Определение параметров вентилятора в системах охлаждения масляных трансформаторов

Дмитриев А.В.; Дмитриева О.С.

УДК 621.313

А. В. Дмитриев, О. С. Дмитриева

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЯТОРА В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛЯНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Ключевые слова: охлаждение, мощность вентилятора, трансформатор.

Силовые трансформаторы промышленных объектов нуждаются в повышении эффективности их использования. В работе предлагается определить мощность вентиляторов охлаждения трансформаторов. В процессе теоретических исследований проводится оценка вклада отдельных параметров на работу системы охлаждения. Получены зависимости влияния мощности трансформатора на мощность вентилятора для обдува радиаторов.

Keywords: cooling, fan power, transformer.

Power transformers industrial facilities need to improve the efficiency of their use. We propose to determine the capacity of the cooling fan transformer. In the process of theoretical research assesses the contribution of the individual parameters on the cooling system. The dependence of the effect of the power transformer on the fan power to blow the radiator.

По данным Ростехнадзора [1] в целом по России количество трансформаторных подстанций составляет более 900 тысяч штук. Силовые трансформаторы относятся к наиболее опасным производственным объектам, вот почему его эксплуатация, ремонт и любые другие действия выполняются в соответствии с требованиями промышленной безопасности. Особое внимание уделяется вопросам безопасности при эксплуатации оборудования, в связи с тем, что трансформаторы работают при предельных нагрузках, не редко, при отсутствии необходимого охлаждения и вентиляции происходит возгорание [2, 3]. Большая часть эксплуатируемых трансформаторов имеет срок службы свыше 30 лет, при этом предельный срок оценивается равным 45 лет. Высокая степень износа трансформаторов создает потенциальную опасность как для потребителей, так и для обслуживающего персонала. Во время работы силового оборудования неизбежен нагрев магнито-провода и обмоток за счет потери в них энергии. Предельный нагрев частей трансформатора ограничивается изоляцией, при этом ее срок службы зависит от температуры нагрева. Поэтому система охлаждения должна быть тем интенсивнее, чем больше мощность трансформатора [4, 5].

Работа посвящена изучению зависимости мощности вентилятора для обдува радиаторов трансформатора типа Д - с дутьем и естественной циркуляцией масла от конструктивных параметров оборудования. Отвести нагретый воздух от обмоток магнитопровода и охладить обмотки становится достаточно проблематично, особенно при высоких температурах окружающего воздуха. Поскольку вентиляторы охлаждения работают непостоянно, а включаются автоматически от интеллектуального блока управления в зависимости от температуры масла в баке, необходимо исследовать процессы теплообмена с окружающей средой.

Тепловой поток, который необходимо отводить от трансформатора, можно определить по формуле:

Q = (1 - пТ) N , (1)

где ЦТ - КПД трансформатора; МТ - мощность трансформатора, Вт.

Мощность вентилятора определяется по формуле: Gv Ар

N = -

Пь

(2)

где Пь - КПД вентилятора; Gv - объемный расход воздуха, создаваемый вентилятором, м3/с; Др - сопротивление труб для охлаждения трансформатора, Па.

Объемный расход воздуха определяется из уравнения теплового баланса:

Gv

Q

Pbcb (tbk - {Ь0 )'

(3)

где рь - плотность воздуха, кг/м ; сь - удельная массовая теплоемкость воздуха, Дж/(кгК); /Ьо, ?Ьк -температуры воздуха до и после охлаждения, °С.

Сопротивление труб можно определить, зная число Эйлера:

Ар = Ей РьИ£. (4)

Скорость потока рассчитывается по самому узкому сечению. Среднерасходная скорость воздуха определяется:

W =

cp с

Smt

(5)

где = П^ - площадь для прохода воздуха между трубами, м ; Пр - количество труб в ряду; / - длина труб, м; - расстояние между трубами, м.

Уравнение (2) с учетом остальных уравнений запишется:

N =

(1 - Пт) N Cb (tbk - tb0 )

Eu Пь

1

Pbnpls,

(6)

Число Эйлера определится по формуле из работы [6]:

Eu = (3 + 4,5n,)| -d-

Re-

(7)

где П,- - количество рядов труб; с< - диаметр труб, м; Re = Wcpd/vь - число Рейнольдса; vь - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с.

