Тепловий розрахунок силового трансформатора - фізика

Читати далі: Забезпечення температурного режиму

Курсова робота виконується студентами спеціальності 110302 спеціалізації "Електропостачання сільського господарства" згідно з навчальним планом на завершальному етапі вивчення дисципліни "Теплотехніка". Метою роботи є закріплення і поглиблення теоретичних знань, отриманих студентами з теорії теплообміну, набуття практичних навичок при вирішенні конкретних інженерних задач, пов'язаних з виробництвом.

загальні методичні вказівки щодо виконання курсової роботи

У цьому посібнику викладено методику розрахунку за наступними темами:

1.Тепловой розрахунок силового трансформатора;

2.Расчет системи забезпечення мікроклімату осередків розподільного пристрою 6-10 кВ.

Студенти виконують роботу за індивідуальним завданням, що одержуються від викладача. У завданні вказується тема і вихідні числові дані. Курсова робота складається з розрахунково-пояснювальної записки та графічної частини.

У вступній частині необхідно чітко поставити мету курсової роботи і дати короткий опис об'єкта проектування.

Всі розрахунки потрібно виконувати в одиницях системи СІ. Розрахункові формули розкривати і супроводжувати докладною розшифровкою входять величин із зазначенням їх розмірності.

Графічну частину курсової роботи виконують на аркуші формату А1 (допускається А2). Оформлення креслень і розрахунково-пояснювальної записки має відповідати вимогам ЕСКД.

тема 1. теплової розрахунок трансформатора

При роботі трансформатора частина електричної енергії витрачається на втрати, що виділяються у вигляді тепла. У масляних трансформаторах слідом за обмотками і магнітною системою нагріваються масло і металевий бак-корпус, встановлюється температурний перепад між зовнішньою поверхнею бака і повітрям, що оточує трансформатор. Нагрівання трансформатора-основна причина, що обмежує його потужність при навантаженнях. При тривалому збереженні певного режиму навантаження підвищення температури припиняється, і вся виділяється теплова енергія відводиться в навколишнє середовище, тому тепловий розрахунок проводиться для сталого теплового режиму при номінальному навантаженні. Природно, що для всіх перехідних режимів при навантаженні трансформатора не вище номінальної, перевищення температури над навколишнім середовищем буде нижче, ніж при номінальному навантаженні.

Тепловий потік проходить складний шлях, який для масляного трансформатора може бути розбитий на наступні складові ділянки:

- від поверхні обмотки до зовнішньої поверхні ізоляції,

- від зовнішньої поверхні ізоляції обмотки в омиває їх трансформаторне масло,

- перенесення тепла маслом до внутрішньої поверхні бака,

- від внутрішньої поверхні бака до його зовнішньої поверхні,

- від зовнішньої поверхні бака в навколишній повітря.

На кожному з виділених ділянок перенесення тепла слід розраховувати з урахуванням способів його поширення, описуваних різними законами теплообміну.

Завдання теплового розрахунку трансформатора заданої потужності, полягає у визначенні:

- залежності зміни температури масла від температури навколишнього середовища при номінальній його навантаженні;

- залежності зміни температури масла від навантаження трансформатора при максимальній заданої температури навколишнього повітря.

Курсова робота з даної теми передбачає виконання теплового розрахунку масляних трансформаторів з природною циркуляцією масла та повітря. Технічні дані силових трансформаторів наведені в додатку 1.

1.1 Методика ТЕПЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ТРАНСФОРМАТОРА

Тепловий розрахунок трансформатора виконується для заданої потужності трансформатора і відповідної йому конструкції бака [1].

Розрахунок полягає у визначенні середньої температури масла верхніх шарів трансформатора при різних режимах його роботи за умовами навантаження і по пори року. Технічні умови (ГОСТ 11677-85) регламентують норми граничного підвищення температури обмоток над температурою повітря в найбільш жарку пору року 105 - 110 ° С при середньорічній температурі близько 75 ° С. При номінальному навантаженні трансформатора температура верхніх шарів масла не повинна перевищувати + 95 ° С для масляних трансформаторів з природною циркуляцією масла. При дотриманні цих умов ізоляція трансформатора не піддається прискореного старіння і може надійно працювати тривалий час.

