Увеличение производительности системы охлаждения трансформаторов в жаркий период

Электроника, электрика / Электромонтаж / Строительство электростанций
Administrator
1 055
14-03-2017, 22:06
0

I. Введение

В настоящее время наблюдается заметный рост потребления электричества как промышленными предприятиями, так и бытовыми потребителями. Вследствие этого возрастают нагрузки на трансформаторы, большинство из которых работает на предельных нагрузках, при этом предельный срок эксплуатации трансформаторов оценивается равным 45 лет. Процедура замены трансформаторов в большом количестве является необычайно дорогим мероприятием. К тому же эксплуатация трансформаторов в жаркий период времени года нередко сопровождается случаями их перегрева, нарушениями работы системы охлаждения. Возможным способом увеличения мощности работающего оборудования является организация более интенсивного отвода тепла. Однако существующие способы не всегда являются эффективными, достаточно сложны и дорогостоящи. В связи с этим разработка компактных устройств для охлаждения трансформаторов, работа которых основана на более эффективных принципах передачи тепла, позволит увеличить нагрузку на них при относительно небольших экономических затратах.

II. Описание работы устройства

С целью увеличения теплового потока авторами настоящей статьи предлагается смонтировать на поверх-

ности охлаждающих ребер маслонаполненного энергетического оборудования каскада из полупроводниковых термоэлектрических преобразователей, холодные поверхности которых являются генератором холода и используются для охлаждения жидкости, а горячие поверхности снабжены системой отвода тепла. Разработанное устройство (рис. 1) содержит верхний и нижний горизонтально расположенные коллекторы, соединенные с баком трансформатора с помощью патрубков, вертикально расположенные охлаждающие трубы. Над нижним горизонтальным коллектором размещена теплопередающая поверхность емкости, установленной на отдельной опоре, заполненной жидким теплоносителем. В качестве теплоносителя может выступать вода.

Нагретая жидкость поступает из верхней части бака трансформатора через патрубок в верхний горизонтальный коллектор, откуда попадает в охлаждающие трубы. При охлаждении жидкости ее плотность увеличивается, и она, опускаясь по трубам вниз, попадает в нижний коллектор. Теплопередающая поверхность емкости обеспечивает наиболее равномерное охлаждение жидкости, находящейся в нижнем горизонтальном коллекторе. Ночью от воды отводится тепло при помощи термоэлектрических преобразователей, увеличивающих движущую силу теплообмена, и часть воды переходит в лед. Лед образуется на ребрах, расположенных в воде. Днем лед тает, забирая избыточное тепло от трансформатора.

Достоинством применения устройства является его интегрирование в действующую систему охлаждения трансформатора без демонтажа отдельных элементов оборудования. В жаркое время суток эффективность охлаждения жидкости в нижнем горизонтальном коллекторе повышается вследствие того, что с ростом ее температуры увеличивается конвективная теплоотдача. При этом коэффициент теплоотдачи от воды к стенке при свободном ее движении выше коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании труб турбулентным потоком воздуха в 3,57-9 раз. Кроме того, при работе устройства в условиях достаточного количества дождевых осадков над основной емкостью может быть размещена дополнительная емкость, служащая для сбора дождевой воды и имеющая сливной патрубок в нижней ее части, при этом над дополнительной емкостью устанавливается кварцевая лампа для уничтожения микроорганизмов и бактерий, образующихся в дождевой воде.

III. Результаты исследований

Важным этапом оценки работы предложенного устройства при решении задач по модернизации системы охлаждения является анализ процесса образования льда

на тонких металлических ребрах в емкости с водой. Исследования показали, что в пиковые режимы нагрузки эффективным является охлаждение определенного объема воды, содержащейся в емкости, до температуры 0 °С и замораживание оставшегося объема. Короткие ребра при одинаковом тепловом потоке образуют заметно большую толщину льда и более равномерную, чем длинные, за аналогичный промежуток времени (рис. 2).

Таким образом, с течением времени эффективность охлаждения электрооборудования уменьшается, поэтому применение термоэлектрических преобразователей обусловлено при кратковременных существенных перегрузках в жаркий период времени года, лишь тогда обеспечивается эффективный отвод тепла от токоведущих элементов. Исследования показали, что применение термоэлектрических преобразователей в системе охлаждения силового оборудования промышленных предприятий позволит интенсифицировать отвод тепла.

