| ∆tм-с=7,12 С0
Определим превышение температуры масла над температурой воздуха
∆tм-в=θ(∆tc-в+∆tм-с) (1.2)
∆tм-в=1*(31,259+7,12)
∆tм-в=38,379 С0
Таблица 7 -Сводная таблица показателей температуры масла и стенки бака над воздухом, при различных коэффициентах загрузки
| tв С0
| Кз
| ∆tм-с С0
| ∆tc-в С0
| ∆tм-в С0
| |
| 1,0
| 4,981
| 24,757
| 29,738
| |
| 1,1
| 5,994
| 27,908
| 33,902
| |
| 1,15
| 6,543
| 29,559
| 36,102
| |
| 1,20
| 7,12
| 31,259
| 38,379
| Определение суммарного потока теплоты через поверхность бака трансформатора
Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака (Вт)
Qк=k*Fк*∆ tм-в (1.6) , где
k - коэффициент теплопередачи Вт/(м2*К);
Fк - Наружная расчетная поверхность бака, раннее определенная по формуле (1.3) - для гладкого бака
∆tм-в - разность температур между маслом и воздухом, раннее найдена по формуле (1.2)
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| Коэффициент теплопередачи можно определить по формуле (для плоской стенки)
k=  (1.7), где
δс - толщина стенки бака, обычно 3-5 мм, принимаем 5мм
λс - коэффициент теплопроводности бака Вт/(м*К), бак выполнен из стали λс=45-55 Вт/(м*К), принимаем 50 Вт/(м*К)
αвн, αн - коэффициенты теплоотдачи к внутренней и от наружной стенки бака, Вт/(м2*К)
Для определения αвн, αн нужно найти критерии Грасгофа, Прандтля и Нуссельта
Физические параметры масла принимаем из приложения 3
расчет ведется для Кз=1,20
Определим приближенную температуру масла
tм=tв+∆tм-в , где температура воздуха tв=20 С0 и Кз
tм=20+38,379=58,379 С0
по средней температуре масла из приложения 3 выбираем параметры:
λ - коэффициент теплопроводности масла Вт/м*К
v - коэффициент кинематической вязкости м2/с
β - коэффициент температурного расширения К-1
Pr - критерий Прандтля
Находим среднее значение λ- коэффициента теплопроводности масла
λ(58,379)=λ(50) - 
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| λ(58,379)=0,1072 - 
λ(58,379)=0,10723 Вт/м*К
Находим среднее значение v-коэффициента кинематической вязкости
v(58,379)=v(50) - 
v(58,379)=7,58 - 
v(58,379)=5,834*10-6 м2/с
Находим среднее значение β - коэффициента температурного расширения
β(58,379)=β(60) - 
β(58,379)=7,1 - 
β(58,379)=7,0515*10-4 К-1
Находим среднее значение Pr - критерий Прандтля
Pr(58,379)=Pr(50) - 
Pr(58,379)=111 - 
Pr(58,379)=88,496
Аналогично находим средние значения параметров λ,β, v, Pr для других коэффициентов загрузки Кз=1, 1.1, 1.15, данные по параметрам масла заносим в таблицу:
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| Таблица 8 -Физические свойства трансформаторного масла
| Кз
| tм C0
| tв C0
| λ Вт/м*К
| Β*104 K-1
| V*106 м2/с
| Pr
| |
| 49,738
|
| 0,10822
| 7,0015*10-4
| 7,66*10-6
| 112,05
| | 1,1
| 53,902
|
| 0,10723
| 7,0515*10-4
| 5,834*10-6
| 88,496
| | 1,15
| 56,102
|
| 0,10723
| 7,0515*10-4
| 5,834*10-6
| 88,496
| | 1,20
| 58,379
|
| 0,10723
| 7,0515*10-4
| 5,834*10-6
| 88,496
| Рассчитываем критерий Грасгофа - Прандтля для Кз=1,20
GrPr=  *Pr (1.10), где
g - коэффициент свободного падения=9.8 м2/с
Н - Высота бака
Найдем критерий Грасгофа - Прандтля
GrPr=  *88,496
GrPr=6,933*1010
Аналогично рассчитываются критерии Грасгофа - Прандтля, для Кз=1, Кз=1.1, Кз=1.15
Определяем режим движения среды по (GrPr) и по этому же режиму выбираем константы c и n, по таблице (приложение 4)
так как GrPr> 109 → cледовательно
с=0,15
n=0,33
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| Рассчитываем критерий Нуссельта, для температуры воздуха 20 C0 и Кз=1,20
Nu=c(GrPr)n (1.8)
0,15*(6,926*1010)0,33
Nu=566,827
Аналогично рассчитываются критерии Нуссельта, для Кз=1, Кз=1.1, Кз=1.15