У сталому режимі роботи трансформатора втрати енергії переходять в теплоту і від нагрітого масла через стінку бака передаються навколишньому повітрю. При цьому частина теплової енергії від зовнішньої поверхні бака розсіюється за рахунок променистого теплообміну.

Сумарний потік теплової енергії залежить від навантаження трансформатора і в будь-якому режимі його роботи може бути орієнтовно визначено по формулі

де Q0 - тепловий потік, що віддають поверхнею бака повітрю за рахунок тепловіддачі і випромінювання, Вт;

DPТР - сумарні втрати потужності в трансформаторі, Вт;

DPХХ і DPКЗ - втрати потужності холостого ходу і короткого замикання, Вт;

- коефіцієнт завантаження трансформатора;

IН. IТР - струм в обмотках трансформатора в номінальному режимі його роботи і, відповідно, відмінному від цього режиму, А.

Очевидно, при номінальному завантаженні трансформатора kЗ = 1.

Для цього режиму середнє перевищення температури стінки бака над повітрям, ° С, можна попередньо визначити [2]

де FЛ і FК - поверхня бака, м 2. віддає теплоту відповідно випромінюванням і конвекцією.

Середнє перевищення температури масла над температурою стінки бака, ° С, приблизно може бути підраховано за висловом

де Кi = 1 - при природному охолодженні масла і

До i = 0,9 - при охолодженні з дуттям.

Тоді перевищення температури масла у верхніх шарах бака над температурою навколишнього повітря, ° С, визначиться з рівняння

де q = 1 - для гладких баків,

q = 1.2-для трубчастих баків і баків з радіаторами.

Для гладкого бака поверхні FК і FЛ однакові і рівні його зовнішньої розрахункової поверхні, яку визначають в залежить від форми бака, м 2:

- для прямокутного бака

- для овального бака

де А, В, Н, - розміри бака, м, приймаються з додатка 1;

Fкр - поверхню кришки бака, м 2;

0.75- коефіцієнт, що враховує закриття частини поверхні кришки ізоляторами вводів ВН і НН і різної арматурою.

Тепловий розрахунок силового трансформатора - фізика

Мал. 1. До визначення основних розмірів бака.

Бак з охолоджуючими трубами застосовується в трансформаторах потужністю від 160 до 1600 кВА з метою збільшення поверхні теплообміну. Зазвичай застосовують труби овальні з розмірами поперечного перерізу 72 '20 мм або круглі діаметром 51/48 мм при товщині стінок 1.5 мм. Останнім часом знаходять застосування круглі труби діаметром 30 мм з товщиною стінок 1.2 мм, що збільшує тепловіддачу з одиниці по поверхні труби. Залежно від потужності трансформатора число рядів труб коливається від 1 до 4, розташування труб - коридорне. Для визначення розрахункової поверхні охолодження бака з трубками необхідно прийняти одну з рекомендованих форм трубки. Розміри труб, радіус заокруглення R, крок труб в ряду TТ. крок між рядами tР і інші розміри вибираються з таблиці 1 за прийнятою формою трубки.

Таблиця 1. Відомості про труби, що застосовуються для радіаторів силових трансформаторів

Для розрахунку поверхні теплообміну необхідні дані вибрати з табл. 1 відповідно до рис. 2.

Тепловий розрахунок силового трансформатора - фізика

Мал. 2. Елементи трубчастого бака.

Розгорнуту довжину труби в кожному ряду, м, визначають за рівнянням:

-для першого (внутрішнього) ряду

,

- для другого ряду

,

- для третього ряду

Число труб в одному ряду на поверхні бака овальної форми

.

Поверхня випромінювання бака з трубами, м 2,

де d - діаметр круглої труби (51 або 30 мм) або більший розмір поперечного перерізу овальної труби (72 мм); а1. R, tР - розміри з табл. 1 для обраної труби, мм.

Для другого і наступних рядів розмір аi розраховують за висловом

де i = 2,3, ... - номер розрахункового ряду.

Висота кріплення трубок до баку, м:

- для другого ряду

,

-для першого ряду

.

Розрахункова поверхню конвекції бака з трубами, м 2,

де FК, ГЛ - поверхня конвекції гладкого бака і кришки, розраховані по (1.5) або (1.6), м 2;

КФ - коефіцієнти, які обираються по табл. 2;

FК, ТР - поверхня конвекції труб, м 2,

де Fl - поверхня 1м труби, прийнята з табл. 1.

