Нагрев и охлаждение трансформаторов - Киш Л.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 2-28. Сечения обмоток трансформаторов большой мощности.
а - г - обмотки различного конструктивного исполнения.
рис. 2-29, в у стенок канала с двусторонним подогревом. Наименьший перепад температуры между поверхностью и маслом имеет место в конструкции по рис. 2-29, г, хотя бы по той причине, что для нее поверхностная плотность теплового потока самая меньшая. Для конструкций по рис. 2-29,а - е: по рис. 2-29,ж и з: по рис. 2-29,а и k:
Рис. 2-29. Сечения обмоток различной конструкции.
Все приведенные формулы справедливы при средней температуре пограничного слоя масла и максимальной высоте катушки м. Для слоевых обмоток по рис. 2-29,а-в в качестве определяющего линейного размера должна быть выбрана высота обмотки h, которая принята равной 2 м. Расчет по формулам обычно дает небольшие значения перепада температуры , если не увеличить соответствующим образом поверхностную плотность теплового потока. Как правило, уже на середине высоты обмотки циркуляция начинает носить вихревой характер, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи, которое может быть учтено использованием соответствующих формул.
Перепад температуры по толщине изоляции определяется по формуле (2-14), в которой коэффициент теплопроводности бумаги , зависящий от температуры, определяется по формуле:
(2-25)
Часто для однообразия расчеты выполняются при коэффициенте , соответствующем температуре 55°С. При температуре 70°С имеем .
Превышение средней температуры обмотки над средней температурой масла определяется как сумма перепада температуры между поверхностью обмотки и маслом и перепада температуры по толщине изоляции:
(2-26)
Температура наиболее нагретой точки определяется как сумма наибольшей температуры масла и наибольшего местного значения превышения температуры обмотки над температурой масла.
2-6. Расчет превышения температуры обмотки над температурой масла при направленной циркуляции масла
При направленной циркуляции масла условия теплопередачи существенно изменяются. Поскольку масло под действием внешней принудительной силы движется вдоль поверхности обмотки с большой скоростью, коэффициент теплоотдачи обмотки увеличивается.
На рис. 2-30 показаны распределения превышения температуры для трех значений скорости при одинаковой поверхностной плотности теплового потока катушки. Перепад температуры по толщине изоляции , во всех трех случаях одинаковый, а перепад температуры между поверхностью и маслом с увеличением скорости уменьшается и при бесконечной скорости становится равным нулю. Естественно, что при увеличении поверхностной плотности теплового потока перепад температуры по толщине изоляции увеличится, но при этом зависимость скорости масла не изменится. По данным исследовании, проведенных на предприятии "Ганц", которые согласуются с данными литературных источников при скорости масла, равной нескольким дециметрам: в секунду, перепад температуры между поверхностью и маслом уменьшается по сравнению с перепадом температуры по толщине изоляции настолько, что дальнейшее увеличение скорости становится нецелесообразным, поскольку это приводило бы только к увеличению мощности насосов без заметного уменьшения теплового сопротивления.
Осевой перепад температуры масла в обмотке при заданном значении потерь Р изменяется в зависимости от скорости масла по гиперболической зависимости (рис. 2-31). Для отвода удвоенного значения потерь при сохранении осевого перепада температуры масла в обмотке без изменения требуется удвоенный расход масла, т. е. увеличение скорости масла вдвое.
Для направления масла по обмотке обычно применяется конструкция с несколькими параллельными ходами (рис. 2-32).
Рис. 2-30. Изменение соотношения между перепадом температуры между поверхностью катушки и маслом и перепадом температуры по толщине изоляции в зависимости от скорости масла при неизменной поверхностной плотности теплового потока q
Рис. 2-31. Зависимость осевого перепада температуры масла в обмотке от скорости масла для случаев P=const (кривая 1) и 2P=const (кривая 2).
Число гидравлически параллельно соединенных ходов определяется таким образом, чтобы количество охлаждающего масла, направляемого в единицу времени в отдельные обмотки, было пропорционально возникающим в этих обмотках потерям и чтобы у поверхности обмоток возникла соответствующая скорость масла. Распределение расходов масла обычно регулируется на прототипе изделия.
Распределение потоков масла внутри обмотки
Направленная циркуляция, как и любой другой вид охлаждения, имеет наибольшую эффективность, когда масло, движущееся с заданной скоростью, соприкасается как можно с большей частью поверхности нагревающихся элементов. Однако обеспечение всюду циркуляции масла с заданной скоростью в некоторых случаях неизбежно приводит к тому, что направление принудительной циркуляции масла окажется противоположным направлению естественной циркуляции, возникающей под действием гравитационных сил.
Для направления охлаждающего масла внутри обмотки применяются два решения: первое - без направляющих элементов, второе - с направляющими элементами.
