Выбор трансформатора

всего 58 катушек (417 витков)

Высота (осевой размер)  обмотки с каналами между всеми катушками

 

Радиальный размер обмотки

м

Внутренний диаметр обмотки:

м

Наружный диаметр обмотки:

м

 

Плотность теплового потока на поверхности обмотки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.  Определение характеристик  короткого замыкания.

4.1. Определение  потерь короткого замыкания.

 

а) Определение электрических  потерь в обмотках.

 

Средние диаметры обмоток:

- обмотки НН:                      м

- обмотки ВН:                      м

 

Вес провода для обмоток  ВН и НН рассчитываем по формуле (для  алюминиевого провода):

  , кг

- обмотка НН:   кг

- обмотка ВН: кг

Электрические потери в обмотках:

- в обмотке НН:           Вт.

- в обмотке ВН:          Вт.

 

б) Определение добавочных потерь.

 

Коэффициент добавочных потерь:

Для алюминиевого прямоугольного провода при (обмотка НН):

 

где n – число проводов обмотки в радиальном направлении, для непрерывной катушечной:

 

следовательно,       

Для алюминиевого прямоугольного провода при (обмотка ВН):

где

cледовательно,        

 

 

в) Определение электрических  потерь в отводах.

 

Длина отводов приближенно  определяется:

Для НН (соединение Δ ):   м

Для ВН (соединение Y ):   м

 

Вес металла отводов:

 

 

 

Для НН:             кг

 

Для ВН:             кг.

где γ = 2700 кг/м³ - удельный вес металла отводов, для алюминия.

Электрические потери в отводах:

Вт.

Вт.

 

г) Определение потерь в  стенках бака и других стальных деталях  трансформатора.

 

 Вт

 

где К - коэффициент, по табл. § 7.1 [1] принимаем К = 0,04

 

д) Определение полных потерь короткого замыкания.

 

Полные потери к. з.:

 Вт

Определим соотношение полученной и заданной величин мощности к. з.:

4.2. Определение  напряжения короткого замыкания.

 

Активная составляющая напряжения короткого замыкания:

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания:

,  %

где - ширина приведенного канала рассеяния:

м

Уточняем диаметр канала между обмотками:

, м

м

 

 

  Коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального вследствие конечной высоты обмоток:

Коэффициент, учитывающий  взаимное расположение обмоток НН и ВН:

где m = 3

 [по рис. 4.2 меньшее значение l_x]

тогда реактивная составляющая:

Напряжение короткого  замыкания:

Проверка отклонения полученного  значения u_K от заданного:

 

 заданного значения.

4.3  Определение  механических сил в обмотках.

 

Так как мощность трансформатора больше 1МВ·А, то согласно [1], определяем действующее значение установившегося тока короткого замыкания основного ответвления обмотки ВН по формуле:

 

А. 

 

 

Соотношение , следовательно, по табл. 7.3. [1] определим коэффициент , учитывающий максимально возможную апериодическую составляющую тока короткого замыкания:

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания:

А

Радиальная сила:

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН:

МПа.

Для обеспечения стойкости  этой обмотки при воздействии  радиальных сил рекомендуется не допускать σ_сж.р в алюминиевых более 15 МПа.

Среднее растягивающее напряжение в проводе обмотки ВН:

МПа.

Осевые силы в обмотках:

Н

Н

где l_х = 184 мм (по рис.4.2 большее значение l_x  и по рис.7.11[1]),

m = 4  по рис. 7.11в[1],

после установления размеров бака:

Максимальные сжимающие  силы в обмотках:

F_сж1 = F_ос^´ + F_ос^´´ = 91475,585+761957,568 = 853433,153 Н

F_сж2 = F_ос^´´ - F_ос^´ = 761957,568 – 91475,585= 670481,983 Н

Напряжение сжатия на междувитковых  прокладках

 МПа

n = 14 – число прокладок по окружности обмотки § 5.2[1],

 

 

а =0,054 м – радиальный размер обмотки НН;

b =0,06 м – ширина прокладки.

