Рисунок 7.1 — Однофазная намагничивающая обмотка при сушке трансформатора
Рисунок 7.2 — Трехфазная намагничивающая обмотка при сушке трансформатора
Воздушная подушка между баком и выемной частью оказывает неблагоприятные воздействия при сушке: являясь теплоизоляцией, она увеличивает потери мощности (тепла), идущие в окружающую среду, и значительно замедляет разогрев выемной части. Поэтому общее время сушки трансформатора увеличивается. Расчет однофазной намагничивающей обмотки производится следующим образом. Необходимое число витков намагничивающей обмотки:
(7.1)
где U — напряжение источника тока, В;
f - частота тока, Гц;
В - магнитная индукция, Тл;
а — глубина проникновения потока, м;
l1 — периметр бака, м.
Величина А1 определяется из таблицы 7.1 для данного значения удельных потерь Р, которые находятся следующим образом. Мощность Р, потребная для нагрева трансформатора, может быть найдена из выражения:
, (7.2)
где P - удельные потери, кВт/м2;
F0 - поверхность бака, на которой размещена намагничивающая обмотка, м2;
F0 = hl1, (7.3)
где h - высота стенки бака, на которую наматывается обмотка, м.
Потери мощности в окружающую среду Р1 определяются из выражения:
P1=kt F(tk-t0) кВт, (7.4)
где – коэффициент теплоотдачи, кВт/м2·град. Для утепленного асбестом трансформатора kt = 5,3·10-3, для неутепленного кт = 12·10"3 кВт/м2 град;
F - полная поверхность бака трансформатора, м2;
tK - конечная температура нагрева бака, обычно tK = 383-3880К (110-115°С);
to - температура окружающей среды.
При установившемся процессе сушки:
Р=Р1 и (7.5)
Нормально
Величина тока в намагничивающей обмотке:
(7.6)
где cos= 0,5-0,7 для трансформаторов, имеющих гладкие или трубчатые баки; для трансформаторов с ребристыми баками cos≈0,3. Чем толще стенки бака, массивнее детали наружного крепежа, тем выше значение cos.
Чтобы получить более равномерное распределение температуры внутри бака, намагничивающую обмотку наматывают на 40-60% высоты бака (снизу), причем витки в нижней части бака располагают гуще, плотнее, чем в верхней части.
Сушка трансформаторов потерями в собственном баке при помощи однофазной намагничивающей обмотки приводит к несимметрии токов и искажению фазовых напряжений питающей сети. Для сушки крупных трансформаторов требуется значительная мощность, поэтому при малой мощности источника тока рекомендуют сушить трансформаторы при помощи трехфазной намагничивающей обмотки.
Выполнение этой обмотки имеет свои особенности.
- Для создания равномерного распределения магнитной индукции по высоте стенки бака, среднюю фазу включают встречно относительно крайних (рис. 6.2).
- Наиболее равномерное распределение токов по фазам получают при числе витков в средней обмотке, равном 0,4-0,6 от числа витков в крайней обмотке (фазе).
- При выполнении намагничивающей обмотки нулевая точка фазных напряжений сдвигается так, что на крайних обмотках напряжение увеличивается примерно до 1,3 фазного, а на средней - уменьшается приблизительно до 0,5 фазного.
В этом случае необходимое число витков в крайних обмотках равно:
W1.3 = (7.7)
и в средней обмотке W2 = (7.8)
где UФ - фазное значение напряжения сети.
Величина At определяется из таблицы 6.1.
Ток фазы (7.9)
где m - число фаз.
7.2 Сушка трансформаторов токами нулевой последовательности
Этот. способ сушки отличается от сушки потерями тем, что вместо специальной намагничивающей обмотки используется одна из обмоток трансформатора, соединенная по схеме нулевой последовательности.
Поскольку нет специальной намагничивающей обмотки, уменьшается время подготовки трансформатора к сушке, сокращается общее время сушки трансформатора, экономятся дефицитный проводниковый и теплоизоляционный материалы.
Если обмотка трансформатора, которую решено использовать в качестве намагничивающей, соединена в звезду, то напряжение питания подводится к закороченным выводам фаз и нулевой точке обмотки (рис. 7.2). Если же обмотка трансформатора соединена в треугольник, то напряжение питания подводится в разрыв треугольника. Замкнутые контуры (треугольники) других обмоток должны быть при этом разомкнуты.
Рисунок 7.3 - Сушка трансформатора токами нулевой последовательности.
Трансформаторы, применяемые в сельском хозяйстве, имеют 12-ю группу соединения обмоток. В этом случае очень удобно использовать в качестве намагничивающей обмотку НН трансформатора, которая имеет выведенную нулевую точку.
При сушке трансформатора током нулевой последовательности (ТНП) нагрев происходит за счет потерь: в меди намагничивающей обмотки, в стали магнитопровода и его конструктивных деталей, в баке от действия потоков нулевой последовательности.
