Моделирование тепловых режимов трансформатора в программном комплексе Comsol Multiphysics
Изучение тепловых полей сложных электротехнических элементов и устройств. Анализ процессов распределения тепловых потоков внутри и снаружи устройства. Определение и идентификация внутренних повреждений трансформаторного электротехнического оборудования.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.03.2018 |
| Размер файла | 181,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование тепловых режимов трансформатора в программном комплексе Comsol Multiphysics
оборудование трансформаторный электротехнический
Паршина Кристина Ивановна,
магистрант Казанского государственного
энергетического университета.
Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент
Гарифуллин Марсель Шарифьянович.
При работе трансформаторов возникают потери энергии, превращающиеся в конечном счете в теплоту. Теплота повышает температуру обмоток, активной стали, контактных соединений, конструктивных деталей и одновременно рассеивается в окружающую среду [3]. Нагревание оборудования ограничивает его мощность и является главной причиной старения изоляции. Проведенный анализ научно-технической отечественной и зарубежной литературы показал, что работ, непосредственно посвященных мониторингу тепловых полей сложных электротехнических элементов и устройств имеется небольшое количество. Не исследованы процессы распределения тепловых потоков внутри и снаружи устройства, не рассмотрены вопросы определения и идентификации внутренних повреждений трансформаторного и иного электротехнического оборудования. Проведенные ранее исследования создали предпосылки для решения задач идентификации внутренних нарушений, влияющих на тепловой режим работы оборудования, и определения его месторасположения и температуры дефекта. Поэтому теоретическое обобщение процессов теплового распределения с учетом динамического движения масла в трансформаторах и идентификация на этой основе его повреждений (состояния работоспособности) является актуальной научной задачей.
В настоящее время является актуальным создание систем мониторинга для предупреждения различных повреждений трансформаторов или другого оборудования. Очевидно, что при каждом определенном дефекте будет свое распределение теплового поля, а значит и свои последствия. Предсказывание новых дефектов с помощью анализа этого самого поля - довольно действенный способ избегания различных поломок трансформатора.
Часто для оценки состояния оборудования создаются математические модели, содержащие в себе большое количество расчетов, требующие большое количество времени для своего расчета для каждой отдельной единицы оборудования. К тому же, при расчете сложных систем нередко можно допустить ошибки чисто математического характера. В результате всю работу приходится переделывать заново.
Более перспективным и наглядным является создание интерактивных моделей в различных программных пакетах. Они позволяют создавать модели, близкие к реальным, при этом не требуя глубоких математических знаний.
В данной работе для моделирования используется программный пакет Comsol Multiphysics. Это мощная интерактивная среда для моделирования и расчетов большинства научных и инженерных задач основанных на дифференциальных уравнениях в частных производных методом конечных элементов. С этим программным пакетом можно расширять стандартные модели, использующие одно дифференциальное уравнение (прикладной режим) в мультифизические модели для расчета связанных между собой физических явлений [1]. Расчет не требует глубокого знания математической физики и метода конечных элементов, который лежит в основе пакета [4].
Полную трёхмерную компьютерную модель такой сложной нелинейной термогидравлической системы, как реальный силовой масляный трансформатор, можно определить как общую теплогидравлическую макромодель трансформатора [2]. Она может включать в себя описание геометрии и детальной структуры всех трёх фаз, включающих в себя магнитопровод и рабочие обмотки. Такая модель должна обеспечить получение достоверных основных интегральных характеристик системы тепловыделения, температуры на выделенных поверхностях.
Для моделирования на уровне макромодели обмотка представлена эквивалентным сплошным твёрдым телом без отдельного рассмотрения конвекции в межкатушечных горизонтальных каналах и детальной структуры катушек с изоляцией и дистанцирующими прокладками. Как указано ранее, задачей макромодели является описание и общий расчёт теплогидравлических процессов всего трансформатора с обязательным учётом всех (основных и дополнительных) тепловыделений, имеющих место в трансформаторе.
С помощью Comsol Multiphysics созданы варианты моделей трансформатора с дефектами и без таковых. Трансформатор представлен в виде прямоугольного бака, заполненного трансформаторным маслом и с располагающимися внутри него обмотками и сердечником. Дополнительно вокруг бака создана область, заполненная воздухом. Дефекты заданы как дополнительные источники теплоты.
Проведенные расчеты распределения теплового поля наглядно показали распределение теплового поля по всей поверхности модели, включая температуры на ребрах и границах. Проведены расчеты для моделей с дефектами в одной из обмоток, в сердечнике, одновременно в разных частях трансформатора. Очевидно, что там, где расположен дефект, температура выше, чем в аналогичной модели нормального режима (без дефектов), следовательно, температура на поверхности так же повышается.
На рисунках 1 и 2 представлены примеры полученных моделей с наличием дефекта и без такового.
Рис. 1. Распределение теплового поля в трансформаторе без дефектов
Рис. 2. Распределение теплового поля в трансформаторе с дефектом в левой крайней обмотке
Таким образом, Comsol Multiphysics позволяет смоделировать и наглядно продемонстрировать распределение температурных полей при любом режиме работы трансформатора. Создание интерактивной модели может стать очень удобным и перспективным способом диагностики и мониторинга дефектов в различных его частях. Это позволяет прогнозировать и предупреждать развитие различных дефектов и, следовательно, продлевать эксплуатационный период оборудования.
Литература
1. Roger W. Pryor Multiphysics modeling using Comsol: a first principles approach. Jones and Bartlett Publishers London W6 7PA United Kingdom, 2011.- 871с.
2. Дульнев и др. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена: Учеб. пособие для теплофизич. и теплоэнергетич. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1990.- 207 с.
