Calculul termic altransformatoarelor de putere
Determinarea încălzirilor
Căderi de temperaturi
bobinăSuprafaţabobinei
ulei
cuvă
Izolaţiaconductorului
aer
105Total clasa A
35υaAer
35υcaCuvă şi aer
5υucUlei şi cuvă
15υ3Suprafaţa bobinajului şi ulei
8÷12υ2Interiorul bobinajului
3÷6υ1Izolaţia conductorului
Valori 0CNotatiiCaderi de temperatură
Căderea de temperatură în izolaţia conductorului saubobinei.
In izolaţia conductorului sau a bobinei prin care se transmite căldura spreulei apare o cădere de temperatură ce se poate determina cu relaţia:
ν
ννλνλ λ
υic
cgq⋅
=21
Unde: gc este grosimea bilaterală a izolaţiei conductorului sau a bobinei,qνλeste fluxul termic al porţiunii λ al bobinajului ν = 1,2,λic este conductibilitatea izolaţiei conductorului.
Fluxul termic se calculează pentru fiecare bobină, pentru fiecare diviziune abobinei în cazul bobinelor divizate, pentru fiecare tip de galet.
Fluxul termic reprezintă raportul dintre pierderile în bobină şi suprafaţabobinei prin care se transmite energia termică.
Calculul fluxului termic
Fluxul termic:νλ
νλνλ S
pq b=
unde λ se referă la diviziunea bobinei sau tipului de galet
Rezistenţa diviziunii λλλλ a bobinei νννν:νν
νλνλνλ
πρ
ccp
M
AnwDR
⋅⋅⋅=
hbν
gµν
cδxν
abν1abν2
DMν1
cδxν
hbν
abν1
DMν2
abν2
discpreşpan.
Conductorizolat
agλν
hgλν
Izolaţiagaletului
Izolaţiadintrestraturi
DgMν=DMν
Calculul fluxului termicpierderile in fiecare diviziune a bobinei
2ννλνλ IRpb ⋅=
νλνλννλ π bMa hDkS ⋅⋅⋅⋅= 2
suprafaţa de răcire rezultă ţinând seama de poziţia bobinei şi de dimensiunilegeometrice
kaν este un coeficient subunitar ce ţine seama de acoperirea suprafeţelor bobinei.Astfel :
0,9÷0,95Înfăşurat pe pene
0,5Înfăşurat pe cilindruBobinaj exterior
0,8÷0,85Înfăşurat pe pene
0,4÷0,43Înfăşurat pe cilindruBobinaj interior
Calculul căderilor de temperatură în înfăşurări.
In cazul galeţilor pentru fiecare tip de galet, normal, de reglare, de intraresuprafaţa de răcire a galetului se consideră suprafeţele cilindrice şijumătate din suprafeţele orizontale:
+⋅⋅⋅⋅=
22 λν
λνννλν π gggMag
ahDkS
Căderea de temperatură în înfăşurări.
In cazul înfăşurărilor stratificate sau cu mai mult de 2 conductoare pe direcţiaradială, dacă cedarea de căldura are loc prin ambele suprafeţe cilindrice laterale,căderea de temperatură maximă este:
mx
bb apλ
υ νλνλνλ ⋅
⋅=8
2
2
Dacă bobinajul este realizat pe un cilindru izolant:mx
bb apλ
υ νλνλνλ
2
2 28.0 ⋅=
Calculul căderilor de temperatură în înfăşurări
In cazul înfăşurărilor spiralate şi în galeţi transmitea căldurii se face şi indirecţia axială prin canalele radiale.
( )22
22
2 8 νλν
ννλνλνλ λλ
υbmymmx
mbs
ahhap⋅+⋅⋅
⋅⋅=
Unde pierderile specifice
( ) ]/[ 32
mWhgb
hbjkpcisci
ccfcs
ννλνλ
ννννλ ρ
⋅+⋅⋅
⋅⋅=
unde: bc şi bci sunt dimensiunile radiale ale conductorului ne-izolat şi izolat,hc şi hci sunt dimensiunile axiale ale conductorului ne-izolat şi izolat,gis izolaţia dintre straturi,kfc este un coeficient ce ţine seama de forma secţiunii conductorului:
pentru conductoare profilate kfc = 1,pentru rotunde kfc = π/4.