Примерно 1/3-1/2 мощности приходится на потери в намагничивающей обмотке и в стали выемной части, а остальная часть - на потери в баке трансформатора. Таким образом, при сушке трансформаторов ТНП имеются внутренние и внешние источники тепла. Тепловой поток за счет хотя и незначительных по величине потерь в намагничивающей обмотке направлен из обмотки в окружающую среду. Такое же направление имеет и поток влаги. То же самое можно сказать относительно потерь в стали выемной части и выхода влаги из ее изоляции. Относительно оставшейся свободной обмотки перечисленные выше источники тепла являются внешними. Однако и здесь следует учитывать специфику расположения обмоток трансформатора. Внутренней на сердечнике трансформатора является обмотка НН, т. е. намагничивающая обмотка.
Применительно к окружающей среде потоки тепла от потерь в стали и намагничивающей обмотке направлены от центра к баку: точно так же направлен и поток влаги из изоляции выемной части трансформатора – налицо положительный градиент тепла. Потери в баке служат внешним источником тепла.
Таким образом, сушка трансформаторов ТНП является как бы сочетанием двух способов сушки: током короткого замыкания и потерями в собственном баке. При этом удачно сочетаются положительные качества того и другого способа сушки, а именно: существующий внутренний источник тепла и возможность сушки трансформатора в условиях эксплуатации непосредственно на месте установки.
Если при сушке трансформатора потерями в баке воздушная подушка между выемной частью и баком играла отрицательную роль, препятствуя разогреву выемной части, то в данном случае роль воздушной подушки положительна. Воздушная - подушка, являясь теплоизоляцией, препятствует увеличению потерь тепла выемной части в окружающую среду и ускоряет разогрев выемной части, а следовательно, сокращает общее время сушки трансформатора.
Такую же положительную роль играют и потери в баке трансформатора. Кожух бака является тепловым барьером между выемной частью трансформатора и окружающей средой и выполняет роль, подобную воздушной подушке. Поэтому если при сушке трансформаторов потерями в собственном баке необходимо наложить на бак теплоизоляцию, то при сушке трансформаторов ТНП теплоизоляции не требуется. Отпадает довольно трудоемкая операция и сокращается время подготовки трансформаторов к сушке, а значит, уменьшается и общее время сушки.
Мощность и напряжение, необходимые при сушке ТНП, определяются следующим образом.
Мощность сушки
Ро=РF, (7.10)
где F - полная поверхность бака трансформатора, м2;
P - удельный расход мощности, кВт/м2.
Для трансформаторов без тепловой изоляции бака, сушка которых протекает при температуре выемной части 373-383о К (100-110о С) и окружающей среды 283-293о К (10-20о С), значение удельного расхода мощности можно принять равным 0,65-0,9 кВт/м2. Меньшее значение удельной мощности принимают для трансформаторов меньшей мощности.
Для трансформаторов с медными обмотками мощностью до 1000 кВт существует следующая зависимость мощности сушки от номинальной мощности трансформатора:
кВт (7.11)
где Рн - номинальная мощность подвергающегося сушке трансформатора, кВт.
Напряжение сушки определяется из выражения:
при соединении намагничивающей обмотки в звезду и при соединении намагничивающей обмотки в треугольник:
где Z0 - полное сопротивление нулевой последовательности фазы обмотки;
cos=0,2-0,7.
Чем больше мощность трансформатора, массивнее детали его внутреннего крепежа, толще стенки бака, меньше расстояние между магнитопроводом и баком, тем больше значение cos. Для трансформаторов от 50 до 1000 кВт с гладкими и трубчатыми баками cos= 0,5 - 07.
Фазовый ток сушки, необходимый для выбора измерительных приборов и сечения подводящих проводов, может быть определен из выражения:
для трансформаторов с трубчатыми баками.
Сушка трансформаторов ТНП характеризуется почти одинаковым нагревом отдельных элементов выемной части, т. е. обмоток ВН и НН и сердечника. Наиболее нагретой является обмотка НН, если она используется в качестве намагничивающей. Близкий, а иногда и равный ей нагрев наблюдается у сердечников некоторых трансформаторов. Несколько меньший нагрев имеет обмотка ВН. Поэтому температуру выемной части трансформатора при его сушке следует контролировать по температуре обмотки НН. Перепад температуры по высоте элементов (обмоток и сердечника) зависит от конструкции выемной части: высоты и толщины обмоток и вертикальных вентиляционных каналов в них.
В трансформаторах с высокими обмотками малой толщины, не имеющих вентиляционных каналов в самой обмотке, перепад температур составляет 10-15, в трансформаторах, имеющих малую высоту обмоток вентиляционные каналы, этот перепад равен 5 - 10.
Сушка трансформаторов ТНП имеет свои особенности. За счет потоков нулевой последовательности нагреваются бак и стальные детали крепления выемной части трансформатора. Температура нагрева бака по его высоте не одинакова. Максимальный нагрев стенок бака наблюдают в области, лежащей против середины обмоток. Учитывая достаточно большое расстояние между обмоткой ВН и баком, а также теплоизоляцию в виде воздушной подушки, при сушке можно допускать максимальную температуру нагрева бака трансформатора несколько выше допускаемой температуры нагрева обмоток. Но такие случаи наблюдаются очень редко и только в трансформаторах большой мощности.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
