Тепловой расчет трансформатора. расчет охладительной системы

6.1. Тепловой расчет обмотки низшего напряжения. Рассматривается вариант применения прямоугольного провода обмотки.

6.1.1. Плотность теплового потока на поверхности обмотки

6.1.2. Внутренний перепад в обмотке

, ⁰С

где - толщина изоляции провода на одну сторону, м;

Вт/м°С для бумажной изоляции, пропитанной лаком или маслом, подробнее см. табл. 4.24 [I].

6.1.3. Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом

, ⁰С,

где К₁=1для естественного масляного охлаждения;

К₂= 1,1 для обмоток ВН;

К₃=1для обмоток НН;

К₄=1для номинальной мощности трансформатора вплоть до 630 кВА. Более подробные сведения приведены на с. 427-428 [I].

6.1.4. Превышение температуры обмоток над средней температурой масла.

6.2. Тепловой расчет обмотки высшего напряжения.

Рассматривается вариант применения круглого провода обмотками.

6.2.1. Внутренний перепад температуры в обмотки

, , м.

Удельные потери в 1 м³ объема обмотки:

для медной обмотки

для алюминиевой обмотки

где j₂ — плотность тока в обмотке ВН, А/м² ;

d₂ - диаметр провода обмотки ВН без изоляции, м;

d '₂ - то же с изоляцией, м;

- толщина прокладки между слоями обмотки ВН, м.

Средняя теплопроводность обмотки ВН:

, Вт/м ⁰С

где

Подробные рекомендации приведены на с. 422-424 [I].

6.2.2. Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН

6.2.3. Перепад температур на поверхности обмотки

6.2.4. Превышение температуры обмотки ВН над средней температурой

6.3. Расчет охладительной системы

6.3.1. Выбор типа бака производится по табл. 9.4 [I]. Для мощности S_H до 63 кВА выбирается гладкий бак, а для S_H от 100 до 630 кВА — бак с навесными радиаторами и прямыми трубами.

6.3.2. Изоляционные расстояния для отводов определяются по табл. 4.11, 4.12 [1] или по табл. П-5.1 {2].

6.3.3. Ширина бака по условиям изоляции

где S₁ , S₂, S₃, S₄ — изоляционные расстояния для отводов, мм;

d₁ и d₂ - наибольший размер сечения отвода, мм.

Величину В следует округлить в сторону увеличения.

6.3.4. Длина бака

А=2С+В.

6.3.5. Глубина бака

где п - толщина деревянной прокладки под нижнее ярмо принимается в пределах от 0,03 до 0,05, м;

Н_ЯК — расстояние от верхнего ярма до крышки бака определяется по табл. 9.5 [1] или по табл. П-5.2 [2];

h_Я - высота ярма определяется по чертежу поперечного сечения ярма, м.

6.3.6. Среднее превышение наиболее нагретой части обмотки над температурой воздуха, допустимое по ГОСТ 11677-85:

6.3.7. Допустимое среднее превышение температуры масла над температурой окружающего воздуха

6.3.8. Среднее превышение температуры поверхности бака над температурой воздуха

где от 5 до 6 ⁰С

6.3.9. Поверхность конвекции гладкой части бака

где поверхность крышки бака

6.3.10. Поверхность излучения бака трансформатора

где К=1 для гладкого бака, К выбирается в пределах от 1,5 до 2 для бака с навесными радиаторами.

6.3.11. Необходимая поверхность конвекции трансформатора

6.3.12. Необходимая поверхность трубчатых охладителей

где К_ФГЛ =1- Для гладкого бака;

К_ФТР=1,26 - для трубчатых охладителей.

6.3.13. Требуемое число требуемых охладителей

Выбор производится по табл. 9.9 [1] или по табл. П-5.3 [2] так, чтобы их суммарная поверхность была не менее необходимой. Чтобы выдержать соотношение - 0,185, допускается при необходимости увеличить высоту бака на 20 ... 30 %. В результате должно быть выбрано число охладителей n_охл и поверхность охлаждения каждого из них П_охл

6.3.14. Поверхность конвекции бака

где К_ФКР=0,5, а К_ФГЛ и К_ФТР определены в п. 6.3.12.