La conductoare rotunde se ia bc = hc = dc.abνλx – este grosimea spirei sau galetului, hmν –înălţimea manunchiului
Conductibilitatea termică
Conductibilitatea termică a câtorva materiale folosite în construcţiatransformatoarelor cu ulei se dau în tabela
2.8Tabla laminată la cald şi izolată cu lac - transversal
20Tabla laminată la cald şi izolată cu lac - longitudinal
2.6 ÷ 3Tabla laminată la rece izolată cu carlit – transversal
19 ÷ 21Tabla laminată la rece izolată cu carlit - longitudinal
0.17Preşpan
0.14Hârtie impregnate în ulei
0.17Hârtie impregnate în lac
0.12Hârtie uscată
0,35Email tereftalic
λ [W/m0C]Material
Conductibilitatea termică
Conductibilitatea termică medie a înfăşurărilor cu mai multe straturi se determină:In direcţia radială:
( )ciissic
sciisicmx bg
gb⋅+⋅
+⋅⋅=λλ
λλλ
în direcţia axială de obicei ( în afara galeţilor continui de intrare) nu existăizolaţie suplimentară şi din acest motiv
icmy λλ =la conductoare rotunde se consideră bci = dci .
νλνλ υυ 22 32=M
Căderea medie de temperatură în înfăşurări se consideră:
Căderea de temperatură între suprafaţa bobinelor şi ulei.
Pentru înfăşurări fără canale radiale ( stratificate şi cilindrice):
6.03 285.0 νλνλυ q⋅=
In cazul înfăşurărilor spiralate şi în galeţi căderea de temperatură depinde desistemul de răcire, locul bobinei şi dimensiunile bobinei.
6.0dim3 35.0 νλνλυ qkkk tssr ⋅⋅⋅⋅=
0.7suflareforţată
0.9suflarenaturală
1naturalănaturală
Coeficient ksrVentilaţia cuveiCirculaţia uleiului
Valorile coeficientilor ksr
Căderea de temperatură între suprafaţa bobinelor şi ulei.kts = 1 pentru suprafeţe exterioare ne-acoperite de pene,kts = 1.1 pentru suprafeţe interioare acoperite parţial de pene.
0.80.850.90.951.01.051.1kdim
0.20.15÷0.190.13÷0.140.11÷0.120.10.08÷0.090.07÷0.08hci /ab
Căderea de temperatură maxima dintre înfăşurare şi ulei
νννν υυυυ 321 ++=bu
pentru un transformator bine dimensionat această cădere de temperatură esteintre limitele: 22 ÷ 26 0C in cazul circulaţiei naturale a uleiului şi
28 ÷ 30 0C în cazul transformatoarelor cu circulaţia forţată a uleiului.
Valorile coeficientilor kdim
Determinarea dimensiunilor interne ale cuvei.
hjs
aj1
Lcv
Hcv
hjcv
aj1
Dea11
Hf
hb
c1cv
Bcv
d1l
d2l
cdcvcld
Dimensiunile interne ale cuvei suntdeterminate de puterea şi tensiuneatransformatorului.Forma interioară a cuvei poate fidreptunghiulară, la puteri mici, şi ovalăla orice putere.Cuvele ovale necesită cantităţi maimici de ulei dar se realizează maidificil.Cuvele dreptunghiulare sunt executatesimplu. Dimensiunile interne sedetermina cu ajutorul relaţiilor:
cvecv caDL 111 223 ⋅+⋅+⋅=
cvllecv cddDB 121 2 ⋅+++=jsjcvjfcv hhaHH ++⋅+= 12
Determinarea dimensiunilor interne ale cuvei.
40025>10635
40030>10435
40040<10235
35015>6215
35027>6015
35032<6015
30010>6210
30018>6010
30023<6010
27010>62≤ 6
27012>60≤ 6
27015<60≤ 6
hjcv[mm]
cld[mm]
dxl[mm]
∆izc[mm]
U1[kV] Valorile distanţoarelor de izolaţie
se aleg din tabela în funcţie de:- tensiunea înfăşurării UN,- grosimea conductoarelor delegătură d1l şi d2l.