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи от масла к стенке бака
Вт/м2*К
αвн= Nu*λ/Н (1.9), где
λ- коэффициент теплопроводности масла Вт/м*К, из таблицы 8
Найдем коэффициент теплоотдачи от масла к стенке бака при температуре
воздуха 20 C0 и Кз=1.20
αвн= 
αвн=74,578 Вт/м2*К
Аналогично рассчитываются коэффициенты теплоотдачи от масла к стенке бака,
для Кз=1, Кз=1.1, Кз=1.15
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| Таблица 9 -Таблица коэффициентов теплоотдачи от масла к стенке бака
| tв С0
| tм С0
| Кз
| GrPr
| Nu
| αвн Вт/м2*К
| |
| 49,738
|
| 3,533*1010
| 453,919
| 60,724
| |
| 53,902
| 1,1
| 5,83*1010
| 535,503
| 70,456
| |
| 56,102
| 1,15
| 6,364*1010
| 551,217
| 72,524
| |
| 58,379
| 1,20
| 6,926*1010
| 566,827
| 74,578
| Рассчитываем критерий Грасгофа - Прандля для воздуха (расчеты ведутся по тем же формулам, что и для масла).
Показатели λс,v,Pr для воздуха при температуре tв=20 С0 найдены ранее в первой части расчета и взяты из таблицы 4
GrPr=  *Pr , где
Тв - абсолютная температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха К.
Найдём GrPr для Кз=1.20
GrPr=  *0,7026
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| GrPr=1,591*109
Определяем режим движения среды по (GrPr) и по этому же режиму выбираем константы c и n, по таблице (приложение 4)
так как GrPr находиться в промежутке между 103...109→ следовательно
с=0,8
n=0.25
Рассчитываем критерий Нуссельта для для Кз=1.20
Nu=c*(GrPr)n (1.8)
Nu=0,8*(1,591*109)0,25
Nu=159.775
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи от наружной стенки трансформатора к воздуху (Вт/м2*К)
αн= Nu*λ/Н (1.9)
рассчитаем для Кз=1.20
αн= 159,775*2,654*10-2/0,815
αн= 5,203Вт/м2*К
Nu и αн для Кз=1, Кз=1.1, Кз=1.15 рассчитывается аналогично.
Рассчитываем коэффициент теплопередачи k, Вт/м2*К, можно рассчитать по формуле для плоской стенки:
k= (1.7), где
δс- толщина стенки бака, обычно 3-5 мм, принимаем 5мм
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| λс - коэффициент теплопроводности бака Вт/(м*К), бак выполнен из стали λс=45-55 Вт/(м*К), принимаем 50 Вт/(м*К)
αвн , αн - коэффициенты теплоотдачи к внутренней и от наружной стенки бака, Вт/(м2*К)
Расчет производим для Кз=1.20
k= 
k=4,861 Вт/м2*К
для Кз=1, Кз=1.1, Кз=1.15 расчет производится аналогично, полученные данные в таблицу:
Таблица 10 -Коэффициенты теплоотдачи от стенки бака к воздуху
| Кз
| tв с0
| Tв К
| GrPr
| Nu
| αн Вт/м2*К
| k Вт/м2*К
| |
|
|
| 1,707*109
| 162,61
| 4,98
| 4,598
| | 1,1
|
|
| 1,665*109
| 161,601
| 5,104
| 4,757
| | 1,15
|
|
| 1,733*109
| 163,226
| 5,155
| 4,811
| | 1,20
|
|
| 1,591*109
| 159,775
| 5,203
| 4,861
| Рассчитываем поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака согласно формуле
Qк= k*Fк*∆tм-в (1.6), где
k- коэффициент теплопередачи k, Вт/м2*К
Fк - наружная расчетная поверхность бака, определена раннее по формуле (1.3)
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| ∆tм-в - разность температур между маслом и воздухом
Найдем поток теплоты для Кз=1.20
Qк=4,861*2,665*38,379
Qк=497,183 Вт
для Кз=1, Кз=1.1, Кз=1.15 расчет производится аналогично
Уточняем температуру наружной стенки бака
tc=tв+  (1.11), где
tв - температура воздуха
Уточним температуру наружной стенки бака для Кз=1.20
tc=20+ 
tc=55,856 С0
уточняем температуру трансформаторного масла внутри бака
tм=tс+  , где
tс - температура внутренней поверхности бака .Виду малого термического сопротивления стенки бака δс/λс= 104,то температуры на внутренней и наружной поверхностях бака можно принять одинаковыми.
