Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Тепловой расчет трансформатора

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, °С, можно определить:
qо =  10-4,
где     q         –         плотность теплового потока на поверхности обмотки, Вт/м2, определяемая:
для обмотки ВН
 ,
для обмотки НН
 ,
где    d        –       толщина изоляции на одну сторону по рис. 1, см; lиз         –         теплопроводность изоляции провода, Вт/(см×°С), определяемая для различных материалов по табл. 1.

Таблица 1

Удельные теплопроводности различных изоляционных материалов

Материал

lиз, Вт/(см×°С)

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

 

К расчету внутреннего перепада температуры в многослойных обмотках

Рис. 1. К расчету внутреннего перепада температуры в многослойных обмотках из круглого и прямоугольного проводов

 

                         а                  б                    в
К расчету внутреннего перепада температуры в обмотках из прямоугольного провода

Рис. 2. К расчету внутреннего перепада температуры в обмотках  из прямоугольного провода

Определяется внутренний перепад температуры, °С, для каждой обмотки:
обмотка НН  qо1 = 10-4;
обмотка ВН  qо1 = 10-4.
Обмотка из провода круглого сечения обычно выполняется многослойной цилиндрической.
Полный внутренний перепад температуры, °С, в обмотках из круглого провода, не имеющих горизонтальных охлаждающих каналов:

qо2 =  ,
где  –     радиальный размер обмотки, см; Р  –       потери, выделяющиеся в 1 см3 общего объема обмотки (рис. 2).
Для медного провода Р, Вт/см3,  определяется по формуле
Рм = 1,6810-2;                                                              (1)
для алюминиевого провода
Ра = 2,7110-2,                                                              (1′)
где    dn.c.    – толщина межслойной изоляции, см (определялась выше).
Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(см×°С),
lср =  ,                                                                         (2)
Теплопроводность межслойной изоляции lм.с. находится по табл. 1. Средняя условная теплопроводность обмотки l без учета межслойной изоляции, Вт/(см×°С),
l =  ,                                                                                                         (3)
где a = ; lиз   – теплопроводность материала изоляции витков (табл. 1).
В случае если обмотка намотана непосредственно на изоляционном цилиндре и имеет только одну открытую поверхность охлаждения, полный внутренний перепад, °С,   
qо =  = 0,28 ,                                                            (4)
где    lср     –       определяется по формуле 1;         –       радиальный размер катушки, см.
Средний перепад температуры qср, °С, составляет 2/3 полного перепада:
qср = .                                                                                                                      (5)

Внутренний перепад в многослойных обмотках, Вт/см3, из провода прямоугольного сечения  подсчитывается по такой же методике, т. е. по формулам (3)–(5) с заменой формул (1), (2) и (3) на следующие:
Рм = ;

Ра = ;

lср = ;

l = lиз ,
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; 2d       –      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

qОм = К×q06, 
где    К = 0,285.
Для расчета q06  можно воспользоваться табл. 2.

Таблица 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,      °С, на поверхности обмотки может быть подсчитан:

qОм = 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. 3.

Таблица 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

1,1

1,05

1

0,95

0,9

0,85

0,8

После определения внутреннего и внешнего перепадов температуры в обмотках, °С, для каждой из них подсчитывается среднее превышение ее над средней температурой масла:
qо.м. ср. = qо.ср. + qо.м.          .       

Это превышение должно быть в пределах, предусмотренных для современных масляных трансформаторов.

 
« Тепловой расчет бака трансформатора   Трансформаторы и трансформаторные подстанции »
электрические сети