰С;

Для бака со стенками в виде волн при выборе основных размеров стенки придерживаются соотношений, дающих достаточно полное использование воздушного и масляного каналов волн:

Таблица 6 Основные размеры бака

Величина	Численное значение
Отношение относительной ширина воздушного канала к ширине масляного канала, а/с	2,5
Ширина масляного канала с, мм	10
Ширина воздушного канала а, мм	25
Глубина волны b, мм	300
Толщина стенки бака , мм	0,8

Поверхность излучения стенки, м²;

(2.19)

Рисунок 5 – Основные размеры бака и волнистой стенки

Развернутая длина волны по рисунку 5 получится, м;

Развернутая длина волны, м:

(2.20)

где t – шаг волны стенки,м

, (2.21)

.

Число волн

(2.22)

.

Поверхность конвекции стенки, м²,

(2.23)

где к_в – коэффициент, учитывающий затруднение конвекции воздуха в воздушных каналах волн,

(2.24)

где

.

Полная поверхность излучения бака, м²:

(2.25)

где П_р - поверхность верхней рамы бака, м²:

, (2.25)

П_кр – поверхность крышки бака, м²:

(2.26)

.

Полная поверхность конвекции бака, м²:

(2.27)