Определим мощность вентилятора, отнесенную к единице площади теплообмена,

N ь

(

nnplnd

< n+4-5

(1 - Пт) N Cb (tbk - tbo) V

У

/

0,26

(8)

(npl )2,74 d 1,03s,1,94pbJ

П

Уравнение (8) позволяет оценить вклад отдельных параметров и получить оптимальную конструкцию силового трансформатора типа Д.

0.23

0.26

X

Были выполнены исследования изменения мощности вентилятора при разных вариантах исполнения трансформатора типа Д. Все теплофизические параметры брались при средней температуре воздуха (4о + 4к)/2.

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

5т

Рис. 1 - Зависимость параметра Ы^Т от мощности трансформатора при различных значениях перепада температур ni = 3, пр = 10, sf = 20 мм, (^ - *ъ0), °С: 1 - 10; 2 - 20; 3 - 30

Наблюдается более существенное влияние диаметра труб при выборе мощности вентилятора. При достаточно высоком перепаде температур воздуха до и после охлаждения мощность вентилятора увеличивается относительно на небольшое значение. Это связано с большой движущей силой процесса теплообмена (рис. 1). Результаты исследований показали, что влияние п намного меньше, чем пр, т.е. увеличивать количество труб в ряду намного выгоднее, с точки зрения энергетических затрат, чем увеличивать количество рядов (рис. 2, 3). 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

!т

Рис. 2 - Зависимость параметра Ыь/Т от мощности трансформатора при разных значениях количества труб в ряду п= 3, - *ь0 = 20°С; sf = 20 мм, пр: 1 -5; 2 - 10; 3 - 20

Увеличение расстояния между трубами снижает мощность вентилятора, так как увеличивается площадь для прохода воздуха (рис. 4).

Таким образом, качественное охлаждение радиаторов силовых трансформаторов позволяет значительно снизить уровень риска возникновения аварийной ситуации. Методика определения мощности вентиляторов обдува представляет значительный интерес при проектировании систем охлаждения оборудования и подбора

систем управления.

700

600 500

400 300

200 100 0

2 3 4 NT, МВт

Рис. 3 - Зависимость параметра Ыь/Т от мощности трансформатора при различных значениях рядов труб пр = 10, - *ъ0 = 20°С; sf = 20 мм, п,-: 1 - 2; 2 - 3; 3 - 5

700 т-=-

600 500

400

\ V

300

"Ч

200 -

0 -I-1-1--

0,01 0,02 0,03 NT МВт

Рис. 4 - Зависимость параметра NJT от мощности трансформатора при различных значениях расстояния между трубами ni = 3, np = 10, tbk - tb0 = 20°C; st, мм: 1 - 10; 2 - 20; 3 - 40

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ № МК-5215.2016.8.

Литература

1. Годовой отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2015 году / Режим доступа: http://www.gosшadzor.m/puЫю/aшшal_reports/Годовой%20от чет%202015^

2. О.В. Калачев, Л.Ю. Юдин, Промышленные и строительные технологии, 6 (8), 4-10 (2016).

3. Т.В. Лопухова, Ю.Н. Зацаринная, Р.Н. Балобанов, Вестник Казан. технол. ун-та, 16, 4, 218-220 (2013).

4. А.М. Голунов, Охлаждающие устройства масляных трансформаторов. Энергия, Ленинград, 1964. 152 с.

5. Т.А. Гадиев, В.А. Куркачева, Р.Н. Гайнуллин, Вестник Казан. технол. ун-та, 16, 1, 30-31 (2013).

6. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков, Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Альянс, Москва, 2013. 576 с.

4 NT, МВ

2

3

Nb/F, \ Вт/м2 \

— 1 ---3

\ '1—

ч ^ \ \ "4 4

--x.^^ ----

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

,01 0,02 0,03 NT

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Дмитриев А. В., Дмитриева О. С.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Дмитриев А. В., Дмитриева О. С.

Текст научной работы на тему «Определение параметров вентилятора в системах охлаждения масляных трансформаторов»