8. Тепловой расчет трансформатора

8.1. Тепловой расчет обмоток.

8.1.1. Внутренний перепад температуры в обмотке НН:

,

где  – толщина изоляции провода на одну сторону,  = 0,00025 м;

_из – теплопроводность изоляции провода, _из = 0,17 .

8.1.2. Внутренний перепад температуры в обмотке ВН:

,

где а – ширина наиболее широкой катушки, имеющей от 2/3 до 3/5 общего числа слоев, т.е. ,

м;

р – потери, выделяющиеся в 1м³ общего объема обмотки:

Вт/м³,

где k₁ = 2,14 – для меди;

_ср – средняя теплопроводность обмотки,

,

где _мс – теплопроводность междуслойной изоляции. Для кабельной бумаги, пропитанной маслом _мс = 0,17 ,

,

где _из – теплопроводность материала изоляции витков. Для бумажной, пропитанной маслом изоляции _из = 0,17 ;

тогда .

8.1.3. Перепад температуры на поверхности обмотки НН:

.

8.1.4. Перепад температуры на поверхности обмотки ВН:

,

где Вт/м²,

Р_э2 = Р_осн2 = 6930 Вт – по п. 6.1.2; П₀₂ – по 5.9; k_д2 = 1,056 – по 6.1.4.

8.1.5. Полный средний перепад температуры от обмотки НН к маслу:

.

8.1.6. Полный средний перепад температуры от обмотки ВН к маслу:

.

8.2. Тепловой расчет бака.

1. Для заданной мощности выбираем бак с вваренными охлаждающими гнутыми трубами (трубчатый).

Рис. 7. Основные размеры бака

8.2.2. Минимальные размеры бака (по рис. 7):

а) минимальная ширина:

,

где S₁ – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки или до прессующей балки ярма, S₁ = 20 мм;

S₂ – изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН с до стенки бака, S₂ = 28 мм;

d₁ – диаметр изолированного отвода обмотки ВН, d₁ = 20 мм;

S₃ – изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S₃ = 20 мм;

S₄ – изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака, S₄ = 28 мм;

d₂ – диаметр изолированного отвода от обмотки НН, равный d₁ = 20 мм;

В результате вычислений получим

м

б) минимальная длина бака:

м,

где С – расстояние между осями соседних стержней (по п. 7.1.6),

B – ширина бака, м.

в) глубина бака:

,

где Н_ач – высота активной части

,

где l_с – по 7.1.5 h_я = а₁ – по 7.1.1;

п – толщина прокладки под нижнее ярмо, п = 30 мм;

Н_як – расстояние от верхнего ярма трансформатора до крышки бака, определяется по классу напряжения обмотки ВН, для U_ВН=20кВ Н_як =300 мм.

В результате вычислений получаем

м.

м.

8.2.3. Периметр бака:

м.

8.2.4. Поверхность конвекции гладкой части бака:

м².

5. Ориентировочная поверхность излучения:

м²,

Где k – коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака, k = 1,3 – для бака с трубами.

5. Допустимое превышение средней температуры верхних слоев масла над воздухом:

,

где _м.ср­ – большее из двух значений _ом.ср1 и _ом.ср2­.

5. Превышение температуры верхних слоев масла над воздухом:

;

полученное значение _мвв должно быть меньше 60 .

5. Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом:

,

где _мб = 5 – перепад температуры между маслом и стенкой бака.

5. Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения _бв:

м².

5. Принимаем по табл. 9 число рядов круглых труб п, шаг между рядами t_р, размеры трубы, радиус изгиба R, шаг в ряду t_т (рис. 8). Прямой участок а₁ для внутреннего ряда труб принимается равным: а₁ = 50 мм.

Таблица 9

Данные труб, применяемых в масляных силовых трансформаторах

Форма трубы	Размеры сечения, мм	Поверхность 1 м Пм, м2	Шаг, мм			Радиус изгиба R, мм		Число рядов труб при мощности, кВА
			между рядами tр	в ряду t­­т	1000–1600
Круглая	51	0,16	75	70	150		2

Рис. 8. Элементы трубчатого бака.

8.2.11. Прямые участки для следующих длин труб:

мм.

8.2.12. Для принятой формы сечения трубы по размеру наружного ряда труб принимаем минимально допустимые значения с и l: с_min = 75 мм, l_min = 85 мм.

8.2.13. Расстояние между осями труб на стенке бака:

м, где Н – по п. 8.2.2;

м.

8.2.14. Развернутая длина трубы:

В первом ряду: м,

во втором ряду м.

8.2.15. Максимальное число труб в одном ряду на поверхности бака:

.

8.2.16. Поверхность крышки бака:

8.2.17. Поверхность излучения бака с трубами, м²:

где d – диаметр трубы.

8.2.18. Поверхность конвекции бака:

где k_{ф гл} = 1,0; k_{к тр} = 1,4;

П_{к гл} – по п. 8.2.4; П_{к тр} – поверхность конвекции труб::

м².

м².

Рассчитанная поверхность конвекции бака П_к должна быть равной или немного больше необходимой поверхности конвекции П_к^/, определенной в п. 8.2.9. (36,7 > 35,1).

2. Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла.

8.3.1. Среднее превышение температуры стенки бака над окружающим воздухом:

,

где P_к – по п. 6.1.10; P_х – по п. 7.2.5; П_и­ – поверхность излучения по п. 8.2.17; П_к – по п. 8.2.18.

8.3.2. Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над стенкой бака:

,

где м² – сумма поверхностей гладкой части бака, труб, крышки.

8.3.3. Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха:

,

что меньше допустимого 60 .

8.3.4. Превышение температуры обмоток над воздухом

обмотка ВН: ;

обмотка НН: .

Полученные значения меньше допустимых 65 . Следовательно, система охлаждения трансформатора выбрана и рассчитана верно.