Нагрев и охлаждение трансформаторов - Киш Л.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1-7. Принципиальная схема охлаждения трансформатора при принудительной циркуляции масла и воздуха.
На рис. 1-7 изображены принципиальная схема охлаждения при принудительной циркуляции масла и диаграмма распределения температур,
(Строго говоря, приведенная на рис. 1-7 диаграмма распределения температур относится к случаю, когда наружная обмотка закрыта снаружи теплоизолирующим цилиндром. (Прим. ред.))
из которой видно, что включение насоса мало влияет на процесс теплоотдачи в обмотке. Для этого вида охлаждения характерным является то, что нагретое в обмотке и движущееся по пути а масло перемешивается с маслом, движущимся по параллельному пути b вдоль высоты бака. Из-за перемешивания непосредственное измерение температуры выходящего из обмотки нагретого масла затруднено и термодатчиками, размещенными под крышкой, измеряется температура перемешанного масла.
(В реальных конструкциях трансформаторов в общем случае как при естественной, так и при принудительной циркуляции масла температура масла на выходе из вертикальных охлаждающих каналов стержней магнитопровода, отдельных обмоток (точка В на рис. 1-4-1-7) и из пространства между наружной обмоткой и стенкой бака может быть различной. И поэтому на вход в теплообменник всегда будет поступать смешанное масло, характеризующееся средневзвешенной температурой. В общем случае вряд ли можно более или менее достоверно судить о температуре масла па выходе из охлаждающих каналов отдельных тепловыделяющих элементов активной части по температуре, измеренной термодатчиком, расположенным под крышкой бака. Играет здесь роль и место расположения термодатчика, например, с точки зрения прямого влияния на его показания нагретого верхнего ярма магнитопровода, отводов и т. д. (Прим. ред.))
Из-за перемешивания в охладители поступает уже несколько охлажденное масло и, таким образом, температура масла на входе в охладитель меньше, чем наибольшая температура масла в обмотке. Перемешивание масла приводит также к тому, что при одних и тех же потерях насосом приходится перекачивать больше масла с пониженной температурой, чем это требовалось бы при отсутствии перемешивания. Поскольку скорость масла в обмотке мало отличается от скорости при естественной циркуляции, поверхностная плотность теплового потока обмотки не должна быть большей, чем при естественной циркуляции. Преимуществом применения охладителей с принудительной циркуляцией масла является то, что они занимают мало места, имеют меньшую удельную стоимость и могут быть размещены на любой высоте.
Направленная циркуляция масла
Если через активную часть трансформатора пропускать все циркулирующее в системе охлаждения масло, т. е. ликвидировать параллельный путь b, показанный на рис. 1-7, то придем к системе охлаждения с направленной циркуляцией масла, изображенной на рис. 1-8. В этом случае насосы перекачивают не только масло, нагревающееся потерями активной части, но и масло, утекающее через неплотности контура направленной циркуляции. При правильном расчете в охладитель поступает масло с температурой, практически равной наибольшей температуре масла в активной части, и благодаря увеличению логарифмической разности температур потребуются при одинаковых потерях охладители, имеющие меньший рабочий объем, чем для системы охлаждения по рис. 1-7. У поверхностей теплоотдачи элементов активной части скорость масла увеличится, в связи с чем возрастет их коэффициент теплоотдачи и уменьшится перепад температуры между поверхностью и маслом, что позволяет увеличить поверхностную плотность теплового потока, не переходя допустимого значения для превышения средней температуры обмотки .
(Эффективность направленной циркуляции масла по сравнению с принудительной проявляется не только в увеличении коэффициента теплоотдачи обмотки, но и в снижении осевого перепада температуры масла в обмотке, что при одинаковом превышении средней температуры обмотки позволяет уменьшить температуру ее наиболее нагретой точки. Влияние этого фактора видно также из сравнения диаграмм распределении температур на рис. 1-7 и 1-8, если принять, что в обоих случаях температура масла у входа в обмотку (в точке Л) одинакова. (Прим. ред.))
Рис. 1-8. Принципиальная схема охлаждения трансформатора при направленной циркуляции масла.
Безусловно, увеличение поверхностной плотности теплового потока можно производить до предела, определяемого техническими возможностями и соображениями экономической целесообразности.
1-4. Переходный процесс при нагревании
Процесс нагревания однородного тела с коэффициентом теплоотдачи, не зависящим от температуры
Под однородным телом с точки зрения нагрева подразумевается тело с бесконечно большой внутренней теплопроводностью, имеющее по всему своему объему одинаковую температуру и удельную теплоемкость.
Рассмотрим однородное тело, имеющее массу т, площадь поверхности F, удельную теплоемкость с и коэффициент теплоотдачи , которое в момент времени t=0 нагрето выше температуры окружающей среды на . В момент t=0 количество теплоты, аккумулированное в теле, равно:
