- •10. Тепловой расчет трансформатора
- •11. Тепловой расчет бака
- •11.1. Гладкий бак
- •11.2. Трубчатый бак
- •11.3. Бак с навесными охладителями
- •11.4. Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла трансформатора
- •12. Конструктирование трансформаторов
- •12.1. Основные обозначения трансформаторов
- •12.2. Основные элементы конструкции трансформаторов
- •Раздел 1 Контрольные вопросы
- •Раздел 2 Контрольные вопросы
- •Раздел 3
- •Раздел 6
- •Раздел 10
- •Заключение
- •Библиографический список
- •680021, Г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.
10. Тепловой расчет трансформатора
Задача теплового расчета трансформатора заключается:
1) в определении перепадов температуры между обмотками и сердечником с одной стороны и маслом с другой;
2) подборе конструкции и размеров бака, обеспечивающих нормальную теплоотдачу всех потерь при температурах обмоток, сердечника и масла, не превышающих допустимых значений;
3) поверочном расчете превышающей температуры обмоток, сердечника и масла над температурой окружающего воздуха.
Тепловой расчет трансформатора проводится после электромагнитного и механического расчета обмоток и сердечника. При правильном выборе электромагнитных нагрузок и правильном распределении и выборе размеров охлаждающих масляных каналов внутренние перепады температуры в обмотках и сердечнике оказываются не выше обычно допускаемых величин. Вследствие этого тепловой расчет обмоток сводится к поверочному определению перепадов температуры внутри них и на поверхности для принятой конструкции и размеров обмотки. Для обмотки из прямоугольного провода внутренний перепад температуры, оС, можно определить:
о = 10-4,
где q – плотность теплового потока на поверхности обмотки, Вт/м2, определяемая:
для обмотки ВН
,
для обмотки НН
,
где – толщина изоляции на одну сторону по рис. 10.1, см; из – тепло-проводность изоляции провода, Вт/(смоС), определяемая для различных материалов по табл. 10.1.
Таблица 10.1
Удельные теплопроводности различных изоляционных материалов
Материал |
из, Вт/(смоС) |
Хлопчатобумажная лента лакированная |
0,0027 |
Бакелизированная полотняная лента |
0,0027 |
Лакоткани |
0,0025 |
Бумага сухая |
0,0012 |
Бумага промасленная |
0,0014 |
Бумага лакированная (пропитанная лаком) |
0,0017 |
Электроизоляционный картон |
0,0017 |
Картон лакированный |
0,0014 |
Рис. 10.1. К расчету внутреннего перепада температуры в многослойных обмотках из круглого и прямоугольного проводов
а б в
Рис. 10.2. К расчету внутреннего
перепада температуры в обмотках
из прямоугольного провода
Определяется внутренний перепад температуры, оС, для каждой обмотки:
обмотка НН о1 = 10-4;
обмотка ВН о1 = 10-4.
Обмотка из провода круглого сечения обычно выполняется многослойной цилиндрической.
Полный внутренний перепад температуры, оС, в обмотках из круглого провода, не имеющих горизонтальных охлаждающих каналов:
о2 = ,
где – радиальный размер обмотки, см; Р – потери, выделяющиеся в 1 см3 общего объема обмотки (рис. 10.2).
Для медного провода Р, Вт/см3, определяется по формуле
Рм = 1,6810-2; (10.1)
для алюминиевого провода
Ра = 2,7110-2, (10.1′)
где n.c. – толщина межслойной изоляции, см (определялась выше).
Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(смоС),
ср = , (10.2)
Теплопроводность межслойной изоляции м.с. находится по табл. 10.1. Средняя условная теплопроводность обмотки без учета межслойной изоляции, Вт/(смоС),
= , (10.3)
где = ; из – теплопроводность материала изоляции витков (табл. 10.1).
