 |
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:
, Вт/м2.
6.1.2 Внутренний перепад в обмотке:
, °С,
где 
– толщина изоляции провода на одну сторону, м;
Вт/м·°С для бумажной изоляции, пропитанной лаком или маслом, подробнее см. табл. 4.24 [1].
6.1.3 Перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом:
, °С,
где 
=1 – для естественного масляного охлаждения; 
= 1,1 – для обмоток ВН; 
= 1 – для обмоток НН;
6.1.4 Превышение температуры обмоток над средней температурой масла:
.
6.2 Тепловой расчет обмотки высшего напряжения
Рассматривается вариант применения круглого провода для обмотки.
6.2.1 Внутренний перепад температуры в обмотке:
, 
, м.
Удельные потери в 1 м3 объема обмотки при плотности тока 
:
для медной обмотки:
, Вт;
для алюминиевой обмотки:
, Вт,
где j2− плотность тока в обмотке ВН, А/м2;
d2 − диаметр провода обмотки ВН без изоляции, м;
− то же с изоляцией, м;
− толщина прокладки между слоями обмотки ВН, м.
Средняя теплопроводность обмотки ВН:
, 
,Вт/м∙°С;
, м,где 
, Вт/м∙°С.
Подробные рекомендации приведены на с. 422-424 [I].
6.2.2 Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН:
, Вт/м2.
6.2.3 Перепад температур на поверхности обмотки:
, °С..
6.2.4 Превышение температуры обмотки ВН над средней температурой
, °С.
6.3 Расчет охладительной системы
6.3.1. Выбор типа бака производится по табл. 9.4 [I]. Для мощности SH до 63 кВ∙А выбирается гладкий бак, а для SH от 100 до 630 кВ∙А − 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. 6.1.
|
|
|
6.3.3 Ширина бака по условиям изоляции:
, м,
где S1 , S2, S3, S4 − изоляционные расстояния для отводов, мм;
и 
– наибольший размер сечения отвода, мм.
Величину В следует округлить в сторону увеличения.
Таблица 6.1
Изоляционные расстояния для отводов
| Испытательное напряжение кВ, | До 25 | |||
| Изоляционное расстояние, S2, S4, мм | ||||
| Изоляционное расстояние, S1, S3, мм |
6.3.4 Длина бака:
L =2С+В, м.
Значение L следует округлить в сторону увеличения.
6.3.5 Глубина бака:
, м,
где п – толщина деревянной прокладки под нижнее ярмо принимается в пределах от 0,03 до 0,05, м;
НЯК − расстояние от верхнего ярма до крышки бака определяется по табл. 9.5 [1] или по табл. 6.2;
hЯ − высота ярма определяется по чертежу поперечного сечения ярма, м.
Таблица 6.2.
Расстояние от верхнего ярма до крышки бака
| Класс напряжения, кВ | До 10 | ||
| Няк, мм |
Значение 
следует округлить в сторону увеличения.
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:
, °С.
6.3.8 Среднее превышение температуры поверхности бака над температурой воздуха:
,°С,
где 
от 5 до 6 °С.
6.3.9 Поверхность конвекции гладкой части бака:
, м2,
где поверхность крышки бака
, м2.
6.3.10 Поверхность излучения бака трансформатора:
, м2,
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:
, м2.
6.3.12 Необходимая поверхность трубчатых охладителей
, м2.
где КФГЛ =1 – для гладкого бака;
КФТР =1,26 – для трубчатых охладителей с прямыми трубами (рис. 3).
6.3.13 Требуемое число требуемых охладителей
Выбор производится по табл. 9.9 [1] или по табл. 6.3 так, чтобы их суммарная поверхность была не менее необходимой. Чтобы выдержать соотношение 
- 0,185 (А – расстояние между осями фланцев радиатора), допускается при необходимости увеличение высоты бака на 20...30 %. В результате должно быть выбрано число охладителей n охл (предпочтительнее иметь четное число) и поверхность охлаждения каждого из них П1охл. Для мощных силовых трансформаторов выбор охладителей осуществляется по табл. 9.10 [1].
|
|
|
,
где П1охл= Похл + Пкохл; Похл по табл. 6.3; Пкохл – площадь коллекторов по табл. 6.3.
6.3.14 Поверхность конвекции бака:
, м2,
где КФКР = 0,5, а КФГЛ =1; КФТР определен 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:
, °С.
Таблица 6.3.
Основные данные трубчатых радиаторов с прямыми трубами
| Размер А, мм | Поверхность, м2 | Масса, кг | |
| стали | масла | ||
| С одним рядом труб | |||
| 0,746 | 12,9 | 8,5 | |
| 0,958 | 15,35 | 10,9 | |
| С двумя рядами труб | |||
| 2,135 | 34,14 | ||
| 2,733 | 41,14 | ||
| 3,533 | 50,14 | ||
| 4,333 | 53,94 | ||
| 4,961 | 67,14 | ||
| 5,613 | 73,94 | ||
| 6,253 | 81,98 | ||
| 6,893 | 89,18 | ||
| 7,533 | 95,68 |
Примечание: поверхность конвекции двух коллекторов равна 0,15 м2 при одном ряде труб и 0,34 м2 при двух рядах.
6.3.17 Превышение температуры масла верхних слоев над температурой воздуха:
, °С.
По ГОСТ 11677-85 
.
6.3.18 Превышение температуры обмоток относительно воздуха:
, °С;
,°С.
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:
, м3.
6.4.4 Масса масла в баке:
, кг.
6.4.5 Масса масла в трубчатых охладителях:
Массу масла в одном трубчатом охладителе 
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:
, м3.
6.4.8 Расширитель обычно выполняется цилиндрическим из листовой стали толщиной от 1 до 3 мм и длиной 
.
6.4.9. Диаметр расширителя:
, м.
6.5 Расчет тепловых процессов в трансформаторе при пропуске пакета поездов
6.5.1 Постоянная времени нагрева обмоток трансформатора:
|
|
|
,
где 
= 6,6 Вт∙мин/кг∙°С – удельная теплоемкость меди;
= 13,6 Вт∙мин/кг·°С – то же алюминия;
= 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 КН21 – 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 = 0,108 Вт.ч/кг.°С;
алюминия = 0,227 Вт.ч/кг.°С;
стали 
= 0,133 Вт.ч/кг.°С;
трансформаторного масла 
= 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:
, °С.
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 КН21 по заданию преподавателя.
|
|
|