Диагностика состояния энергетического оборудования и дефектов строительных ограждающих конструкций тепловизионным методом

Решение задач по оценке технического состояния строительных ограждающих конструкций и энергетического оборудования в значительной степени связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля и, в частности, теплового метода неразрушающего контроля - ИК-диагностики. В статье рассмотрены основные положения по проведению тепловизионной диагностики, основные факторы, влияющие на точность измерений. Приведены результаты ИК-диагностики различных объектов.

Успехи, достигнутые за последнюю четверть века в освоении инфракрасного диапазона электромагнитного спектра, привели к созданию разнообразной информационной аппаратуры и, в частности, тепловизоров - устройств, предназначенных для наблюдения объектов по их собственному инфракрасному излучению. Предшественники тепловизоров - теплогенераторы - были способны только обнаруживать теплоизлучающие объекты и определять их направление. По мере развития теплогенераторов появилась возможность использовать их не только для указанных целей, но и для визуального наблюдения распределения температуры теплоизлучающих объектов и их опознания.

Проблема энергосбережения в энергетическом и строительном секторе экономики России приобретает все большую актуальность. В связи с этим все более широкое применение получают приборы инфракрасной техники (ИКТ), еще десять лет назад тепловизоры были доступны лишь узкому кругу пользователей, а сегодня подобные приборы имеются практически на всех предприятиях энергетики. Однако, зачастую,

недостаточная подготовка персонала, работающего с приборами ИКТ, приводит к ошибочным выводам о состоянии объекта исследования.

При проведении обследования необходимо учитывать коэффициент излучения поверхности обследуемого объекта, а также угол между осью тепловизионного приемника и нормалью к излучающей поверхности объекта. При проведении измерений однотипных объектов необходимо располагать тепловизионный приемник на одинаковом расстоянии и под одинаковым углом его оптической оси к поверхности объекта.

При обнаружении более нагретых зон необходимо, прежде всего, оценить, не является ли это следствием разницы в коэффициентах излучения, не связано ли это с наличием отверстий или расположенных под углом плоскостей, а также с нагревом от внешнего источника излучения.

Тепловизор обеспечивает визуализацию нагрева, часто не видимого невооруженным глазом, позволяя, таким образом, сделать количественный анализ повышения температуры. Чувствительность тепловизора позволяет

отображать и записывать перепады температуры в пределах 0,3 °С, что намного превышает значения, необходимые для выявления дефектов в электрооборудовании.

Повышения температуры и разброс тепловых характеристик, как правило, связаны с определенными дефектами электрооборудования. Инженеры компаний, проводящих тепловизионные обследования, смогут на месте оценить ситуацию и определить приоритетность действий по исправлению положения. Среди основных причин перегрева компонентов электрооборудования можно выделить слабый контакт в месте соединения, дисбаланс нагрузки и перегрузки.

Обследование позволяет мгновенно обнаружить и отобразить нагрев одного провода в пучке или среди сотен терминалов. Перегрев компонентов электрооборудования, приводящий к выходу их из строя, не будет визуально заметным для обслуживающего персонала, но станет очевидным для специалиста выполняющего тепло- визонное обследование. Слабый электрический контакт под нагрузкой вызывает повышение температуры, что в конечном итоге может привести к возникновению дуги. Как результат, в лучшем случае пропадет контакт, в худшем - возникший пожар может привести к остановке дорогостоящего оборудования или техники.

Наиболее существенное влияние на достоверность измеренных температур оказывает излучательная способность исследуемой поверхности, а при измерениях на открытом воздухе - и солнечная радиация.

Коэффициент излучения материала в общем виде зависит от длины волны, температуры и угла наблюдения поверхности контролируемого объекта. Для металлов коэффициенты излучения постоянны в интервале углов наблюдения 0 - 40°, для диэлектриков - в интервале углов 0 - 60°. За пределами этих значений коэффициент излучения быстро уменьшается до нуля при направлении наблюдения по касательной. Так, при длине волны излучения 10 мкм при наблюдении по нормали вода близка к абсолютно черному телу, а при наблюдении по касательной становится зеркалом, Е ^ 0.

Для наглядной иллюстрации влияния излучательной способности исследуемой поверхности на точность измерения температуры авторами было проведено термо- графирование цилиндрической емкости из шлифованной нержавеющей стали, заполненной горячей водой. Очевидно, температура поверхности емкости должна быть близка к температуре воды, а судя по термограмме, она значительно ниже: всего лишь около 40 °С против почти 90 °С на поверхности воды (рис. 1). Здесь же можно отследить влияние угла наблюдения: с увеличением отклонения от вертикали температура поверхности воды «снизилась» почти на 4 °С.