40
46
50
23
30
33
17
22
25
15
17
20
cdcv[mm]
cld- este distanta de la conductor lainfasurarea proprie
cdcv- este distanta de la alta infasuraresau alte piese legate de pamant
c1cv – este valoaarea mai maredintre sumele:
d2l + 2 cld d1l + cld + cdcv
Distanţa suportului miezuluimagnetic hjs = 30 ÷50 mm
Calculul volumului total de uleiVolumul cuvei se determină cu relaţiile:
Pentru cuva dreptunghiulară: cvcvcvcv HBLV ⋅⋅=
pentru cuva ovală: cvcvcvcvcv HBLBV ⋅⋅
+
−= 1
4π
volumul înfăşurărilor : ( )222111 bbMbbMw ahDahDmV ⋅⋅+⋅⋅⋅⋅= π
volumul circuitului magnetic şi a grinzilor de consolidare:Fe
Fem
GV
γ1.1=
volumul uleiului din cuva: mwcvuc VVVV −−=
volumul conservatorului se consideră10 -12 % din volumul uleiului din cuvă.
ucco VV ⋅= 1,0
volumul total de ulei:
coucu VVV +=
Determinarea suprafeţelor de convecţie şi radiaţienecesare
Suprafaţa de radiaţie preliminară
Pentru cuve dreptunghiulare: ( ) cvcvcvcrcr HBLkS ⋅+⋅⋅= 2
pentru cuve ovale: cvcvcvcrcr HBLkS ⋅
⋅
−+⋅⋅= 1
22 π
Unde kcr este un coeficient ce ţine seama de elementele de răcire. Astfel pentru:cuve netede kcr = 1,cuve cu ţevi kcr = 1,2 ÷ 1,5,cuve cu radiatoare kcr = 1,5 ÷ 2.
Suprafaţa de convecţie necesară : ( )cr
ca
Febcc SppS ⋅−
⋅+⋅= 12,1
5,205,1
25,1υSuprafaţa elementelor de răcire:
cr
crccer k
SSS −=
Definitivarea elementelor de răcire.
În funcţie de raportul
1<rccr
er kSS
4<rccr
er kSS
2<rccr
er kSS
4>rccr
er kSS
se alege cuva cu ţevi
se alege cuva netedă
se alege cuva cu liră
Dacă kcr nu a fost bine ales se recalculeaza: suprafaţa de radiaţie, suprafaţa deconvecţie necesară şi suprafaţa elementelor de răcire.
se alege cuva cu radiatoare Radiatoarele sefolosesc la transformatoare de putere mareavând înălţimea cuvei Hcv peste 1 m.
Definitivarea elementelor de răcire.
ttvy
Rtv
actv
dtv
Hcv
hstv
htv1
actv
hitv
htv2
Cuva cu ţevi. In prezent se folosesc maximum două rânduri de ţevi, deşise pot realiza până la şase rânduri, realizarea cuvelor cuţevi necesită sudarea fiecărei ţevi, îndoite în prealabil,pe peretele cuvei.
70-13080-140
60-12070-130
60-12070-130
hstv
hitv
60-10050-8050-60actv
actv+ttvy
190150150Rtv
100/5075/7055/50ttvy/ttvx
Ovala72x20
φ51φ30dtv
dimensiuni
Dimensiunile indicate sunt minimettvx este distanţa dintre axele ţevilor în direcţiaperpendiculară pe desen.
Definitivarea elementelor de răcire.
]12[22)2( −−⋅⋅⋅+⋅+⋅−+−−= rtvtvyctvtvstvitvcvtvi nitaRhhHL π
( )tvx
cvcvtvr t
BLN +⋅= 2
tvitvtvi LdS ⋅⋅=π
Lungimea unei ţevi din rândul i dacă sunt nrtv
Numărul de ţevi pe un rând
Număr întreg divizibil cu 4
Suprafaţa unei ţevi din rândul i
Suprafaţa totală a ţevilor ∑=
=rtvn
itvitvrtvt SNS
1Această suprafaţă constituie suprafaţa elementelor de răcire Ser
tvter SS =
Definitivarea elementelor de răcire.Cuva cu lire
act ttv
dtv
Hcv
ttvhstv
ttv
hitv
htv
O liră poate conţine intre nrtv = 2 şi 8 rânduri de ţevi.Dimensiunile ţevilor sunt indicate în tabelul anterior
Se determină lungimea htv care va fi lungimea lirei
Se calculează numărul total de ţevi:
rtvlirtv
ertv nN
SSN ⋅==
numărul de lire Nlir şi numărul de rânduri de ţevinrtv în fiecare lira. Se folosesc număr par de lireaşezate în primul rând pe laturile mari ale cuveila distanţa de ttvx = (1,5 ÷ 1,8)dtv
Suprafaţa ţeviitvtvtv hdS ⋅⋅=π
Se calculează suprafaţa reală a elementelor de răcire:
tvrtvlirer SnNS ⋅⋅=
Definitivarea elementelor de răcire.Cuva cu radiatoare
510 300
Lrd
Radiatoarele cu ţevi drepte sunt formate din douărânduri de câte zece ţevi (72x20 mm)
lungimea maximă a radiatoruluimmHL cvrd 350max −=
Se aleg un număr Nrd par de radiatoare aşezate înprimul rând pe laturile mari ale cuvei la distanţa detrd = (1,5 ÷ 1,8)Brd .
