Та завдання теплового розрахунку

Рис. 7.3. Залежність %= ( )

Рис. 7.4. Залежність = ( ) при сos = const

Запитання для самоконтролю

1. Для чого потрібна заступна схема трансформатора?

2. Поясніть фізичний зміст параметрів заступної схеми трансформатора.

3. За якими формулами визначають параметри заступної схеми трансформатора?

4. Залежність яких параметрів трансформатора називають зовнішньою характеристикою?

5. За якою формулою визначають зовнішню характеристику?

6. Як розраховують залежність ∆ %=f(φ₂)?

7. За якою формулою розраховують залежність η= f(β)?
8. Тепловий розрахунок

Теплопередача в трансформаторі

та завдання теплового розрахунку

     Унаслідок виділення тепла, обмотки і магнітна система трансформатора нагріваються. З підвищенням температури виникає температурний перепад між обмоткою або магнітною системою та навколишнім середовищем – трансформаторним маслом. Отже, частина тепла, що виділяється в активних матеріалах, витрачається на їх нагрівання, а друга частина відводиться у навколишнє середовище.

     Тепловий потік проходить складний шлях, який для трансформатора з масляним охолодженням можна розбити на такі ділянки:

- від внутрішніх частин обмотки або магнітної системи до їх зовнішніх поверхонь, що омиваються маслом. На цій ділянці теплопередача відбувається за рахунок теплопровідності;

- перехід тепла з зовнішньої поверхні обмотки або магнітної системи в масло, що їх омиває;

- перенесення тепла маслом від обмоток і магнітної системи до внутрішньої поверхні стінки бака. На цій ділянці тепло передається за рахунок конвекції масла;

- перехід тепла від масла до внутрішньої поверхні стінки бака;

- перехід тепла від зовнішньої поверхні стінки бака в навколишнє повітря. На цій ділянці тепловіддача відбувається за рахунок випромінювання і конвекції.

На кожній із ділянок виникає температурний перепад або різниця температур тим більша, чим більший тепловий потік.

Завданням теплового розрахунку трансформатора є:

- визначення перепаду температури між маслом та обмотками або магнітною системою;

- вибір конструкції і розмірів бака та системи охолодження, що забезпечать задовільну тепловіддачу усіх втрат при допустимих температурах обмоток, магнітної системи та масла;

- перевірочний розрахунок перевищення температури обмоток, магнітної системи і масла над навколишнім повітрям.

Тепловіддача випромінюванням і конвекцією з одиниці зовнішньої поверхні бака залежить від перевищення температури поверхні стінки бака  над навколишнім повітрям. Граничні перевищення температури обмоток і масла над повітрям регламентуються стандартами незалежно від потужності трансформатора. Отже, різниця температур , а також і тепловіддача з одиниці поверхні бака для трансформаторів різної потужності, будуть майже однакові. Для того, щоб з ростом потужності трансформатора зберегти питоме теплове навантаження поверхні  та різницю температур  незмінними, необхідно удаватись до штучного збільшення зовнішньої поверхні бака шляхом використання стінок, вигнутих у вигляді хвиль, установки охолоджувальних труб або радіаторів. При дуже великих потужностях використовується форсоване охолодження обдуванням охолодників бака вентиляторами, перекачкою масла трансформатора через спеціальні охолодники та ін.

Нагрів масляних трансформаторів обмежується згідно з ГОСТ 11677-85 такими перевищеннями температури частин трансформатора над температурою навколишнього середовища:

- обмотки – 65⁰С;

- поверхні магнітопровода – 75⁰С;

- масло в верхньому шарі – 60⁰С.

8.2. Тепловий розрахунок обмоток

Внутрішній перепад температури в обмотках з прямокутного провідника без радіальних каналів визначають за формулою:

= /  ,                                 (8.1)

де  - густина теплового потоку на поверхні обмотки, що визначається згідно з вказівками § 4.1, 4.3, 5.1, Вт/м²;

 - товщина ізоляції провода на одну сторону за рис.8.1, м;

- теплопровідність ізоляції провода визначається за табл.8.1, Вт/(м∙⁰С).

Рис. 8.1. До розрахунку внутрішнього перепаду температури в обмотках із прямокутного провода

Таблиця 8.1

Питомі теплопровідносні  ізоляційних матеріалів

	, Вт/(м∙0С)
Папір кабельний сухий	0,12
Папір кабельний в маслі	0,17
Папір кабельний, просочений лаком	0,17
Електроізоляційний картон	0,17
Лакотканина електроізоляційна	0,25
Гетинакс	0,17-0,175
Текстоліт	0,146-0,162
Склотекстоліт	0,178-0,182
Лак бакелітовий та інші лаки	0,3
Масло за відсутності конвекції	0,1
Електротехнічна сталь у пакетах: уздовж пластин поперек пластин	22,3 4,75-4,85
Нагрівостійке покриття сталі	0,8
Мідь	390
Алюміній	226

     Внутрішній перепад температури в обмотках із круглого провідника, що не мають горизонтальних охолоджувальних каналів (рис.8.2,а,б) визначають за формулою:

= /(8 ) ,                                  (8.2)

де  - радіальний розмір котушки, м;

 - втрати, що виділяються в 1 м³ загального об'єму мідної обмотки, Вт/м³;

=1,68 10^-8 ,                              (8.3)

де , ,  - в метрах (рис.8.3),  - в А/м².

Рис. 8.2. До розрахунку внутрішнього перепаду температури в багатошарових обмотках із круглого та прямокутного провідника

Рис. 8.3. Елемент об'єму обмотки – провід і міжшарова ізоляція

     Середня теплопровідність обмотки , Вт/(м∙⁰С), визначається за формулою:

= ,                            (8.4)

де  - визначають за табл. 8.1;

= /(0,7 );

 - за табл. 8.1; =( – )/ .

     Якщо обмотка намотана безпосередньо на ізоляційному циліндрі (рис. 8.2,в) і має лише одну відкриту поверхню охолодження, то внутрішній перепад температури визначають за формулою:

=0,28 / .                                   (8.6)

     Для циліндричних обмоток із круглого або прямокутного провідника, а також для гвинтових обмоток, що не мають радіальних (горизонтальних) каналів, перепад температури на поверхні обмотки масляного трансформатора, ⁰С, дорівнює

=0,285 .                                    (8.7)

     Формула (8.7) справедлива при осьових каналах в обмотці шириною не менше, ніж вказано у табл. 8.2.

Таблиця 8.2