Другой пример влияния излучательной способности поверхности исследуемого объекта на точность измерения температуры (рис. 2).

Значительное понижение температуры (72,6 °С)

в рассмотренной области по сравнению со средней температурой (78,5 °С) связано с тем, что фланец практически по всей длине имеет отполированные блестящие области. В данных местах коэффициент излучения металла становиться значительно ниже. Таким образом, «понижение» температуры не связано с каким-либо дефектом.

К сожалению, большинство пользователей приборов ИКТ игнорируют столь существенное влияние излучательной способности поверхности объекта исследования. Очевидно, именно поэтому часто приходится слышать, что при тепловизионной диагностике можно получить любые, в том числе и взаимоисключающие результаты.

Одним из наиболее часто встречающихся заблуждений можно считать тезис о том, что тепловизор «является качественным многоточечным термометром».

Другой, часто встречающейся ошибкой операторов приборов ИКТ, можно считать поиск на «холодной» стороне ограждающей конструкции зон с повышенной температурой и на «теплой» стороне - холодных участков, которые действительно в большинстве случаев соответствуют дефектам конструкции. Однако, в зависимости от градиента температуры и давления, этот тезис не всегда подтверждается. Автор наблюдал дефект обмуровки котельного агрегата - сквозную трещину, вблизи которой температура понизилась вследствие «подсоса» в топку сравнительно холодного воздуха из помещения котельной. Аналогичный случай описан в статье В.П. Вавилова и И.А. Лариошиной: сквозная трещина вертикального шва ограждающей конструкции была идентифицирована только после проведения термографического обследования внутри помещения, так как холодная полоса на наружной термограмме подозрений не вызвала, поскольку соответствовала углу здания.

Таким образом, при диагностике необходимо учитывать и наличие градиента давлений на сторонах ограждающей конструкции.

Значительное влияние могут оказать отопительные приборы, лампы освещения и другие нагретые предметы. В результате термографическая съемка может показать горячую точку (пятно), хотя в действительности это просто тепловое отражение (рис. 3). Поэтому рекомендуется в подобных случаях производить ИК-обследование объекта под различными углами зрения и с изменением местоположения оператора с ИК-прибором. При необходимости на время измерения отключается освещение объекта и т.п.

При ИК-диагностике на открытом воздухе источниками погрешности могут быть метеорологические условия: ветер, атмосферные осадки, но основным фактором является прямая и отраженная солнечная радиация, а также рассеянное излучение и излучение источников искусственного освещения.

На рис. 4 представлены фотография и термограмма одного из фасадов загородного жилого дома. На термограмме отчетливо видно влияние солнечной радиации: участки, имеющие большую излучательную способность, нагрелись на солнце, и температура их поверхности местами более чем на семь градусов выше, чем температура таких же поверхностей, находящихся в тени от пристроя и карнизов кровли. Температуры глади стены и цоколя, имеющих меньшую степень черноты, даже находящихся на солнце, ниже на три-пять градусов.

Современные тепловизоры позволяют достаточно легко получить картину распределения так называемых радиационных температур, однако для определения действительных температур необходимо учитывать

влияние множества факторов: состояние атмосферы (туман, дождь, снег), солнечную радиацию (прямую и рассеянную) и особенно излучательную способность исследуемой поверхности. Кроме того, в ряде случаев должно приниматься во внимание и влияние инфильтрации и эксфильтрации воздуха.

Источник: не определен

Обсудить на форуме

Увеличение производительности системы охлаждения трансформаторов в жаркий период

Комментарии

Компьютерное моделирование динамических режимов работы силового трансформатора новой конструкции

Способ намотки тороидальных силовых трансформаторов

Рекомендации по работе с генераторными лампами

Классификация трансформаторов и дросселей

Снятие показаний счетчиков - Обслуживание индукционных счетчиков и цепей учета в электроустановках

Унифицированные сетевые трансформаторы ТПП

Увеличение производительности системы охлаждения трансформаторов в жаркий период

Комментарии

Похожие статьи:

Компьютерное моделирование динамических режимов работы силового трансформатора новой конструкции

Способ намотки тороидальных силовых трансформаторов

Рекомендации по работе с генераторными лампами

Классификация трансформаторов и дросселей

Снятие показаний счетчиков - Обслуживание индукционных счетчиков и цепей учета в электроустановках

Унифицированные сетевые трансформаторы ТПП