Так как обмотки сухих трансформаторов непосредственно соприкасаются с воздухом и увлажняются, эти трансформаторы устанавливают только в сухих помещениях. Для уменьшения гигроскопичности обмотки пропитывают специальными лаками. Применение новых нагревостойких и негорючих материалов, обладающих высокой теплопроводностью, позволяет увеличить электромагнитные нагрузки и уменьшить стоимость активных материалов.
В тепловом отношении трансформатор представляет собой неоднородное тело. Стальные листы магнитопровода обладают высокой теплопроводностью, а изоляционные прослойки между листами стали - малой. Обмотки также состоят из меди и алюминия с высокой теплопроводностью и изоляционного материала, плохо проводящего тепло. При работе трансформатора более нагретые внутренние части магнитопровода и обмоток отдают тепло наружным поверхностям, от которых оно отводится маслом или воздухом. Между нагретыми частями трансформатора (обмотками и магнитопроводом) и маслом или воздухом устанавливается определенная разность температур. Однако температура всех частей трансформатора и масла в разных точках по высоте неодинакова; она увеличивается по мере перехода от нижних частей к верхним. Изменение температуры обмоток, магнитопровода, масла и бака по высоте показано на рисунке 8., распределение температуры в горизонтальном сечении масляного трансформатора - на рисунке 9.
Рисунок 8. - Изменение температуры обмоток, магнитопровода, масла и бака по высоте.
Рисунок 9. - Распределение температуры в горизонтальном сечении масляного трансформатора.
Масло для заливки трансформатора приготовляют заранее в нужном количестве, высушивают и проверяют химическим анализом и на электрическую прочность.
При заливке масло должно иметь температуру не ниже 10 С.
Его заливают через нижний кран бака при помощи насоса фильтр пресса.
После заливки берут пробу масла для химического анализа и испытания электрической прочности [7].
3.3 Тепловой расчет трансформатора
3.3.1 Расчет геометрических размеров бака трансформатора ТМ100/10
Конструкция трансформатора ТМ-100/10 и его общий вид предоставлены на листе 2 графического материала.
Геометрические размеры:
Высота бака, H 0,94 м
Длина бака, L 0,99 м
Ширина бака, Sh 0,427 м
Длина прямой части, l 0,563 м
Радиус закругления, R 0,2135м
Площадь поверхности труб радиатора, Skt 1,492 м
Площадь поверхности коллекторов радиатора, Sk 0,3 м
Периметр бака:
М
Поверхность бака:
М²
Поверхность крышки:
м²
Эффективная теплоотдающая поверхность бака [4]:
м²
Эффективная теплоотдающая боковая поверхность бака [4]:
м²
3.3.2 Тепловой расчет трансформатора при номинальной загрузке без утечки масла
По ГОСТ 11677-85 установлена предельная среднесуточная температура не выше + 30 С, по этому расчет для наиболее тяжелого режима будем производить именно для этой температуры.
Все расчеты будем производить при номинальной загрузке трансформатора.
Исходные данные для расчета:
Температура окружающего воздуха, t. окр. в 30 °С
Коэффициент загрузки трансформатора, K. з 1
Потери холостого хода трансформатора, ΔP. хх 465 Вт
Потери короткого замыкания трансформатора, ΔP. кз 2270 Вт
Толщина крышки бака, δкр 0,005 м
Коэффициент теплопроводности крышки, λкр 55 Вт/м·К
Коэффициент учитывающий конструкцию бака трансформатора, θ 1,2
Коэффициент учитывающий систему охлаждения трансформатора, К11.
В установившемся режиме работы трансформатора потери энергии переходят в теплоту и от нагретого масла через стенку бака передаются окружающему воздуху.
При этом часть тепловой энергии от наружной поверхности бака рассеивается за счет лучистого теплообмена.
Суммарный поток тепловой энергии зависит от нагрузки трансформатора и в любом режиме его работы может быть определен через суммарные потери мощности в трансформаторе.
Суммарные потери мощности в трансформаторе [4]:
Вт
Тепловой поток отдаваемый поверхностью бака воздуху [4]:
Вт
Площадь лучистого теплообмена [4]:
м²
Площадь конвективного теплообмена [4]:
м²
Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом [4]:
°С
Среднее превышение температуры масла над температурой стенки бака [4]:
°С
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха [4]:
°С
Температура масла в верхних слоях [4]:
°С
Рассчитываем температуру стенки бака для этого рассчитываем эффективность теплоотдачи, посредством критериев Грасгофа (характеризует режим движения при свободной конвекции, являясь отношением подъемной силы, возникающей вследствие разности плотностей жидкости, и сил вязкости в изотермическом потоке) и Нуссельта (характеризует увеличение теплообмена (массообмена) за счет конвекции по сравнению с чисто молекулярным переносом).
