Нагрев и охлаждение трансформаторов - Киш Л.
Скачать (прямая ссылка):
Причиной такого неравномерного распределения потерь является, с одной стороны, изменение индукции поля рассеяния, с другой - изменение температуры масла, циркулирующего в обмотке в осевом и радиальном направлениях. Размещенные между катушками прокладки закрывают часть охлаждающей поверхности обмотки, в связи с чем из этих закрытых прокладками частей тепло благодаря теплопроводности поступает к открытым частям катушки. Это вызывает также небольшой дополнительный перепад температуры в материале обмотки.
Влияние поля рассеяния.
Индукция поля рассеяния в середине высоты обмотки направлена параллельно ее продольной оси. В радиальном направлении индукция распределяется по линейному закону; она имеет наибольшее значение на образующей, прилегающей к каналу рассеяния, и равна нулю с противоположной стороны. При переходе по обмотке от точки к точке происходи! изменение индукции по амплитуде и направлению, в результате чего появляется, кроме осевой, и радиальная составляющая индукции поля рассеянии.
Влияние охлаждающего масла
Второй причиной неравномерного распределения потерь является то, что движущееся в обмотке снизу вверх масло за счет воспринимаемых им потерь подогревается. Более высоко расположенные катушки омываются более горячим маслом. Поскольку для теплопередачи необходим температурный перепад, более высоко расположенные катушки будут горячее даже тогда, когда они свои потери могут передать маслу при таком же температурном перепаде, как и нижние катушки. Удельное сопротивление материала увеличивается пропорционально разности температур. Поэтому основные потери более высоко расположенных катушек будут больше. И хотя потери от вихревых токов с ростом удельного сопротивления уменьшаются, чем не менее полные потери (основные и вихревые) будут тем больше, чем выше температура катушки.
Влияние потерь от вихревых токов на полные потери в слоях катушек.
(Здесь под "слоем катушки" понимается отдельный проводник или группа проводников катушки. (Прим. ред.))
Потери, возникающие в отдельных слоях катушек, различаются между собой из-за изменения индукции ноля рассеяния по амплитуде и направлению. Если среднее значение потерь от вихревых токов составляет, например, 15% основных, то в середине высоты обмотки у канала рассеяния они составляют около 45%- Это означает, что полные потери внутри катушек изменяются в отношении .
Рассмотрим па примере влияние потерь от вихревых токов на возникающие в отдельных слоях катушек полные потери.
Пример 2-1. Пусть задан автотрансформатор мощностью 250 MBА с сочетанием напряжений 400/126 кВ, имеющий обмотке 126 кВ устройство РПН, обеспечивающее регулирование в диапазоне +11,5 - -12,5%. Обмотка 400 кВ имеет ввод в середину и состоит из 2x50 катушек. В каждой катушке имеются 32 проводника с размерами без изоляции и с изоляцией 10X2,8/12X4,8 мм. Катушки разделены двумя вертикальными каналами шириной по 6 мм (рис. 2-1). Радиальный размер катушки 32-4,8+12=165,6 мм. Между катушками установлены столбы прокладок со средним по высоте размером 7,25 мм. В каждом проводнике течет ток 90,25 А.
Рис. 2-1. Изменение осевой составляющей индукции поля рассеяния по радиальному размеру катушки, находящейся в середине высоты обмотки.
1-8 порядковые номера слоев, на которые подразделена катушка.
Напряженность магнитного поля в канале рассеяния . Максимальное значение осевой составляющей индукции . В катушках, размещенных в середине высоты обмотки, радиальная составляющая индукции поля рассеяния отсутствует, а осевая составляющая линейно уменьшается в радиальном направлении от наибольшего значения у канала рассеяния до нуля на противоположной каналу рассеяния образующей.
Удельные потери от вихревых токов (Вт/кг) в каком-либо точке обмотки рассчитываются по следующей формуле:
(2-1)
где С=1,65- коэффициент; -удельная электрическая проводимость материала проводника, См/м; - плотность материала проводника, кг/м3; f - частота, Гц; Вт- максимальное значение индукции поля рассеяния (осевой или радиальной составляющей), Тл; d- размер проводника в направлении, перпендикулярном направлению индукции, м.
Для меди при температуре 75°С: См/м; кг/м3.
С учетом этих характеристик материала
(2-1а)
где коэффициент м2/(кгОм).
Удельные основные потери (Вт/кг) определяются по формуле:
(2-2)
При указанных выше значениях и для меди
(2-2а)
где коэффициент C2 = 2,44-10-12 м4Ом/кг, а J - плотность тока, А /м2.
В слоях средней катушки, прилегающих к каналу рассеяния, потери от вихревых токов самые большие. Наибольшее значение удельных потерь от вихревых токов согласно формуле (2-1а)
Удельные основные потери при J = 3,3*106 А/м2 согласно формуле (2-2а):
Отношение потерь от вихревых токов к основным потерям:
Таблица 2-1
Значения амплитуды осевой составляющей индукции, поля рассеяния и удельных потерь в отдельных слоях средней, разделенной на 8 слоев катушки обмотки (cм. рис. 2-1)
Параметр Номер слоя 1 2 3 4 5 6 7 8 0,24941 0,21824 0,18706 0,15588 0,1247 0,09353 0,06235 0,03118 10,4 8 5,9 4,1 2,6 1,47 0,655 0,163 26,4 36,8 34,4 32,3 30,5 29 27,87 27 26,5 39,8 30,3 22,3 15,55 9,85 5,57 2,48 0,617
