Тепловой расчет силового трансформатора

Введение

4

1.1.  Определение зависимости изменения температуры масла от температуры окружающей среды

1.1.1.  Определение перепада температур

Параметры трансформатора ТМ -20/6, определенны из приложения 1:

ΔРхх := 0.18 кВт

ΔРкз := 0.62 кВт

Коэффициент загрузки трансформа­тора: Кз := 1.

Тепловой поток, отдаваемый поверхностью бака воздуху за счет теплоотдачи и излучения:

Q0 := ΔРхх + ΔРкз Кз = 0.8 кВт

ΔРтр := Q0 = 0.8 кВт

1.1.2.  Определение расчетных поверхностей теплообмена

Определим площадь поверхности бака, отдающую теплоту излучением Fл (м2):

длина бака(м): AА := 0.92

ширина бака (м): ВВ := 0.78

высота бака (м): НН := 0.815

м²

Площадь поверхности бака, отдающая теплоту конвекцией Fk (м2):

Fk := Fл = 2.666 (м2)

Среднее превышение температуры стенки бака над воздухом Δtсв (°С):

Δtсв°С

Среднее превышение температуры масла над температурой стенки бака Δtмс (°С ):

— при естественном охлаждении масла коэффи­циент: Кi := 1

Δtмс°С

Превышение температуры масла в верхних слоях бака над температурой окружающего воздуха Δtмв (°С):

коэффициент для гладких баков: Θ := 1

Δtмв := Θ . (Δtсв + Δtмс)=30.316 °С

Таблица1. Расчетные перепады температур

5

1.1.3.  Определение суммарного потока теплоты через поверхность бака трансформатора

Температура окружающего воздуха (°С):

tв := 10 °С.

Температура масла в верхних слоях (°С):

tм :=tв+Δtмв=40,316 °С.

Вычислим коэффициент теплоотдачи внутри бака αBH (от масла к внутренней стенке бака):

температурный коэффициент объёмного расширения масла (1/К):

1/К

ускорение свободного падения (м/с2):

gсп := 9.81 м/с2

определяющий размер (высота бака)(м):

Lм := НН = 0.815 м.

Таблица 2. Физические свойства трансформаторного масла

Коэффициент кинематической вязкости трансформаторного масла (см. приложение 4 для tм =40.31(°С ) (м2/с ):

νͮМ :=10.214.10 -6 м2/с

Критерий Грасгофа:

Число Прандтля определим из приложения 4 для tм = 40.31(°С ):

Рrм := 144.9

Так как произведение Prм, Grм=1.191011 больше, чем 109, поэтому

из приложения 5 определим значение постоянных для расчёта критерия Нуссельта:

Стабл :=0.15

n :=0.33

Вычислим критерий Нуссельта:

Nuм: =Стабл,(Grм, Prм)n=677.754

Из приложения 4 для tм = 40.316 (°С ) определим :

λм :=0.109

Вычислим коэффициент теплоотдачи внутри бака αВН (от масла к внутренней стенке бака):

6

αВН :=

Таблица 3. Коэффициент теплоотдачи от масла к стенке бака

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи снаружи бака αН (от внешней стенки бака к воздуху):

расчет проведем аналогично αВН :

Lв :=Lм=0.815 (м)

Таблица 4. Физические свойства воздуха

В := 14,16,10-6 (м2/с) — коэффициент кинематической вязкости воздуха

(см .приложение З для tвоздуха=10°С).

Число Грасгофа:

Число Прандтля (см. приложение З для tвоздуха =10 0 С ):

Рrв := 0.705

Рrв . Grв = 1.667109 — это значение больше чем 109 , поэтому из приложения 5 определим значение постоянных для критерия Нуссельта:

Стабл :=0,15

n :=0.33

Критерий Нуссельта:

Nuв: =Стабл,(Grв, Prв)n=165.69

из приложения З для tв =10(°С)определим:

λв :=2.51.10-2

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи снаружи бака (от внешней стенки бака к воздуху) αH:

αН :=

7

Таблица 5. Коэффициенты теплоотдачи от стенки бака к воздуху

Толщина стенки бака (м): с := 0.004

Коэффициент теплопроводности бака (бак выполнен из стали)

λс :=50

Коэффициент теплоотдачи через стенку бака:

Поток теплоты передаваемый маслом воздуху через стенку бака:

Qk: =Kт, Fk, Δtмв=390,23 (Вт)

Уточним температуру наружной поверхности бака (°С):

tc :=tв+°С

Уточним температуру трансформаторного масла внутри бака (°С):

tмуточн :=tc+°С

Определим поток теплоты, излучаемый поверхностью бака (Вт):

C0 :=5.67 — коэффициент излучения абсолютно черного тела

Ч : = 0.8 — степень черноты стенки бака (окисленная сталь)

Тс := 273 + tс = 311.689 (К) — температура поверхности бака (стенки бака)

Тв := 273 + tв = 283 (K — температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии (принимается равной температуре окружающего воздуха)

В итоге, поток теплоты, излучаемый поверхностью бака (Вт):

Правильность расчетов оценивают по общему (суммарному)потоку тепловой энергии. Должно выполнятся равенство Q0=Qk+Qл

Qk+Qл=755.849 (Вт)

Q0.103=800 (Вт)

Таблица 6. Результаты расчетов

8

Используемые литературные источники

1. ТЕПЛОТЕХНИКА методические рекомендации по выполнению курсовой работы по теплотехнике для студентов направления подготовки 110800.62 «Агроинженерия» очной и заочной форм обучения/ сост. Л. Н. Шабалина. — Кострома : КГСХА, 2013. — 34 с.

2. Дорошев К. И. Эксплуатация комплектных распределительных устройств 6-220 кВ. — М. : Энергоатомиздат, 1987. — 336 с.

3. Тихомиров П. Н. Расчет трансформаторов. — М. : Энергоатомиздат, 1986. — 528 с.

4. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. — М. : Энергия, 1973. — 320 с.

5. Тепло — и массообмен. Теплотехнический эксперимент : справочник / под ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. — М. : Энергоиздат, 1982. — 512 с.

6. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию : в 2 т. Т. 2. Электрооборудование / под ред. А. А. Федорова. — М. : Энергоатомиздат, 1987. — 592 с.

13