Стартовая >> Оборудование >> Трансформаторы >> Теория >> Условия теплопередачи в обмотках и магнитопроводе трансформатора

Условия теплопередачи в обмотках и магнитопроводе трансформатора

Процессы теплопередачи в реальных условиях трансформатора имеют довольно сложный характер. Это обусловлено тем, что поверхности теплообмена в трансформаторе имеют разнообразные конфигурации и расположение относительно друг друга, часть поверхностей недоступна свободному доступу охлаждающей среды. Тепловой поток, возникающий в обмотках и магнитопроводе, отводится в окружающую среду по сложному пути, состоящему из нескольких участков. На участке от внутренних точек обмотки или магнитопровода до их наружных поверхностей, омываемых маслом, передача тепла происходит путем теплопроводности. Размеры внутренних каналов могут быть сравнимы с размерами конвективного слоя, и течение масла внутри этих каналов уже не является свободным.

Теплопередача от обмоток и магнитопровода к маслу представляет собой сложный комплекс теплофизических и гидродинамических процессов. Тепловые расчеты трансформатора производятся по эмпирическим формулам с учетом критериев подобия.

Для определения внутреннего перепада температуры в обмотке принимают следующие граничные условия:
— обмотка представляет собой однородное тело плоской формы с одинаковой теплопроводностью по всему сечению;
— размер по высоте значительно больше, чем ее диаметр;
— температура масла постоянна;
— потери в единице объема обмотки — постоянны.

В реальной обмотке эти условия не соблюдаются. Наиболее нагретая зона сдвигается от середины сечения обмотки к ее внутренней поверхности, и если обмотка имеет охлаждающий канал с внутренней стороны, то нагретая зона перемещается в сторону узкого масляного канала и находится от внутренней поверхности обмотки на расстоянии 0,2—0,3 радиального размера обмотки. В осевом направлении распределение температуры в обмотке также неравномерно, так как температура масла вверху выше, чем внизу.
Усиленная изоляция обмоток, применяемых на входных витках обмоток мощных трансформаторов, существенно влияет на нагрев. Поэтому для уменьшения нагрева входных витков выбирают провода большого сечения. Таким образом, выравнивают температурное поле по толщине изоляции. Наиболее нагретая точка обмотки находится в верхней зоне, где температура на 13°С выше средней температуры обмотки.

Учитывая вышеизложенные условия, при расчете необходимо пользоваться опытными данными для каждого типа обмоток. Для расчета охлаждения обмотки необходимо определить поверхность ее охлаждения. Поверхностью охлаждения цилиндрических обмоток считается только внешняя цилиндрическая поверхность по высоте. Торцовые части обмоток, закрытые опорными кольцами, и внутренняя поверхность обмотки, если она прилегает к изоляционному цилиндру, в расчетах не учитываются. То же самое относится и к поверхностям, закрытым вертикальными рейками.

Передача тепла от обмоток к маслу происходит при наличии разности температур между обмотками и маслом. Разность температур поверхности обмотки и омывающего ее масла зависит от теплового потока, выделившегося с поверхности обмотки, а также расположения охлаждаемых маслом поверхностей обмотки, размеров масляных каналов и вязкости масла.
При этом для масляных трансформаторов всегда принимается, что передача тепла от каждого из тепловыделяющих элементов (обмотки, магнитопровод) происходит независимо.
Теплоотдача путем излучения с поверхности гладких баков достигает 50% общей теплоотдачи. У трубчатых баков и у баков с радиаторами доля теплоотдачи излучением ниже.
Тепловой расчет трансформатора сводится к определению среднего превышения температуры обмотки и превышения температуры верхних слоев масла над температурой окружающей среды. Эти величины являются наиболее удобными характеристиками, главным образом потому, что при испытаниях согласно ГОСТ 3484 определяется именно средняя температура обмотки путем изменения электрического сопротивления, а температура верхних слоев масла определяется датчиками температур. Однако при тепловом расчете обязательно определяется также температура наиболее нагретой точки обмотки.

 
« Уравнения трансформатора   Устойчивость трансформаторных масел в электрическом поле »
электрические сети