Коэффициент теплоотдачи внутри бака [10]:
Критерий Грасгофа.
Определяющая температура (в данном случае температура масла):
К
Температурный коэффициент объемного расширения:
К-1
Температурный напор:
К
Кинематическая вязкость среды (масла):
м2·с
Критерий Прандля (критерий физических свойств среды (масла)):
Определяющий размер, в данном случае определяющий размером является высота бака:
м
Режим движения среды в пограничном слое:
Критерий Нуссельта.
Значение постоянных с и n определяются режимом движения среды и условиями теплопередачи:
Коэффициент теплопроводности среды (масла):
Вт/м·К
Коэффициент теплоотдачи:
Вт/м2·К
Коэффициент теплоотдачи снаружи бака [10]:
Критерий Грасгофа.
Расчет ведется аналогично приведенному выше только для другой среды - воздуха.
К
К-1
К
м
м2·с
Критерий Нуссельта.
Вт/м·К
Вт/м2·К
Коэффициент теплопередачи через стенку бака [10]:
Поток теплоты через стенку бака трансформатора [10]:
Температура стенки бака [10]:
°С
Среднее значение температуры масла в баке [10]:
°С
Рассчитываем температуру крышки бака [10]:
Коэффициент теплоотдачи внутри бака [10]:
Критерий Грасгофа.
Определяющая температура (в данном случае средняя температура масла):
К
К-1
Температурный напор рассчитывается через среднюю температуру между окружающим воздухом и средней температурой масла в баке:
°С
К
Определяющим размером является ширина крышки бака, так как процесс теплопередачи идет через горизонтальную поверхность:
м
м2·с
Критерий Нуссельта.
Коэффициенты с и n определяются как для горизонтальной поверхности:
Вт/м·К
Вт/м2·К
Коэффициент теплоотдачи снаружи бака:
Критерий Грасгофа.
К
К-1
К
м2·с
м
Критерий Нуссельта.
Вт/м·К
Вт/м2·К
Коэффициент теплопередачи через крышку бака:
Поток теплоты через крышку бака трансформатора:
Вт
Температура крышки бака трансформатора:
°С
Разность температур между стенкой и крышкой бака:
°С
Данные расчетов при различны температурах окружающего воздуха и различной загрузке трансформатора сведены в таблицу 8.
Таблица 8. - Температуры трансформатора без падения уровня масла.
|
Коэффициент |
Температура |
Температура |
Температура |
Температура |
Разность температур |
|
загрузки |
окружающего |
Верхних слоев |
стенки бака |
крышки бака |
между стенкой и |
|
трансформатора |
воздуха |
Масла |
трансформатора |
трансформатора |
крышкой бака |
|
|
30 |
49,6 |
42,8 |
40,9 |
1,9 |
|
|
15 |
34,6 |
27,7 |
25,3 |
2,4 |
|
0,2 |
0 |
19,6 |
12,7 |
10 |
2,7 |
|
|
-15 |
4,6 |
-2,4 |
-5,2 |
2,8 |
|
|
-30 |
-10,4 |
-17,6 |
-20,6 |
3 |
|
|
30 |
56,5 |
47,6 |
44,6 |
3 |
|
|
15 |
41,5 |
32,5 |
28,8 |
3,7 |
|
0,4 |
0 |
26,5 |
17,4 |
13,5 |
3,9 |
|
|
-15 |
11,5 |
2,3 |
-1,9 |
4,2 |
|
|
-30 |
-3,5 |
-12,9 |
-17,4 |
4,5 |
|
|
30 |
67,1 |
54,9 |
50,1 |
4,8 |
|
|
15 |
52,1 |
39,8 |
34 |
5,8 |
|
0,6 |
0 |
37,1 |
24,6 |
18,6 |
6 |
|
|
-15 |
22,1 |
9,5 |
3,1 |
6,4 |
|
|
-30 |
7,1 |
-5,8 |
-12,6 |
6,8 |
|
|
30 |
80,5 |
64,3 |
57 |
7,3 |
|
|
15 |
65,5 |
49,1 |
40,6 |
8,5 |
|
0,8 |
0 |
50,5 |
33,9 |
24,9 |
9 |
|
|
-15 |
35,5 |
18,8 |
9,4 |
9,4 |
|
|
-30 |
20,5 |
3,3 |
-6,6 |
9,9 |
|
|
30 |
96,4 |
75,5 |
65 |
10,5 |
|
|
15 |
81,4 |
60,3 |
48,2 |
12,1 |
|
1 |
0 |
66,4 |
45 |
32,4 |
12,6 |
|
|
-15 |
51,4 |
29,7 |
16,6 |
13,1 |
|
|
-30 |
36,4 |
14,1 |
0,4 |
13,7 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
