ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОБМОТОК

Подсчет внутреннего перепада температуры в большинстве обмоток из прямоугольного провода упрощается тем обстоятельством, что каждый провод, как правило, одной или двумя сторонами своего сечения соприкасается с маслом (рис. 9.9). Внутренний перепад температуры в этом случае является перепадом в изоляции одного провода и определяется по (9.9) как элементарный перепад для теплового потока постоянного значения

Рис. 9.9. К расчету внутреннего перепада температуры в обмотках из прямоугольного провода

(9.9)

где q—плотность теплового потока на поверхности обмотки, определяемая согласно указаниям § 6.1, 6.3 и 7.1 Вт/м2; — толщина изоляции провода на одну сторону по рис. 9.9, м; — теплопроводность изоляции провода, определяемая для различных материалов по табл. 9.1, Вт/(м·⁰С).

При подсчете внутреннего перепада в катушках с общей изоляцией всей катушки (входные катушки обмотки) по (9.9) значение следует определять как суммарную толщину изоляции провода и общей изоляции катушки на одну сторону.

Полный внутренний перепад температуры в обмотках из круглого провода, не имеющих горизонтальных охлаждающих каналов (рис. 9.10, а, б),

(9.10)

где а — радиальный размер катушки по рис. 9.10, м; при наличии в обмотке осевого охлаждающего канала по рис. 5.22, в, г или д размер а следует определять как ширину — радиальный размер наиболее широкий для двух катушек, на которые разделена обмотка (на рис. 5.22, гид правой катушки); р— потери, выделяющиеся в 1 м³ общего объема обмотки.

Для медного провода р_м, Вт/м³, определяется по формуле в соответствии с рис. 9.11

(9.11)

для алюминиевого провода

(9.11а)

где выражены в метрах, J в А/м2.

Средняя теплопроводность обмотки , Вт/(м·⁰С), приведенная к условному случаю равномерного распределения витковой и междуслойной изоляции по всему объему обмотки, определяется по формуле

Рис. 9.10. К расчету внутреннего перепада температуры в многослойных обмотках из круглого и прямоугольного провода

Рис. 9.11. Элемент объема обмотки — провод и междуслойная изоляция

(9.12)

Теплопроводность междуслойной изоляции находится по табл. 9.1. Средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции

(9.13)

где -теплопроводность материала изоляции витков, определяемая по табл. 9.1.

Если обмотка намотана непосредственно на изоляционном цилиндре (рис. 9.10, в) и имеет только одну открытую поверхность охлаждения, наиболее нагретая зона сдвигается от центра сечения обмотки в сторону цилиндра примерно до 0,75а от наружной поверхности.

Полный внутренний перепад, ⁰С,

(9.14)

где определяется по (9.12); а — радиальный размер катушки, м.

В катушечной обмотке из круглого провода с каналами

Таблица 9.1. Удельные теплопроводности изоляционных и других материалов

Материал
Бумага кабельная сухая	0,12
Бумага кабельная в масле	0,17
Бумага кабельная, пропитанная лаком	0,17
Электроизоляционный картон	0,17
Лакоткани электроизоляционные	0,25
Гетинакс	0,17—0,175
Текстолит	0,146—0,162
Стеклотекстолит	0,178—0,182
Лак бакелитовый и другие лаки	0,3
Масло при отсутствии конвекции:	0,1
Электротехническая сталь в пакетах:
вдоль пластин	22,3
поперек пластин	4,75—4,85
Нагревостойкое покрытие стали	0,8
Медь
Алюминий

Примечание. Теплопроводность электроизоляционных материалов зависит от технологии их обработки. При пропитке и увлажнении, а также при уплотнении внешним давлением теплопроводность увеличивается

между катушками (см. рис. 5.24) теплоотдача происходит в направлениях осевом (ось У) и радиальном (ось X), Определение внутреннего перепада температуры для этой обмотки, ⁰С, если осевой размер катушки h_К, а радиальный а, может быть произведено по формуле

(9.15)

Для определения теплопроводности в направлениях осей X и Y можно воспользоваться формулами: для — (9.12), для — (9.13). Формулы (9.10), (9.14) и (9.15); определяют перепад температур от наиболее нагретой точки обмотки из круглого провода до ее поверхности. В то же время нормами регламентируется среднее превышение температуры обмотки, а следовательно, и внутренний перепад температуры. Средний перепад температуры по (9.4) составляет полного перепада

Внутренний перепад в многослойных обмотках из провода прямоугольного сечения подсчитывается по такой же методике по формулам (9.4), (9.10), (9.14), (9.15) с заменой формул (9.11), (9.11а), (9.12) и (9.13) на следующие:

(9.16)

_(9.16а)

(9.17)

(9.18)

где a и a' — размеры провода без изоляции и с изоляцией, ориентированные в направлении движения тепла, м; b и b' — то же в направлении, перпендикулярном движению тепла, м; — толщина изоляции провода (на две стороны), м.

