- •1. Розрахунок основних електричних величин
- •2. Попередній розрахунок трансформатора з використанням еом
- •2.1 Визначення оптимального варіанту
- •3. Перевірочний розрахунок оптимального трансформатора
- •3.1 Вибір типу обмоток
- •3.2 Розрахунок обмотки нн
- •3.3 Розрахунок обмотки вн
- •3.4 Розрахунок характеристик короткого замикання
- •3.4.1 Втрати короткого замикання.
- •3.4.2 Напруга короткого замикання.
- •3.5 Механічні сили і напруги в обмотках
- •3.6 Розрахунок магнітної системи
- •3.6.1 Маса магнітної системи.
- •3.7 Тепловий розрахунок трансформатора
- •3.7.4 Визначення фактичних перегрівів.
- •3.8 Техніко-економічні показники трансформатора
3.7 Тепловий розрахунок трансформатора
При роботі трансформатора втрати, які виникають в його обмотках та магнітній системі, виділяються в них у вигляді теплоти. Частина цієї теплоти йде на нагрівання активної частини, а інша відводиться в навколишнє середовище.
Найбільш нагрітими точками в трансформаторі є провідники обмоток. При передачі теплоти від провідників до масла температура (перепад) між обмоткою і маслом знижується.
Для ізоляції, яка застосовується в силових масляних трансформаторах, визначають гранично допустимий перепад (перевищення) температури обмоток
над навколишнім повітрям o-в)доп = 65С, а масла у верхніх шарах над повітрям м-в)доп = 60С. При відомих втратах в обмотці, її розмірах та виді ізоляції проводу можна розрахувати перепад температури між обмоткою та маслом o-м; перепад між маслом та баком м-б змінюється в дуже вузьких межах для різних трансформаторів,його значення складає 5…6С.
Тоді можна знайти допустиме перевищення температури бака над повітрям б-в = o-в)доп – - o-м – м-б, по величині якого можна визначити необхідну площу поверхні охолодження трансформатора, тобто вирішити задачу теплового розрахунку.
3.7.1 Розрахунок температурного перепаду між обмотками та маслом. Цей перепад складається з перепаду всередині самої обмотки, тобто між точками, розташованими в центрі її перерізу та зовнішньою поверхнею 0, а також між зовнішньою поверхнею обмотки і маслом по-м.
Для обмотки НН з прямокутного проводу:
о1 = q1110-5/из , (3.112)
де 1 – одностороння товщина ізоляції проводу (1 = 0,25 мм);
из – теплопровідність ізоляції проводу (из = 0,0017 Вт/cмС).
о1 = 13,50,2510-5/ 0,0017 = 0.02 С.
Для обмотки ВН з круглого проводу, С:
о2 = Р/(8ср), (3.113)
де Р – втрати, які виділяються в 1 см3 загального об’єму обмотки.
Р = , (3.114)
де Ср – теплоємність алюмінію(Ср = 2,71).
Р = .
Середня теплопровідність обмотки:
ср = мс(dпр + мс)/(мс + мсdпр), (3.115)
ср = 0,0050,0017(4,4 + 0,24)/(0,0050,24 + 0,00172,2) = 0,006,
де мс = из = 0,0017 (Вт/cмС).
= из /(0,7) = 0,0017 /(0,7)= 0,008, (3.116)
= (dпр – dпр)/ dпр = (4,4 – 4)/ 4 = 0,1, (3.117)
о2 = Р/(8ср) = 0,0624,082/(80,006) = 19,83 С. (3.118)
Середній перепад всередині усієї обмотки:
оср1 = о1 = 0,02 = 0,013 С, (3.119)
оср2 = о2 = 19,83 = 13,22С. (3.120)
Перепад температури між поверхнею обмотки і маслом (для двошарової та багатошарової циліндричної обмоток):
по-м1 = 0,285q10,6 = 0,285923,8070,6 = 17,147 С, (3.121)
по-м2 = 0,285q20,6 = 0,285512,560,6 = 12,042 С. (3.122)
Середнє перевищення температури обмотки над маслом:
(о-м)ср1 = оср1 + по-м1 = 0,013 + 17,147 = 17,16С, (3.123)
(о-м)ср2 = оср2 + по-м2 = 13,22 + 12,042 = 25,26С. (3.124)
3.7.2 Вибір та розрахунок системи охолодження. Для відводу тепла в навколишній простір трансформатор повинен мати деяку поверхню контакту з повітрям. В трансформаторах малої потужності – це поверхня самого баку, а по мірі зростання потужності повинна створюватись додаткова поверхня охолодження. Для трансформаторів потужністю 63 кВА вона створюється за рахунок труб, що вварюються в стінки бака.
