И.2 Розрахунок тепловіддачі в приміщення

У загальному випадку тепловіддача з приміщення трансформаторної Q_V, кВт, визначається за формулою:

де Q_{V1 –} тепловіддача за природної циркуляції повітря, кВт;

Q_V2 – тепловіддача через стіни та стелю, кВт;

Q_V3 – тепловіддача завдяки примусовій циркуляції повітря, кВт.

И.2.1 Природна вентиляція

Тепловиділення Q_V1, кВт, яке розсіюється природною циркуляцією (конвекцією), визначається за формулою:

де А _{1, 2} – площа поперечного перерізу забірного (витяжного) отвору, м²;

Н – різниця висот між забірним та витяжним отворами, м;

Δ _L = ₁ – ₂ – різниця температур повітря між забірним та витяжним отворами, °С.

Приклад

Дано: S_ном = 1000 кВ ּ А; Р₀ = 2 кВт; Р_К = 11 кВт; k₃ = 0, 7; Н = 3 м.

Нехтуючи тепловіддачею через стіни та стелю (Q_V2 ≈ 0), визначаємо (рисунок И.1): Q_V1 = Р_Т = 2 + 11 ּ 0, 7² = 7, 4 кВт; Δ _L = ₁ – ₂ = 15 °С (значення 15°С можна прийняти як середнє для більшості випадків практичного застосування. Так, наприклад, згідно з даними заводу-виробника ₁ приймається меншою від максимальної робочої температури трансформатора 40 – 1 = 39°С, a ₂ визначається за СНиП 2.04.05 (додаток 8), яка для Києва в теплий період року становить 23, 7°С, таким чином ₁– ₂ = 39 – 23, 7 = 15, 3°С).

Використовуючи номограму (рисунок И.2), проводимо першу пряму від Q_V1 = 7, 4 кВт до Δ _L = 15 К. Вона перетинає шкалу V_L у значенні 0, 45 м³/с – шукане значення швидкості потоку повітря. Це значить, що нам необхідно не менше 220 м³/год повітря на 1 кВт втрат тепла в трансформаторі за Δ _L = 15°С.

Друга пряма креслиться від точки перетину першої прямої з межею (справа від шкали V_L) до значення H = 3 м. Дана пряма перетинає шкалу А_{1, 2} у значенні 0, 74 м² – це шукане значення вільного поперечного перерізу забірного та витяжного отворів.

Примітка. Номограма вже враховує опір потоку повітря на забірній дротяній решітці з розміром вічка 10...20 мм та на витяжній жалюзійній решітці. За використання жалюзійної решітки на забірному та витяжному отворах перерізи необхідно збільшити приблизно на 5... 10 %.

На відміну від тепловіддачі природної циркуляції повітря Q_V1, тепловіддача через стіни та стелю Q_V2, як правило, менша та залежить від товщини та матеріалу стін та стелі й коефіцієнта теплопередачі. Тепловіддача через стіни та стелю Q_V2, кВт, визначається за формулою:

де K_{W, D} – коефіцієнт теплопередачі (таблиця И.1), Вт/м² · °С;

A_{W, D} – площа поверхні стін та стелі, м²;

Δ _{W, D} – різниця температур зовні/усередині приміщення, °С.

Таблиця И.1

Рисунок И.1

Рисунок И.2

И.2.2 Примусова вентиляція

Тепловіддача за примусової циркуляції повітря Q_V3 зазвичай є набагато більшою за складники Q_V1 та Q_V2, і тому на практиці для розрахунків примусової вентиляції трансформаторної камери приймають, що Q_V3 = P_T, а тепловіддача через стіни та стелю Q_V2 забезпечує додатковий запас вентиляції.

Тепловіддача примусової циркуляції повітря Q_V3, кВт, визначається за формулою:

де V_L – швидкість потоку повітря, м³/с;

С_L = 1, 015 кВт/(кгּ К) – теплоємність повітря;

ρ _L = 1, 18 кг/м³ – густина повітря за температури 20 °С;

Δ = ₁ - ₂ – різниця температур повітря між забірним та витяжним отворами, К.