В случае если обмотка намотана непосредственно на изоляционном цилиндре и имеет только одну открытую поверхность охлаждения, полный внутренний перепад, оС,
о = = 0,28 , (10.4)
где ср – определяется по формуле 10.1; – радиальный размер катушки, см.
Средний перепад температуры ср, оС, составляет 2/3 полного перепада:
ср = . (10.5)
Внутренний перепад в многослойных обмотках, Вт/см3, из провода прямоугольного сечения подсчитывается по такой же методике, т. е. по формулам (10.3)–(10.5) с заменой формул (10.1), (10.2) и (10.3) на следующие:
Рм = ;
Ра = ;
ср = ;
= из ,
где a и a – размеры провода в направлении движения тепла соответственно с изоляцией и без изоляции, см; в и в – то же в направлении, перпендикулярном движению тепла, см; 2 – толщина изоляции провода, см (на две стороны).
Перепад температуры на поверхности обмотки является функцией плотности теплового потока q, Вт/м2, на поверхности обмотки. В практике расчета применяются эмпирические формулы для каждого частного случая.
Для цилиндрических обмоток из прямоугольного и круглого проводов, а также для многослойных цилиндрических катушечных обмоток, не имеющих радиальных каналов, перепад, оC, на поверхности обмотки
Ом = Кq06,
где К = 0,285.
Для расчета q06 можно воспользоваться табл. 10.2.
Таблица 10.2
Значение q06 и q08
q |
q06 |
q |
q06 |
q |
q08 |
100 |
15,85 |
1100 |
66,81 |
50 |
22,87 |
200 |
24,02 |
1200 |
70,39 |
60 |
26,46 |
300 |
30,68 |
1300 |
73,85 |
70 |
29,93 |
400 |
36,41 |
1400 |
77,21 |
80 |
33,30 |
500 |
41,62 |
1500 |
80,47 |
90 |
36,59 |
600 |
46,66 |
1600 |
83,65 |
100 |
39,81 |
700 |
50,94 |
1700 |
86,75 |
110 |
42,92 |
800 |
55,19 |
1800 |
89,73 |
120 |
46,07 |
900 |
59,23 |
1900 |
92,74 |
130 |
49,11 |
1000 |
63,10 |
2000 |
95,64 |
140 |
52,11 |
|
|
|
|
150 |
55,06 |
При определении перепада температуры на поверхности обмоток из прямоугольного и круглого проводов с радиальными (горизонтальными) каналами необходимо учитывать способ охлаждения трансформатора, расположение обмотки и размеры радиального масляного канала.
Перепад, оС, на поверхности обмотки может быть подсчитан:
Ом = К1К2К3 0,35 g06.
Коэффициент К1 учитывает скорость движения масла внутри обмотки, зависящую от системы охлаждения: для естественного масляного охлаждения... К1 = 1,0; для масляного охлаждения с дутьем К1 = 0,9; для масляного охлаждения с принудительной циркуляцией масла К1 = 0,7.
Коэффициент К2 учитывает затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток НН и СН и может быть принят: К2 = 1,0 для наружных обмоток ВН, К2 = 1,1 для внутренних обмоток НН и СН.
Коэффициент К3 учитывает влияние на конвекцию масла относительной ширины (высоты) горизонтальных масляных каналов и может быть взят из следующей таблицы в зависимости от отношения высоты к глубине канала (ширины обмотки) , принимается по табл. 10.3.
Таблица 10.3
Значение коэффициента К3
hk/a |
0,07–0,08 |
0,08–0,09 |
0–0,1 |
0,11–0,12 |
0,13–0,14 |
0,15–0,19 |
0,2 и более |
Kз |
1,1 |
1,05 |
1 |
0,95 |
0,9 |
0,85 |
0,8 |
После определения внутреннего и внешнего перепадов температуры в обмотках, оС, для каждой из них подсчитывается среднее превышение ее над средней температурой масла:
о.м. ср. = о.ср. + о.м. .
Это превышение должно быть в пределах, предусмотренных для современных масляных трансформаторов.