Тепловой расчет и расчет систем охлаждения
Тепловой расчёт трансформатора проводится после завершения электромагнитного и механического расчётов его обмоток и магнитной системы. При правильном выборе электромагнитных нагрузок и правильном распределении и выборе размеров охлаждающих масляных каналов внутренние температуры обмоток и магнитной системы оказываются не выше допустимых значений. По этому тепловой расчёт сводится к определению перепадов температур в нутрии обмоток и на их поверхности.
6.1. Проверочный тепловой расчёт обмоток
Внутренний перепад температуры в многослойных обмотках из прямоугольного провода рассчитывается в следующей последовательности:
Потери, выделяющиеся в 1м3 общего объёма обмотки:
для обмотки из алюминиевого провода (ленты)
,
для ВН: ,
для НН: ,
в этой формуле и - размеры провода без изоляции и с изоляцией в направлении движения тепла (м),
и - то же, но в направлении перпендикулярном движению тепла (м),
выражены в (м), - в A/м2;
Средняя условная теплопроводность обмотки без учёта межслойной изоляции
,
Средняя условная теплопроводность обмотки
,
для ВН: ,
для НН: .
Полный внутренний перепад температуры
,
для ВН: ,
для НН: .
- радиальный размер катушки, м; при наличии в обмотке осевого охлаждающего канала размер равен ширине наиболее широкой из катушек;
Среднее значение внутреннего перепада температуры в обмотке
,
для ВН: ,
для НН: .
|
|
Таблица 6.1
Удельные теплопроводимости изоляционных и других материалов
Материалы | λ, Вт/(м·°С) |
Электроизоляционный картон Алюминий | 0,17 |
Перепад температуры на поверхности цилиндрических обмоток из круглого или прямоугольного провода или алюминиевой ленты
,
для ВН: ,
где .
для НН: .
где =0,285.
Среднее превышение температуры обмотки над температурой масла
,
для ВН: ,
для НН: .
6.2. Тепловой расчёт бака
Бак трансформатора должен иметь хорошую теплоотдачу, быть механически прочным, простым в изготовлении, иметь малые габариты. Тип бака выбирается по мощности трансформатора – (табл. 6.2)
Таблица 6.2
Типы баков силовых масляных трансформаторов
Тип бака | Вид охлаждения | Пределы применения по мощности, кВ∙А |
Бак с гладкими сетками Бак с вваренными охлаждающими гнутыми трубами (трубчатый) Бак с навесными радиаторами с прямыми трубами Бак с навесными радиаторами с гнутыми трубами | м м м м | До 25-40 От 40-63 до 1600 От 100 до 6300 От 2500 до 10000 |
Примечание: При современных технологиях изготовления более технологичными являются баки с навесными радиаторами с прямыми трубами.
|
|
Выберем бак с навесными радиаторами с прямыми трубами.
Для расчета размеров бака необходимо определить следующие изоляционные расчеты расстояния и размеры (рис. 6.1):
Рис. 6.1. К определению основных размеров бака
– изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до собственной обмотки (по табл. 6.3); ;
– изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН до стенки бака (по табл. 6.3); ;
– диаметр изолированного отвода обмотки ВН: при классах напряжения 10 и 35 кВ при мощности трансформатора до 10000 кВ∙А =20мм, а при больших мощностях =25мм; ;
– изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до обмотки ВН; ;
– изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки НН до стенки бака (по табл. 6.3); ;
– диаметр изолированного отвода от обмотки НН, равный , или размер неизолированного отвода НН (шины), равный 10-15 мм. .
Таблица 6.3
Минимально допустимые расстояния от отводов до заземлённых частей
Испытательное напряжение отвода, кВ | Толщина изоляции на одну сторону, мм | Диаметр отвода, мм | Расстояние от гладкой стенки бака или собственной обмотки, мм |
До 25 | Собств. Собств. | <6 >6 — |
Примечания:1. Для отводов с ≤35 кВ используется медный или алюминиевый провод, изолированный кабельной бумагой или бумажно-бакелитовыми трубками.
|
|
Минимальная ширина бака
,
.
Минимальная длина бака трехфазных трансформаторов классов напряжения 6, 10 и 35 кВ
,
.
где – расстояние от обмотки ВН до стенки бака; при испытательных напряжениях до 85 кВ может быть принят таким же, как и расстояние от неизолированного отвода обмотки до обмотки ВН (табл. 6.4), т. е. = ; чаще принимают , .