Для розв'язання рівняння (И.6) зручно використовувати номограму, наведену на рисунку И.3. Таким чином, можливо розраховувати наступні параметри для найбільш характерних швидкості повітряного потоку 10 м/с у повітроводі та різниці температур Δ _L:

- витрати повітря;

- поперечний переріз вентиляційного каналу;

- поперечний переріз забірного та витяжного отворів для повітря (приблизно 25 % поперечного перерізу каналу).

Взаємозв'язок швидкості повітряного потоку V_L, швидкості повітря V та середньої величини поперечного перерізу А визначається за формулою:

Номінальна потужність вентилятора для камери Р, кВт, визначається за формулою:

де р – повний тиск повітряного потоку, Н/м², що визначається як р = р_R + р_B;

р_R – статичний тиск;

р_B – динамічний тиск;

V_L – витрати повітря, м³/год;

η – к.к.д. вентилятора (0, 7...0, 9).

Статичний тиск складається з суми втрат тиску в обладнанні (фільтрах, глушниках, опорах вигинів, решіток та зміні поперечного перерізу) та повітроводах. Типові значення втрат тиску для цих випадків наведено в таблиці И.2.

Таблиця И.2

Динамічний тиск р_В, Н/м², визначається за формулою:

де v_К – швидкість повітря у повітроводі, Н/м², що визначається як

v_К = ;

V_L – витрати повітря, м³/год;

А_К – поперечний переріз повітроводу, м².

Приклад

Дано: в камері знаходяться два трансформатори потужністю 2000 кВּ А (S_ном = 2000 кВּ А; Р₀ = 3 кВт; Р_К = 19 кВт; k₃ = 0, 7; Δ _L = ₁ - ₂ = 15 К), розміщення вентиляції наведено на рисунку И.3.

Тепловиділення трансформаторів складе:

Рисунок И.3

Рисунок И.4

За номограмою на рисунку И.4, відкладуючи Q_VЗ. знаходимо:

- поперечний переріз забірного отвору А₁ = 0, 58 м²;

- поперечний переріз повітроводу А_К = 0, 14 м²;

- необхідна витрата повітря на охолодження V_L = 5 000 м³/год.

З врахуванням того, що довжина прямих ділянок повітроводу становить L = 5 м; маємо два 90° повороти радіусом r = 2D; маємо одну витяжну повітророзподільну решітку та одну забірну решітку; маємо вентилятор з вихлопною жалюзійною решіткою, визначаємо статичний тиск за номограмою (рисунок И.5):

Рисунок И.5

проводимо пряму від шкали А_К= 0, 14 м² до шкали витрати повітря V_L = 5м³/год, отримуємо швидкість повітря в повітроводі ν _DUKT = 10 м/с.

Втрати тиску на метр повітроводу p_RO = 2, 5 Н/м²ּ м, тобто повні втрати на всій довжині повітроводу p_{R 1} = p_ROּ L = 2, 5ּ 5 = 12, 5 Н/м².

Втрати тиску на двох вигинах (визначаються за нижньою частиною номограми рисунка И.5 за значенням ν _DUKT) p_{R 2}= 2 ּ 13 = 26 Н/м².

Втрати тиску на вхідній решітці p_{R 3} = 20 Н/м².

Втрати тиску на вихідній решітці p_{R 4} = 20 Н/м².

Втрати тиску на вентиляторі та його вихідних жалюзях p_{R 5} = 50 Н/м².

Повні втрати статичного тиску складуть: p_R = 12, 5 + 26 + 20 + 20 + 50 = 128, 5 Н/м².

Динамічний тиск визначається за формулою (И.9): р_B= 0, 61ּ 10² = 61 Н/м².

Повний тиск повітряного потоку складе: р = 128, 5 + 61= 189, 5 Н/м².

Таким чином, необхідно використовувати вентилятор продуктивністю 5000 м³/год за повного тиску 190 Н/м².

Примітка. За формулою (И.8) також можливо розрахувати потужність вентилятора (котра для цього прикладу становитиме величину близько 300 Вт), але зазвичай в цьому немає необхідності, якщо відомі дані обраного вентилятора.