Таблиця. 2 Значення коефіцієнтів кф.

Потік теплоти, що передається маслом повітрю через стінку бака, Вт

де до - коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м 2 × К);

FК - зовнішня розрахункова поверхню бака, визначена за (1.5) або (1.6) - для гладкого бака і по (1.8) - для бака з охолоджуючими трубами, м 2;

DtМ - В - різниця температур між маслом і повітрям, ° С, знайдена раніше по (1.4).

Коефіцієнт теплопередачі, Вт / (м 2 × К), можна розрахувати за формулою для плоскої стінки

,

де dС - товщина стінки бака, зазвичай 3 - 5 мм;

LС - коефіцієнт теплопровідності бака, Вт / (м × К), бак

виконаний зі сталі,

LС = 45 # 184; 55 Вт / (м × К);

ВН. Н - коефіцієнти тепловіддачі з внутрішньої і зовнішньої поверхні стінки бака, Вт / (м 2 × К).

Розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі від масла до стінки ВН і від стінки до повітря Н проводиться для умов тепловіддачі при природному русі і повітря, і масла відповідно до [3, 4, 6].

Фізичні параметри повітря прийняти з додатка 2 по розрахунковій температурі повітря, а для трансформаторного масла з додатка 3 - по середній температурі масла. Константи критеріальних рівнянь вибрати з додатків 4,5 з урахуванням умов тепловіддачі і вертикального розташування бака.

Уточнюються температури, ° С ,:

- зовнішньої поверхні бака

де tВ - температура повітря, ° С; і

- трансформаторного масла всередині бака

де Тс - температура внутрішньої поверхні бака.

Зважаючи на малу термічного опору стінки бака (), температури на внутрішній і зовнішній поверхні бака можна прийняти однаковими.

Потік теплоти, що випромінюється з поверхні бака, Вт,

де С0 = 5.67 Вт / (м 2 × К 4) - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;

e - ступінь чорноти стінки бака. Для окисленої стали прийняти e »0.8.

FЛ - поверхня випромінювання, м 2. визначена по (1.5) або (1.6) - для гладкого бака, і по (1.7) - для бака з охолоджуючими трубами;

ТС - температура поверхні бака, К, уточнена по (1.11);

ТВ - температура тіл, що сприймають потік променевої енергії, приймається рівною температурі повітря, К.

Правильність розрахунків оцінюється за загальним (сумарному) потоку теплової енергії, Вт,

Він не повинен значно відрізнятися від прийнятого по (1.1).

Розрахунок необхідно виконати для різних значень температури навколишнього повітря і представити залежність зміни температури масла від температури повітря.

тема 2. Розрахунок системи забезпечення мікроклімату осередків ру 6-10 кв

Комплектний розподільний пристрій (КРУ) - це сукупність електротехнічного обладнання, необхідного для схеми розподільних пристроїв (РУ), змонтованого в окремих шафах. Вони широко застосовуються на розподільних підстанціях енергосистем, перетворювальних підстанціях, підстанціях промислових і сільськогосподарських підприємств і т.д. РУ набирається з окремих шаф КРУ з вбудованим в них електротехнічним обладнанням високої напруги, пристроями релейного захисту, приладами вимірювання, автоматики, олійними вимикачами та ін. В даний час широко застосовують зовнішню установку шаф КРУ. Для надійності роботи обладнання незалежно від умов навколишнього середовища необхідно підтримувати певний мікроклімат по температурі і вологості повітря усередині шаф КРУ. У холодний (зимовий) період року можливо переохолодження та замерзання масла, що порушить роботу масляних вимикачів, неприпустимо також переохолодження системи релейного захисту та утворення інею (десублімації вологи) при високій відносній вологості повітря. У весняно-осінній період спостерігається велика амплітуда добового коливання температури і при високій вологості повітря можливе випадання вологи в рідкій фазі на ізоляторах. Забезпечення теплового режиму в різні пори року підігрівом повітря всередині шаф КРУ дозволить виключити ці небажані явища і забезпечить надійну роботу обладнання. Завданням курсової роботи по другій темі є розрахунок потужності нагрівальних пристроїв з метою забезпечення температурного режиму в зимових умовах і вологісного режиму в перехідні періоди року.

Читати далі: Забезпечення температурного режиму

Інформація про роботу «Тепловий розрахунок силового трансформатора»

Схожі статті