6.3.15. Превышение температуры стенки бака или трубы трубчатого охладителя над температурой воздуха

6.3.16. Превышение температуры масла вблизи стенки бака над

температурой стенки

6.3.17. Превышение температуры масла верхних слоев над температурой воздуха

По ГОСТ 11677-85

6.3.18. Превышение температуры обмоток относительно воздуха:

По ГОСТ 11677-85

6.4. Определение объема масла и размеров расширителя

6.4.1. Объем выемной части бака «

, м³

где удельная масса выемной части зависит от материала обмоток:

6.4.2. Объем бака

,м³

6.4.3. Объем масла в баке

6.4.4. Масса масла в баке

, кг

6.4.5. Масса масла в трубчатых охладителях

Массу масла в одном трубчатом охладителе G_мтр находим по таблице 9.9 [1] или по таблице П-5.3 [2].

6.4.6. Общая масса масла в трансформаторе

, кг

6.4.7. Объем расширителя

6.4.8. Расширитель обычно выполняется цилиндрическим из листовой стали толщиной от 1 до 3 мм и длиной

6.4.9. Диаметр расширителя

6.5. Расчет тепловых процессов в трансформаторе при пропуске пакета поездов

6.5.1. Постоянная времени нагрева обмоток трансформатора

где См=6,6 Вт мин/кг-°С - удельная теплоемкость меди;

С_А1=13,6 Вт мин/кг⁰С- то же алюминия;

Киз=l,25 - коэффициент, учитывающий теплоемкость витковой изоляции.

6.5.2. Установившееся среднее значение превышения температуры обмотки над температурой масла (расчет ведется для наиболее нагретой обмотки) до начала пропуска пакета поездов

где К_Н21 степень нагрузки трансформатора до начала следования пакета поездов (его величина задается преподавателем).

6.5.3. Установившееся превышение температуры обмоток над температурой масла при прохождении пакета поездов.

6.5.4. Превышение температуры наиболее нагретой обмотки над температурой масла трансформатора при пропуске пакета поездов в функции времени выражается следующим образом:

Приведенную зависимость следует представить графически.

6.5.5. Постоянная времени нагрева трансформатора

Значения удельных теплоемкостей:

меди См=0.108 Вт^.ч/кг^.°С;

алюминия С_А1 =0,227 Вт^.ч/кг^.°С;

стали С_С=0.133Вт^.ч/кг^.°С;

трансформаторного масла С_МАСЛ=0,5 Вт^.ч/кг^.°С.

Величина номинального перегрева стали по отношению к маслу

Номинальный перегрев масла по отношению к воздуху

6.5.6. Установившееся среднее превышение температуры масла над

температурой воздуха до начала проследования пакета поездов

6.5.7. Установившееся превышение температуры масла относительно воздуха при пропуске пакета поездов

6.5.8. Превышение температуры масла над температурой воздуха в функции времени

6.5.9. Перегрев обмоток относительно воздуха

Все три зависимости нужно построить на одном графике для промежутка времени, составляющего обычно от 3 до 4 ч.

6.5.10. Допустимое время перегруза трансформатора при пропуске пакета поездов по условиям нагрева обмоток определяется графически по допустимому перегреву обмоток относительно воздуха в соответствии с ГОСТ 11677-75:

6.5.11. Превышение температуры масла верхних слоев над температурой

воздуха

6.5.12. Допустимое время работы трансформатора при заданном перегрузе

при пропуске пакета поездов по условиям нагрева масла верхних слоев определяется графически по допустимому значению перегрева:

Аналогичные расчеты выполняются для других значений А"н21 по заданию

преподавателя. Расчеты могут быть проведены на ЭВМ по программе 1, приведенной в приложении [2].