Тепловой расчет и расчет системы охлаждения

Тепловой расчет обмоток.

Определяем внутренний перепад температуры в обмотке НН:

Q₀₁ = ,

где l_из = 0,17 Вт/м*°С (таб. 9.1.)

d = 0,0005 м – толщина изоляции провода по одну сторону

q – плотность теплового потока на поверхности обмотки

q₁ = ,

где к₃ = 0,96

w_к – число витков в катушке

w_к = = 0,5

δ= δ′*10^-3= 0,5*10^-3= 0,0005 м

b′_ВН= b′_ВН*10^-3= 4,25*10^-3= 0,00425 м

а′_ВН= а′_ВН*10^-3= 2,5*10^-3= 0,0025 м

b′_HH= b′_HH*10^-3= 6,8*10^-3= 0,0068 м

а′_НН= а′_НН*10^-3= 3,05*10^-3= 0,00305 м

b_HH= b_HH*10^-3= 6,3*10^-3= 0,0063 м

а_НН= а_НН*10^-3= 2,65*10^-3= 0,00265 м

b_ВН= b_ВН*10^-3= 3,75*10^-3= 0,00375 м

а_ВН= а_ВН*10^-3= 2*10^-3= 0,002 м

δ_МСЛ= δ_МСЛ*10^-3= 0,24*10^-3= 0,00024 м

q₁ = = 11,5 (Вт/м²)

Q₀₁ = = 0,034 °С

Средний перепад температуры составляет 2/3 полного перепада:

Q_01,ср = (2/3)*Q₀₁ = (2/3)*0,034 = 0,023 °С

l = = = 0,578 (Вт/м°С)

l_ср = = = 0,512 (Вт/м°С),

где l_мс = 0,17 Вт/м°С (таб. 9.1.)

Определяем полный перепад температуры в обмотке ВН:

Q₀₂ = ,

где р= = =919,376(Вт/м³)

а = 3* +2*d_мсл = 3*0,0025+2*0,00024 = 0,00798 (м)

Q₀₂ = = 0,014°С

Q_02,ср = (2/3)* Q₀₂ = (2/3)*1,18 = 0,009°С

Перепад на поверхности масляного трансформатора может быть подсчитан по эмпирической формуле:

Q_01м = к₁ *к₂ *к₃ *0,35* ,

где к₁ = 1,0 стр. 427

к₂ = 1,1 стр. 427

= 0,1, к₃ = 1 таб. 9.3. стр. 428

Q_01м = 1*1,1*1*0,35*(11,5)^0,6 = 1,67 °С

к = 0,285 стр.425

Q_02м = к* = 0,285*(11,5)^0,6 = 1,23 °С

Определяем полные перепады температуры на обмотках:

Q_01м,ср = Q_01,ср + Q_01м = 0,014+1,76 = 1,77°С

Q_02м,ср = Q_02,ср + Q_02м = 0,009+1,23 = 1,24°С

Тепловой расчет бака.

По таб. 9.4. стр. 429 в соответствии с мощностью трансформатора выбираем конструкцию бака с гладкими стенками.

Определяем минимальную ширину бака:

В = + (S₁ +S₂+d₂+S₃+S₄+d₁)*10^-3

Выбираем изоляционные расстояния (таб. 4.11. стр. 199):

S₁ = 20 мм

S₂ = 20 мм

S₄ = 20мм

d₁ = 20 мм стр. 430

d₂ = 10 мм стр. 430

S₅ == S₃+d₂+S₄=15+10+20=45 стр. 430

S₃ = 15 мм таб. 4.12. стр. 200

В = 0,378 + (20 +20+10+15+20+20)*10^-3 = 0,483 (м)

Определяем минимальную длину бака:

А = 2*С+ +2*S₅*10^-3 = 2*0,386+0,378+2*45*10^-3 = 1,24 (м)

Определяем высоту активной части:

Н_а,ч = l_c +2*h_я *10^-3 +n*10^-3,

где h_я = а_1я = 200 мм – высота ярма

n = 30 (стр. 431) – толщина прокладки под нижнее ярмо

Н_а,ч = 0,332+2*75*10^-3+30*10^-3 = 0,512 (м)

Минимальное расстояние от ярма до крышки бака:

Н_я,к = 0,16 м таб. 9.5. стр. 431

Определяем общую глубину бака:

Н = Н_а,ч + Н_я,к = 0,512+0,16 = 0.672 (м)

Для развития нужной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы с прямыми трубами с расстоянием между осями фланцев (таб. 9.9. стр. 442) А_р =1150 мм, с поверхностью труб П_тр = 3,533 м² и двух коллекторов 0,34 м².

Для установки выбранного радиатора глубина бака должна быть принята:

Н = А_р + с₁ + с₂ ,

где с₁ = 0,085 м стр. 442

с₂ = 0,1 м стр. 442

Н = 1,15 + 0,085 + 0,1 = 1,335 (м)

Принимаем высоту бака для выбранного радиатора за действительную, т.к. она больше минимальной.

Поверхность излучения бака, в предварительном расчете может быть определена по:

П_и=П_к= 2*(А + В)*Н+ П_кр*0,5

П_кр = 2*А*В = 2*1,24*0,483 = 1,198 (м²)

А, В, Н – размеры бака

П_и= П_к =2*(1,240 + 0,483)*1,335+0,5*1,198= 5,2 (м²)

Определяем среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки:

Q_мв = 65 - Q_01мср = 65 – 1,77 = 63,23°С

Определяем превышение температуры стенки бака:

Q_бв = Q_мв - Q_мб ,

где Q_мб = 6°С стр. 434

Q_бв = 63,23 – 6 = 57,23 °С

Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака:

П_к.гл. = Н*[2*(А-В)+p*В] = 1,335*[2*(1,24 - 0,483)+3,14*0,483] = 4 (м²)

Ориентировочная поверхность излучения.

Поверхность конвекции составляется из:

– поверхности гладкого бака П_к.гл. = 4 м²

– поверхности крышки бака

П_к.кр = 0,5*[(А-В)*(В+0,16)+ p* ] =

= 0,5*[(1,24-0,483)*(0,483+0,16)+3,14* ] = 0,4 (м²)

Определяем поверхность конвекции радиаторов:

SП_к.р. = П_к – П_к.гл. – П_к.кр. = 5,2 – 4– 0,4 = 0,8 (м²)

Окончательный расчет превышения температуры обмоток и масла.

Определяем среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха:

Q_бв = ,

где к=1,05 стр.446

Q_бв =

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака:

Q_мб = к₁ * 0,165* ,

где к₁ = 1 стр. 444

Q_мб = 1 * 0,165* = 10 °С

Определяем превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха: d = 1,2 стр. 444

Q_м.в.в = ­d*(Q_б.в. + Q_м.б.) = 1,2*(14+10) = 28,8°С < 60°С

Определяем превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха:

Q_о.в.1 = Q_01ср + Q_01м + Q_б.в.+ Q_м.б. = 0,023+1,67 +14+10 =26°С < 65°С

Q_о.в.2 = Q_02ср + Q_02м + Q_б.в.+ Q_м.б. = 0,009+1,23+14+10 = 25°С < 60°С