Для розрахунку системи охолодження необхідно визначити мінімальні розміри бака:
– довжина
Lб = 2L + D2 + 2(S3 + S4 + d2), (3.125)
– ширина
В = D2 + S1 + S2 + S3+ S4 + d1 + d2, (3.126)
– висота
H = lc + 2Hя + Няд + Няк, (3.127)
де Hя = g1c – ширина першого пакету ярма (стержня), (Hя = g1c = 13,5 см);
Hяд – товщина опорного бруса під нижнім ярмом (Hяд = 4 см);
Hяк – відстань від верхнього ярма до кришки бака (Hяк = 16 см );
S1, S2 , S3 , S4 – ізоляційні відстані, які визначаються по відповідній випробувальній напрузі, табл. 2,4 [1], (S1 = 2 см, S2 = 2,5 см, S3 = 2 см,
S4 = 2,5 см);
d1, d2 – еквівалентні діаметри відводів обмоток НН та ВН:
d1 = 0,113(см), (3.128)
d2 = 0,113(см), (3.129)
Lб = 230 + 28,89 + 2(2 + 2,5 + 0,4) = 98,695 (см), (3.130)
В = 28,89 + 2 + 2,5 + 2+ 2,5 + 1,3 + 0,4 = 39,595 (см), (3.131)
H = 42,34 + 213,5 + 4 + 16 = 89,34 (см). (3.132)
Бак віддає теплоту в навколишній простір за допомогою випромінювання та конвекції.
Площа поверхні випромінювання бака:
Пи = [2(Lб – В) + B]HКи10-4, (3.133)
де Ки – коефіцієнт, що враховує збільшення поверхні випромінювання
(Ки = 1,5 ).
Пи = [2(98,695 – 39,595) + 3,1439,595] 89,34 1,510-4 = 3,251 (м2),
Необхідна площа поверхні конвекції
Пкн = 1,05(Р0 + Рк) /(2,51,25(б-в)н) – 1,12Пи, (3.134)
де (б-в)н – необхідний перепад температури між баком та повітрям.
(б-в)н = (о-в)доп – (о-м)ср – м-б , (3.135)
(б-в)н = 65 – 25,26 – 5 = 34,74С,
де (о-м)ср = (о-м)ср2 – більше з двох значень, розрахованих для обмоток НН і ВН ((о-м)ср = (о-м)ср2 = 25,26С );
(о-в)доп – гранично допустимий перепад температури обмоток над оточуючим повітрям ((о-в)доп = 65С);
м-б – перепад температури між маслом та баком (м-б = 5С ).
Знайдене значення (б-в)н повинно задовольняти умову
1,2((б-в)н + м-б) 60. (3.136)
Тобто перевищення температури найбільш нагрітого масла (під кришкою бака) над повітрям не повинно перевищувати допустимого значення 60С (коефіцієнт 1,2 враховує відношення максимальної температури масла під кришкою до середньої температури).
1,2(34,74 + 5) = 47,687 60, (3.137)
Пкн = 1,05(489,83 + 2697,12) /(2,534,7391,25) – 1,123,251 = 12,243 (м2).
3.7.3 Розрахунок поверхні охолодження. Розрахунок зводиться до визначення площі дійсної поверхні конвекції Пкд, яка має бути не менше необхідної.
Підбираємо радіатор за його міжосьовою відстанню, см:
Атр = Н – 18,5 = 65,49–18,5 = 70,84. (3.138)
Приймаємо А=71.
Визначимо потрібну кількість радіаторів:
nрад.тр= (Пкн– Пкглkфгл– Пкрkфкр) / (Пктрkфтр+ Пккkфк), (3.140)
.
Якщо виходить ціле число, то знайдене число приймається за дійсне, якщо дробне, то воно округлюється до найближчого більшого цілого числа і приймається за дійсну кількість радіаторів, при якій розраховується дійсна площа поверхні конвекції.
Приймаємо кількість радіаторів n = 5.
де Пкк=0,34; Кф.тр=1,26; Пк.тр=2,135;
Дійсна площа поверхні конвекції, м2:
Пкд=Пкглkфгл+ Пкрkфкр+ (Пктрkфтр+ Пк.кkф.к)nрад, (3.141)
Пкд = 2,5471+0,1791+(2,1351,26+ 0,341)5 = 17,496 (м2).