В (9.15) для определения следует пользоваться (9.17) и (9.18), а для определения — формулой (9.18) с заменой b на а, а' на b' и b' на а'.

Перепад температуры на поверхности обмотки является функцией плотности теплового потока на поверхности обмотки, которая подсчитывается как частное от деления потерь, возникающих в обмотке, на открытую охлаждаемую маслом поверхность. Подсчет теплового потока производится согласно указаниям, данным в § 6.1, 6.3 и 7.1. Формулы, применяемые в практике расчета для определения перепада температуры на поверхности обмотки, получены эмпирически и могут применяться только в тех случаях, для которых они проверены опытом.

Для цилиндрических обмоток из прямоугольного или круглого провода или из алюминиевой ленты (см. § 5.3 и 5.4), а также для винтовых обмоток, не имеющих радиальных (горизонтальных) каналов (см. §5.5), перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора, ⁰С,

(9.19)

где k=0,285.

Таблица 9.2а. Минимальная ширина охлаждающих каналов в обмотках. Масляные трансформаторы

Вертикальные каналы	Горизонтальные каналы
Длина канала, мм	Обмотка— обмотка, мм	Обмотка— цилиндр, мм	Обмотка-стержень,мм	Длина канала, мм	Обмотка— обмотка, мм
До 300	4-5		4—5	До 40
300—500	5—6		5—6	40—60
500—1000	6—8	5—6	6—8	60—70
1000—1500	8—10	6—8	8—10	70—80

Таблица 9.26. Сухие трансформаторы, вертикальные каналы. Выбор ширины канала по допустимому превышению температуры и плотности теплового потока на поверхности обмотки q

Класс изоляции	Допустимое превышение	Плотность теплового потока, Вт/м2, при ширине канала, мм
А
Е, В	75—80
F
Н

Таблица 9.2в. Сухие трансформаторы, горизонтальные каналы. Выбор ширины канала по допустимому превышению температуры и плотности теплового потока на поверхности обмотки q

Класс изоляции	Допустимое превышение температуры, 0С	Плотность теплового потока, Вт/м2, при ширине канала, мм
А
Е, В	75—80
F
Н

Формула (9.19) справедлива при осевых (вертикальных) каналах в обмотке шириной не менее, чем указано в табл. 9.2а-9.2в.

В сухих трансформаторах для изоляции различных классов нагревостойкости допускаются различные превышения температуры обмоток над температурой охлаждающего воздуха. Размеры вертикальных и горизонтальных охлаждающих каналов для трансформаторов могут быть выбраны в зависимости от класса изоляции и плотности теплового потока на поверхности обмотки по табл. 9.26 и 9.2в.

Рис. 9.12. К определению перепада температуры по (9.20)

При соблюдении этих размеров каналов и допустимых плотностей теплового потока на поверхности обмоток сухих трансформаторов превышение температуры обмоток этих трансформаторов над воздухом, как правило, не превосходит нормированного значения, и необходимость их специального теплового расчета отпадает.

При определении перепада температуры на поверхности обмоток из прямоугольного или круглого провода с горизонтальными каналами необходимо учитывать способ охлаждения трансформатора расположение обмотки и размеры горизонтальных масляных каналов (Рис 9.12). Перепад на поверхности обмотки масляного трансформатора может быть подсчитан по эмпирической формуле

(9.20)

Коэффициент k₁ учитывает скорость движения масла внутри обмотки. Скорость движения масла зависит от системы охлаждения. Коэффициент k₁ принимает следующие значения для разных видов охлаждения:

Для естественного масляного охлаждения.……………………………………………...1,0

Для масляного охлаждения с дутьем……………………………………………………..0,9

Для масляного охлаждения с принудительной циркуляцией масла…….……………..0,7

Коэффициент k₂ учитывает затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток НН и СН и может быть принят равным:

Для наружных обмоток ВН……………………………………………………………….1,0

Для внутренних обмоток НН и СН……………………………………………………....1,1

Коэффициент k₃ учитывает влияние на конвекцию масла относительно ширины (высоты) горизонтальных масляных каналов и может быть взят по табл. 9.3 в зависимости от отношения высоты к глубине канала (ширине обмотки) k

Таблицa 9.3 Значения. коэффициента k3 в (9.20)

hk / a	0,07— 0,08	0,08— 0,09	0,1	0,11— 0,12	0,13— 0,14	0,15— 0,19	0,2 и более
k3	1,10	1,05	1,0	0,95	0,90	0,85	0,80

После определения внутреннего и внешнего перепадов температуры в обмотках для каждой из обмоток подсчитывается среднее превышение ее температуры над средней температурой масла

(9.21)