3. Исаченко В.П.и др. Теплопередача: Учебник для вузов. - М.: Энергоиздат, 1981. -416 с.
4. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. - М.: Мир, 1979. - 392 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Вывод тепловых сетей и водогрейных котельных на период летнего простоя. Пуск водогрейных котлов и тепловых сетей на зимний режим работы. Режимы оборудования ТЭЦ. Работа тепловых установок с промышленным и теплофикационным отбором пара и конденсацией.
презентация [1,6 M], добавлен 23.07.2015Принцип устройства и действия тепловой трубки Гровера. Основные способы передачи тепловой энергии. Преимущества и недостатки контурных тепловых труб. Перспективные типы кулеров на тепловых трубах. Конструктивные особенности и характеристики тепловых труб.
реферат [1,5 M], добавлен 09.08.2015Определение объема магнитопровода, оптимальной магнитной индукции, потерей мощности, плотности тока в проводах обмоток, добавочных потерь. Выбор сечений проводов. Расчет тепловых режимов, схемы замещения трансформатора. Его моделирование в среде OrCAD.
курсовая работа [696,4 K], добавлен 05.12.2012Общая характеристика, требования к содержанию и структуре курсовой работы по проектированию системы автоматического регулирования тепловых процессов. Указания к выполнению теоретической и практической части работы, определение расчетных показателей.
методичка [221,9 K], добавлен 10.03.2010Определение расчётных тепловых нагрузок района города. Построение графиков расхода теплоты. Регулирование отпуска теплоты. Расчётные расходы теплоносителя в тепловых сетях. Гидравлический и механический расчёт водяных тепловых сетей, подбор насосов.
курсовая работа [187,6 K], добавлен 22.05.2012Подземная и надземная прокладка тепловых сетей, их пересечение с газопроводами, водопроводом и электричеством. Расстояние от строительных конструкций тепловых сетей (оболочка изоляции трубопроводов) при бесканальной прокладке до зданий и инженерных сетей.
контрольная работа [26,4 K], добавлен 16.09.2010Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, максимального расхода сетевой воды. Гидравлический расчет тепловых сетей. Параметры насосов и их выбор. Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов, объема подачи теплоносителя.
курсовая работа [85,6 K], добавлен 18.10.2014Исследование истории создания тепловых машин, устройств, в которых внутренняя энергия превращается в механическую. Описания изобретения парового двигателя, паровой пушки Архимеда, турбины Герона. Анализ конструкции первых паровых автомобилей и паровозов.
презентация [3,3 M], добавлен 11.12.2011Принцип действия тепловых конденсационных электрических станций. Описание назначения и технических характеристик тепловых турбин. Выбор типа и мощности турбогенераторов, структурной и электрической схем электростанции. Проектирование релейной защиты.
дипломная работа [432,8 K], добавлен 11.07.2015Определение сезонных и круглогодичных тепловых нагрузок, температуры и расходов сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе. Гидравлический и тепловой расчет паропровода, конденсатопровода и водяных тепловых сетей. Выбор оборудования для котельной.
курсовая работа [408,7 K], добавлен 10.02.2015Изучение кинетики тепловых процессов в резервуарах типа РВС для хранения нефти и нефтепродуктов. Расчет и построение физико-математической модели по оценке теплового состояния резервуара РВС с учетом солнечной радиации, испарений и теплообмена с грунтом.
реферат [196,1 K], добавлен 25.09.2011Физическое моделирование теплового смерча типа торнадо в лабораторных условиях, исследование формирования и взаимодействия смерчей между собой. Осуществление моделирования тепловых смерчей в лабораторных условиях с помощью экспериментальных установок.
реферат [2,0 M], добавлен 05.08.2010Изучение основных типов тепловых схем котельной, расчет заданного варианта тепловой схемы и отдельных её элементов. Составление теплового баланса котлоагрегата, расчет стоимости годового расхода топлива для различных вариантов компоновки котлоагрегатов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.11.2010Описание тепловых сетей и потребителей теплоты. Определение расчетной нагрузки на отопление. Анализ основных параметров системы теплоснабжения. Расчет котлоагрегата Vitoplex 200 SX2A. Определение расчетных тепловых нагрузок на отопление зданий.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 20.03.2017Основные требования к размещению трубопроводов, оборудования и арматуры в тепловых пунктах. Учет тепловых нагрузок, расходов теплоносителя и конденсата. Заполнение систем потребления теплоты. Сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества.
реферат [23,4 K], добавлен 16.09.2010Расчет среднесуточной тепловой мощности на горячее водоснабжение. Гидравлический расчет тепловых сетей. Расчет мощности тепловых потерь водяным теплопроводом. Построение температурного графика. Выбор основного и вспомогательного оборудования котельных.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 26.06.2019Расчет тепловых нагрузок по укрупненным характеристикам, производственных и служебных зданий, на вентиляцию и горячее водоснабжение. Определение необходимых расходов воды. Построение пьезометрического графика, схема присоединения абонентских вводов.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 02.01.2015Понятие и классификация тепловых машин, их устройство и компоненты, функциональные особенности и сферы практического применения. Отличительные признаки, условия использования двигателей внешнего и внутреннего сгорания, их преимущества и недостатки.
контрольная работа [149,6 K], добавлен 31.03.2016Технологические требования к строительным решениям производственных зданий и сооружений. Определение тепловых потерь свинокомплекса и ограждения свинарника. Расчет термического сопротивления стен. Выбор тепловой схемы котельной и схемы тепловых сетей.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 24.04.2014Определение расчетных тепловых нагрузок, схемы присоединения водоподогревателя к тепловой сети и метода регулирования. График регулирования по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. Гидравлический расчет тепловых сетей района города.
курсовая работа [329,8 K], добавлен 02.05.2016