7,42400
6,752200
6,12000
5,481800
4,881615
4,21400
3,41150
2,6900
1,98710
Srd [m2]Lrd [mm]
Brd = 510 mm Crd =300 mm
Radiator cu ţevi drepte
Dacă 1 < Hcv < 2 m
Definitivarea elementelor de răcire.Cuva cu radiatoare
dtv
R
710
ttv
Lrd
ttv
1250
ttv
22,34000
213750
18,453250
17,23000
15,62685
14,552485
13,552285
12,12000
11,451880
Srd [m2]Lrd [mm]
Brd = 710 mm Crd =1250 mm
Radiator cu ţevi îndoite
Dacă Hcv > 2 m
Definitivarea elementelor de răcire.Cuva cu radiatoare
dtv
Lrd
ttv
1150
500
44,64000
423750
36,93250
34,353000
31,152685
29,12485
27,052285
24,152000
22,91880
Srd [m2]Lrd [mm]
Brd = 1150 mm Crd =500 mm
Radiator dublu
Se calculează suprafaţa reală a elementelor de răcire:rdrder SNS ⋅=
Dacă Hcv > 2 m
Definitivarea elementelor de răcire.
Suprafaţa de radiaţie reală echivalentă
Această suprafaţă se calculează ţinând seama de aşezarea concretă aelementelor de răcire.
Cateva exemple, unde perimetrul de radiaţie reală este indicată cu linie întreruptă
Se determină perimetrul, (lungimea liniei intrerupte) Ccrd
Bcv
+2C
lir
LcvLcv + 2Crd
Definitivarea suprafeţelor de răcire.
( ) ( ) ][212
22 mmCBCLC rdcvrdcvcrd
⋅+⋅
−+⋅+⋅= π
Suprafaţa de radiaţie reală echivalentă
][10 26 mHCS cvcrdr−⋅⋅=
Perimetrul de radiaţie pentru situaţia din figură
Suprafaţa de convecţie rezultantă
][10 26 mHCSS cvcverco−⋅⋅+=
Definitivarea căderilor de temperatură din transformator
ercrco SSS +=
Dacă coeficienţii kcr corespund situaţiei reale suprafeţele calculate anteriorsunt considerate şi cele reale în caz contrar se recalculează Scr
Căderea de temperatură intre cuva şi ulei:( ) 6,0
05,1165,0
+⋅⋅= ⋅
co
Febsruc S
ppkυ
Căderea de temperatură intre cuva şi aer:
( ) 8,0
5,28,205,1
⋅+⋅
+⋅=cocr
Febca SS
ppυ
Încălzirea straturilor superioare ale uleiului faţă de aer :( ) Cuccaua
0max 602,1 ≤+⋅= υυυ
Încălzirea înfăşurării faţă de aer:0
maxmax 105=≤+++= Naucacbuba υυυυυυ
Dacă oricaredin ultimelecondiţii nu severifică semodifică suprafaţade convecţie
Calculul încălzirii maxime a fierului
Fel
Cfl
apλ
υ⋅
⋅=
8
21
1CFe
Cfl
apα
υ⋅
⋅=
21
2
Se calculează încălzirile fictive în ipoteza că toată căldura se transmite pe osingură direcţie.
Fet
Cnft
bpλ
υ⋅
⋅=
8
2
1CFe
Cnft
bpα
υ⋅
⋅=
22
Unde pierderile pe unitate de volum se calculează cu
FeFeuFef pkp ⋅⋅= γCoeficientul de transmitere prin convecţie a căldurii: αCFe = 100 w/m2 0C
Încălzirea maximă:
tll
ttlMFeu
221
121 5,2
5,1υυυ
υυυυ++⋅
⋅+=
longitudinal
transversal
Se recomandă < 35 0C
Top Related