Нагрев и охлаждение трансформаторов - Киш Л.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 2-3. Размещение прокладок, закрывающих теплоотдающую поверхность катушек обмоток, разделенных в радиальном направлении на две части вертикальным каналом.
Рис. 2-4. Размещение прокладок, закрывающих теплоотдающую поверхность катушек обмоток без внутреннего вертикального канала.
Оценим перепад температуры по проводнику на пути от середины до края прокладки, учитывая, что тепло распространяется от середины закрытой части катушки в две стороны к ее открытым частям.
((В дальнейшем для сокращения поверхность, отдающую тепло посредством конвекции, будем называть поверхностью теплоотдачи. (Прим. ред.)))
По данным примера 2-1 полные потери, выделяющиеся в 1 м2 проводникового материала, для крайней катушки составляют:
Пусть ширина прокладки bz = 55*10-3 м, а коэффициент теплопроводности меди
.
Тогда перепад температуры можно определить по известному уравнению [6, с. 113]:
Проведенный расчет показывает, что размер этого перепада температуры очень мал. Закрытие поверхности прежде всего проявляется в увеличении поверхностной плотности теплового потока, из-за чего повышается перепад температуры как по толщине витковой изоляции, так и на пограничной поверхности между изоляцией и маслом.
Обмотка без разделяющего вертикального канала
Следует различать два основных варианта исполнения обмоток. Первый вариант изображен па рис. 2-5. Для него характерно, что у внутренней и наружной поверхностей обмотки имеются вертикальные масляные каналы с радиальными размерами и , ограниченные изоляционными цилиндрами.
Рис. 2-5. Эскиз катушечной обмотки с двумя вертикальными каналами у ее боковых поверхностей, ограниченными изолирующими цилиндрами.
Рис. 2-6. Эскиз катушечной обмотки с одним вертикальным каналом у ее внутренней поверхности, ограниченным изолирующим цилиндром.
Второй вариант показан на рис. 2-6. Для него характерно, что вертикальный канал с радиальным размером , ограниченный изоляционным цилиндром, имеется только со стороны внутренней поверхности обмотки, а наружная поверхность соприкасается практически с неограниченным масляным пространством.
Горизонтальные каналы высотой s между катушками обеспечиваются изоляционными прокладками. В радиальном направлении размеры вертикальных каналов определяются толщинами изоляционных.
Допущения при расчете превышения температуры катушечной обмотки
Рис. 2-7. Превышения и перепады температуры в обмотке.
При тепловом расчете обмоток в целях упрощения расчета кривизна катушек и передача тепла внутри катушки в радиальном направлении не учитываются. При этом принимается, что полные потери равны основным потерям, увеличенным на средний размер потерь от вихревых токов. Предполагается, что во всех катушках полные потери одинаковые. За поверхность теплоотдачи принимается поверхность катушек, уменьшенная на закрытую прокладками часть. В результате расчета определяется превышение средней температуры обмотки над средней температурой масла. Перепад температуры между поверхностью изоляции обмотки и маслом определяется как функция поверхностной плотности теплового потока. Формула для расчета этого перепада температуры дается для известного значения средней температуры масла и имеется также метод пересчета к другой температуре масла. Перепад температуры по толщине изоляции определяется по отдельной формуле. Превышение средней температуры обмотки над средней температурой масла определяется как сумма перепада температуры по толщине изоляции и перепада температуры между поверхностью изоляции обмотки и маслом. Если к этому превышению средней температуры обмотки прибавить превышение средней температуры масла над температурой охлаждающей среды, то получим превышение средней температуры обмотки над температурой охлаждающей среды (рис. 2-7).
Поверхностная плотность теплового потока
Рис. 2-8. Эскиз катушки с обозначениями (к расчету поверхностной плотности теплового потока).
Пусть задана катушка с числом проводников n ,изготовленная из провода с размерами без изоляции и с изоляцией , м (рис. 2-8). Пусть удельная электрическая проводимость материала проводника равна , cм/м; плотность тока J, А/м2; средний размер потерь от вихревых токов , %; коэффициент закрытия поверхности катушки прокладками 35%; средняя длина витка катушки , м. Средняя поверхностная плотность теплового потока q (Вт/м2) определяется как отношение потерь, выделяющихся в катушке, к поверхности теплоотдачи катушки (т. е. с поправкой на закрытие поверхности):
(2-3)
где
(2-3а)
Удельная электрическая проводимость меди при 75°С
Тогда можно ввести коэффициент К:
(2-3б)
С учетом этого средняя поверхностная теплового потока катушки:
(2-3в)
Пример 2-2. Пусть
Необходимо определить среднюю поверхностную плотность теплового потока.
По формуле (2-3б):
По формуле (2-3в):
Полученное значение q отнесено к 75°С. Для приведения q к другой отличающейся от 75 0С температуре необходимо в формуле (2-Зв) первое слагаемое множителя, стоящего в скобках, умножить на коэффициент (235+) /(235+75), а второе - на коэффициент (235+75)/(235+).