Внутренние размеры бака и , рассчитанные по вышеперечисленным формулам, обычно оказываются достаточными и по условиям теплоотдачи.
Глубина бака определяется высотой активной части и минимальным расстоянием от верхнего ярма до крышки бака, необходимым для размещения внутренних частей проходных изоляторов, отводов и переключателей
, .
где – высота активной части
, ,
где - ширина среднего листа ярма, ,
– толщина подкладки под нижнее ярмо; = 30÷50 мм;
– расстояние от верхнего ярма магнитопровода до крышки бака; выбирается из таблицы 6.5, .
Таблица 6.5
Минимальное расстояние от ярма до крышки бака
Класс напряжения трансформатора, кВ | Минимальное расстояние, м |
6,10 | 0,16 0,30 0,40 |
В любом случае для установки радиаторов необходимая глубина бака
|
|
, ,
.
где = 1,400 – расстояние между осями патрубков радиатора (табл. 6.6); и – расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака (табл. 6.6).
Должно быть . В противном случае необходимо принять .
Для радиаторов с двумя рядами труб =505мм, =253 мм. Данные трубчатых радиаторов с прямыми трубами приведены в табл. 6.6.
Таблица 6.6
Основные данные трубчатых радиаторов с прямыми трубами
Размер , мм | Поверхность , м2 | Масса, кг | Размер , мм | Поверхность , м2 | Масса, кг | |||
Стали | масла | стали | масла | |||||
С одним рядом труб | 4,333 4,961 5,613 6,253 6,893 7,533 | 53,94 67,14 73,94 81,98 89,18 95,68 | ||||||
0,746 0,958 | 12,9 15,35 | 8,5 10,9 | ||||||
С двумя рядами труб | ||||||||
2,135 2,733 3,533 | 34,14 41,14 50,14 | |||||||
Примечание: 1. – поверхность конвекции труб;
– поверхность конвекции двух коллекторов;
=0,34 м2 при двух рядах труб; – поверхность конвекции радиатора;
= + , .
2. Минимальные расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака: =0,085м; = 0,10м.
Превышение средней температуры масла над температурой окружающей среды для наиболее нагретой обмотки или катушки
, .
где – длительное допустимое среднее превышение температуры обмоток над воздухом при номинальной нагрузке; для обмотк масляных трансформаторов по ГОСТ 11677-85 =65°С.
Максимальное превышение температуры стенки бака над температурой окружающей среды (пренебрегая перепадом температуры между маслом и стенкой бака) °С
где – коэффициент, равный отношению максимального и среднего превышений температуры масла; можно применять =1,2;
– среднее превышение температуры стенки бака над воздухом
,
.
60°С – превышение температуры верхних слоёв масла над воздухом для трансформаторов герметическое или с расширителем.
По выбранным размерам бака рассчитывается поверхность гладких стенок бака при овальном его сечении в плане
,
.
Поверхность излучения бака с навесными радиаторами (ориентировочно)
, .
Где – коэффициент, учитывающий отношение поверхности излучения к поверхности гладкой части бака; для бака с навесными радиаторами =1,5÷2.
Необходимая поверхность конвекции для получения найденного выше значения среднего превышения температуры наружных стенок бака над температурой воздуха (ориентировочно)
,
.
Эта поверхность должна быть обеспечена элементами системы охлаждения масляного трансформатора (стенками бака, крышкой и навесными радиаторами), т. е. должно быть выполнено условие
,
где – поверхность конвекции крышки бака
,
.
0,5 – коэффициент, учитывающий закрытие поверхности крышки вводами и арматурой;
0,16 – удвоенная ширина верхней рамы бака;
– число навесных радиаторов;
- приведенная поверхность конвекции радиатора
, .
– коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией навесного радиатора по сравнению с гладкой стенкой (коэффициент приведения поверхности конвекции радиатора к поверхности конвекции гладкой стенки), .
Необходимое число радиаторов (предварительно)
,
, .
Значение округляется до ближайшего целого числа с учётом схемы расположения радиаторов на баке.
Уточнённое значение поверхности конвекции бака (изменённое в результате округления )
,
.
Уточнённое среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха
,
.
где =1,05÷1,10.
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака для трансформатора с естественным масляным охлаждением
, .
где ,
.
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха
, .
Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха рассчитывается для обмоток ВН и НН отдельно по формуле
,
для ВН: .
для НН: .
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!