ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА МАСЛЕННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ. РАСЧЕТ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ (ТЕПЛООТДАЮЩЕЙ) ПОВЕРХНОСТИ

Для масляных трансформаторов мощностью до 40 кВА достаточно иметь стенки бака гладкими без дополнительных охлаждающих устройств.

Для больших мощностей гладкой поверхности бака становится недостаточно и ее приходится искусственно увеличивать. Это происходит потому, что потери трансформатора растут пропорционально массе его активных материалов (меди и стали), а, следовательно, их объему, т.е. кубу линейных размеров трансформатора. Поверхность же бака трансформатора растет пропорционально квадрату его размеров. По этой причине рост охлаждающей поверхности трансформатора отстает от роста потерь при увеличении мощности. Значит, чтобы с ростом мощности трансформатора перегрев масла не увеличивался, необходимо применять дополнительные охлаждающие устройства.

Увеличение поверхности баков для трансформаторов мощностью до 1600 кВА достигается путем применения трубчатых баков, т.е. баков, в стенки которых вварены трубы в один, два, три, реже в четыре ряда в зависимости от мощности. Применение большего числа рядов труб становится малоэффективным, поэтому для мощностей свыше 1000-1600 кВА и до 10000 кВА применяются гладкие баки с навешенными на них трубчатыми охладителями (радиаторами). Такие охладители бывают одинарными и двойными. Они присоединяются к баку при помощи вваренных в его стенки патрубков с фланцами.

При мощности свыше 10000 кВА естественное масляное охлаждение, даже при помощи отдельных охладителей становится недостаточным и поэтому применяется форсированное охлаждение — дутьевое (при котором охладители обдуваются струей воздуха), циркуляционное (с принудительной циркуляцией масла) и др.

Для расчета охлаждаемой поверхности бака необходимо определить его минимальные размеры. Баки трехфазных силовых трансформаторов обычно имеют (в плане) овальную форму. Такая форма наиболее близко подходит к форме активной части трансформатора и вместе с тем является относительно простой для изготовления бака.

Гладкий бак состоит из стенки, дна и рамы. Стенка изготавливается из стальных листов, соединенных между собой электродуговой сваркой. Она приваривается к дну бака. К верхней части стенки приваривается рама. Рама изготавливается из стальной полосы и имеет отверстия, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. К раме болтами крепится крышка, также изготавливаемая из листовой стали. Между рамой и крышкой помещается прокладка — полоса из маслостойкой резины, служащая для уплотнения этого соединения. Бак с установленной в него активной частью трансформатора заполняется трансформаторным маслом.

Трубчатые баки имеют круглые или овальные трубы, вваренные своими концами в стенки. Внешний вид трубчатого бака показан на рисунках приложения.

Размеры бака в плане определяются габаритными внешними размерами активной части трансформатора и минимально необходимыми изоляционными расстояниями от обмоток и отводов до стенок бака. Для учебных расчетов трансформаторов с напряжением обмотки ВН до 35 кВ достаточно принять расстояние от обмотки ВН до стенки бака ориентировочно равным 150 мм против широкой стенки (со стороны отводов) и 75 мм против закругленной части стенки. Если напряжение обмотки ВН больше 35 кВ, то указанные расстояния увеличиваются пропорционально напряжению обмотки ВН.

Высота (глубина) бака определяется высотой активной части и минимальным расстоянием от верхнего ярма магнитопровода до крышки бака, обеспечивающим размещение нижней части проходных изоляторов, отводов и переключателей (если последние крепятся под крышкой), а также классом напряжения обмотки ВН. Расстояние от верхнего ярма до крышки (мм) берется по таблице 10.

 

Таблица 10

Класс напряжения обмотки ВН, кВ	Минимальное расстояние от ярма до крышки бака, мм

 

Расстояние от ярма до крышки, выбранное по таблице 10, может быть увеличено, если по ходу расчета охлаждения необходимо увеличить высоту бака (например, для более рационального размещения труб или охладителей).

Исходя из найденных основных размеров бака (высоты, ширины и длины) могут быть найдены поверхность боковой стенки бака и поверхность крышки овального бака.

Установка труб увеличивает охлаждаемую поверхность бака. Так как теплоотдача путем конвекции происходит со всей поверхности труб, а путем излучения — только с внешней стороны, то эффективная охлаждаемая поверхность трубчатого бака всегда меньше его геометрической поверхности. Кроме того, коэффициент эффективности теплоотдачи уменьшается с увеличением числа рядов труб. По этой причине применять число рядов труб более четырех нецелесообразно.

Трубы применяются разных размеров и формы: круглые с наружным диаметром 51 и 30 мм и овальные — 75х20 мм.

Расчет эффективной охлаждаемой поверхности трубчатого бака производится путем определения поверхности стенки бака и всех труб с умножением их на определенные коэффициенты эффективности, зависящие от числа рядов труб.

Для круглых труб Ø 51 мм эффективная поверхность трубчатого бака может быть приближенно определена умножением поверхности стенки бака на некоторый коэффициент кратности увеличения охлаждаемой поверхности согласно таблице 11.

 

Таблица 11

Число рядов труб	Коэффициент кратности
Гладкая стенка
1 ряд труб	2.8
2 ряда труб	4.0
3 рада труб	5.2
4 ряда труб	5.7

 

Значения соответствуют такому размещению труб на стенке бака, при котором расстояние между осями труб в ряду равно 70 мм и между рядами — 75 мм. Если на баке трубы размещены частично в два ряда и частично в три, то коэффициенты кратности будут иметь некоторое промежуточное значение.

Таким образом, охлаждаемая поверхность трубчатого бака

м² (43)

где — площадь боковой поверхности бака, м²;

— площадь поверхности крышки бака, м²;

0.75 — коэффициент, учитывающий закрытие поверхности крышки бака вводами и другой арматурой.

В радиаторных баках наиболее широкое применение имеет трубчатый охладитель, двойной или одинарный. Для этих охладителей применяются трубы наружным диаметром 51 мм. Двойные охладители располагаются радиально, а одинарные — тангенциально по отношению к стенке бака. В соответствии с этим патрубки находятся либо на торце, либо на середине коллектора.

Расположение радиаторных охладителей на баке и их внешний вид приведены на рисунках приложения.

Размеры охладителей нормализованы по расстоянию между осями патрубков. Тип охладителя выбирается в зависимости от высоты и периметра бака, а их количество – от требуемой охлаждаемой поверхности. В обозначении типа охладителя числитель обозначает расстояние А между осями в см, а знаменатель — поверхность в м².

Основные данные трубчатых охладителей приведены в таблице 12.

 

Таблица 12

Тип охладителя	Эффективная поверхность охлаждения, м2	Размер А, мм	Минимальная высота бака А +345, мм
оди-нарного	двойного	одинарного	двойного
188/9.4	188/17.8	9.45	17.8
200/10	220/18.9		18.9
228.5/11.1	228.5/21.2	11.15	21.2
248.5/11.9	248.5/22.7	11.9	22.7
268.5/12.7	268.5/24.4	12.75	24.4
300/13.9	300/26.7	13.9	26.7
325/14.8	325/28.6	14.85	28.6
375/16.7	375/32.4	16.75	32.4

 

Общая охлаждаемая поверхность радиаторного бака определяется выражением

, м² (44)

где — число охладителей;

— эффективная поверхность охлаждения, м²;

остальные обозначения — как и в формуле (43).