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:

q_о = 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. 10.1, см; l_из – тепло-проводность изоляции провода, Вт/(см×^оС), определяемая для различных материалов по табл. 10.1.

Таблица 10.1

Удельные теплопроводности различных изоляционных материалов

Материал	lиз, Вт/(см×^оС)
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 q_о1 = 10^-4;

обмотка ВН q_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:

q_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

Р_м = 1,68 10^-2; (10.1)

для алюминиевого провода

Р_а = 2,71 10^-2, (10.1′)

где d_n.c. – толщина межслойной изоляции, см (определялась выше).

Средняя теплопроводность обмотки, Вт/(см×^оС),

l_ср = , (10.2)

Теплопроводность межслойной изоляции l_м.с. находится по табл. 10.1. Средняя условная теплопроводность обмотки l без учета межслойной изоляции, Вт/(см×^оС),

l = , (10.3)

где a = ; l_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,

q_о = = 0,28 , (10.4)

где l_ср – определяется по формуле 10.1; – радиальный размер катушки, см.

Средний перепад температуры q_ср, ^оС, составляет 2/3 полного перепада:

q_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:

Р_м = ;

Р_а = ;

l_ср = ;

l = l_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; 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

q_Ом = К×q⁰⁶,

где К = 0,285.

Для расчета q⁰⁶ можно воспользоваться табл. 10.2.

Таблица 10.2

Значение q⁰⁶ и q⁰⁸

q	q^06	q	q^06	q	q^08
	15,85		66,81		22,87
	24,02		70,39		26,46
	30,68		73,85		29,93
	36,41		77,21		33,30
	41,62		80,47		36,59
	46,66		83,65		39,81
	50,94		86,75		42,92
	55,19		89,73		46,07
	59,23		92,74		49,11
	63,10		95,64		52,11
					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:

q_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		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:

q_{о.м. ср.} = q_о.ср. + q_о.м..

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

Дата добавления: 2015-07-19