Уточняем температуру трансформаторного масла внутри бака для Кз=1.20
tм=55,856+ 
tм=58,358 С0
Температуры наружной поверхности бака и температура масла внутри трансформатора для Кз=1, Кз=1.1, Кз=1.15 находятся аналогично
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| Находим поток теплоты, излучаемый с поверхности бака Вт
Qл= с0*ξ* Fл*  , где
ξ-степень черноты стенки бака. Для окисленной стали принять ξ =0.8
Fл- поверхность излучения м2 для гладкого бака -по формуле (1.3)
Тс= абсолютная температура поверхности бака ,К, уточненная по формуле (1.11)
Тв - абсолютная температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха, К
Найдём поток теплоты, излучаемый с поверхности бака для Кз=1.20
Qл= 5,67*0,8* 2,665* 
Qл=522,893 Вт
Находим суммарный тепловой поток энергии, Вт
Q0=Qк+Qл
Найдем суммарный тепловой поток энергии для Кз=1.20
Q0=497,183+522,893
Q0=1022,076 Вт
Q0 не должен значительно отличатся от принятого по формуле (1)
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| Таблица11 -Результаты расчетов
| tв с0
| tм С0
| tcС0
| Кз
| k, Вт/м2*К
| Qк Вт
| Qл Вт
| Q0 Вт
| ∆Ртр
| |
| 49,726
| 47,457
|
| 4,598
| 364,399
| 383,897
| 748,296
|
| |
| 53,886
| 51,597
| 1,1
| 4,757
| 429,789
| 451,063
| 880,852
|
| |
| 56,088
| 53,693
| 1,15
| 4,811
| 462,875
| 486,062
| 948,932
| 973,5
| |
| 58,358
| 55,856
| 1,20
| 4,861
| 497,186
| 522,893
| 1022,076
|
|
|
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
|
|
|
|
|
|
|
|
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
|
| Строим график зависимости изменения температуры трансформаторного масла от коэффициента загрузки трансформатора.
где tм - температура масла
Кз - коэффициент загрузки
Рисунок 2 - Зависимость изменения температуры трансформаторного масла от коэффициента загрузки трансформатора.
Вывод: Температура масла в баке трансформатора при коэффициенте загрузки Кз=1.20 не превышает допустимые пределы температуры (95С0). В таком режиме допускается длительная его работа по условиям нагрева масла.
| |
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
| |
|
|
|
|
|
|
| |
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
| |
|
Заключение
По проведенному мной расчетом в первой части при заданной температуре воздуха (+5 °С;+10 °С; +15 °С; +20 °С) и коэффициенте загрузки Кз=1, температура верхних слоев масла в баке составила в соответствии с расчетными данными (+34,722 °С; +39,724 °С; +44,723 °С; +49,722 °С). Судя по полученным результатам изоляция не будет подвергаться ускоренному старению и трансформатор будет работать долго и надежно, так как не одно значение температуры масла в баке не превысило + 95С, по техническим условиям ГОСТ 11677-85.
По проведенному мной расчетам во второй части при заданной температуре воздуха +20С и коэффициентах загрузки Кз (1; 1,1; 1,15; 1,20). Температура верхних слоев масла в баке составила в соответствии с расчетными данными (49,726°С; 53,886°С; 56,088°С; 58,358°С). Судя по полученным результатам изоляция не будет подвергаться ускоренному старению и трансформатор будет работать долго и надежно, так как не одно значение температуры масла в баке не превысило + 95 С, по техническим условиям ГОСТ 11677-85.
| |
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
| |
|
|
|
|
|
|
| |
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
| |
|
Список использованных источников
1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т. Т 2. Электрооборудование / под редакцией А.А. Федорова. – Энергоатомиздат, 1987.—592 с.
2. Борзов В.П. Теплотехника : сборник задач для студентов инженерных специальностей / В.П. Борзов, Л.Н. Шабалина.- Кострома : КГСХА,2010.-158 с.
3. Тихомиров, П.Н. Расчет трансформаторов. –М. : – Энергоатомиздат, 1986.—528 с.
| |
|
|
|
|
|
| КР.35.03.06.02.3.ПЗ
| Лист
| |
|
|
|
|
|
|
| |
| Изм.
| Лист
| № докум.
| Подпись
| Дата
| |
| | | | | | | | | | | | |
0,8 (2)
0,8 
(2)