Напряжение сжатия удовлетворяет  неравенству σ_сж≤18-20 Мпа для трансформаторов мощностью до 6300 кВА.

Температура обмотки через t_к = 4 сек. после возникновения короткого замыкания:

 °С

По табл. 7.6 [1] допустимая температура  .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.  Окончательный расчет  магнитной системы. Определение  характеристик холостого хода.

5.1.  Определение  размеров пакетов и активных  сечений стержня и ярма.

 

Принята конструкция трёхфазной плоской шихтованной магнитной  системы, собираемой из пластин холоднокатаной стали марки 3404, толщиной 0,35 мм. Стержни магнитной системы скрепляются без прессующей пластины с прессовкой стержня обмоткой без бандажей. Размеры пакетов выбраны по табл. 8.4[1] для стержня диаметром 0,34 м. Число ступеней в сечении стержня 9 в сечении ярма 7, коэффициент заполнения круга для стержня k_кр=0,931.

 

Размеры пакетов в сечении стержня  и ярма

№ пакета	Стержень, мм	Ярмо (в половине поперечного сечения), мм
1	325×50	325×50
2	310×19	310×19
3	295×15	295×15
4	270×19	270×19
5	250×12	250×12
6	230×10	230×10
7	195×14	195×14
8	155×11	-
9	135×6	-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высота ярма принимается  равной ближайшей ширине пластины нормализованного ряда h_я=325мм. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня по таблице 8.7[1] :

см²

Площадь сечения ярма:

 см²

Объем угла магнитной системы:

см³

Активное сечение стержня:

см²= м²

Активное сечение ярма:

см²= м²

Объем стали угла магнитной  системы:

см³= м³

Длина стержня магнитной  системы:

м

где l'₀₂ и l"₀₂ – расстояния от обмотки до верхнего и нижнего ярма по табл.4.5[1], согласно прим. 2 расстояние от верхнего ярма принимаем увеличенным на 45мм.

Расстояние между осями  стержней:

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2. Определение  веса стержня и ярм и веса  стали

 

Масса стали угла магнитной  системы:

кг.

кг/м³ - плотность трансформаторной стали

Масса частей ярм, заключенных  между осями крайних стержней:

кг

Масса стали в частях ярм  в углах:

кг.

Полная масса стали  ярм:

кг.

 

 

Масса стали стержней в  пределах окна магнитной системы:

кг.

Масса стали в местах стыка  пакетов стержня и ярма:

кг.

Общая масса стали стержней:

кг.

Общая масса стали плоской  магнитной системы:

кг.

 

5.3  Определение  потерь холостого хода.

 

Индукция в стержне:

Тл.

Индукция в ярме:

Тл.

Индукция на косом стыке:

Тл.

Площадь сечения стержня  на косом стыке:

м².

Удельные потери для стали  стержней, ярм и стыков по табл. 8.10 [1] для стали марки 3404 толщиной 0,35 мм при шихтовке в две пластины:

при Тл,      Вт/кг,        Вт/м²;

при Тл,     Вт/кг,       Вт/м²;

при Тл,          Вт/м².

Для плоской магнитной  системы с косыми стыками на крайних  стержнях и прямыми стыками на среднем стержне, с многоступенчатым ярмом, без отверстия для шпилек, с отжигом пластин после резки  стали, и удаления заусенцев для  определения потерь холостого хода применим выражение:

,   Вт

где  - коэффициент добавочных потерь, по табл. 8.14 [1],

- коэффициент увеличения потерь в углах, по табл. 8.13 [1],

Тогда потери холостого хода:

 

 

 

В процентах от заданного  значения:

 

5.4  Определение  тока холостого хода.

 

По таблице 8.17 [1] находим намагничивающие мощности:

при Тл,   ВА/кг,          ВА/м²;

при Тл,  ВА/кг,           ВА/м²;

при Тл, Вт/м²

Для принятой конструкции  магнитной системы и технологии ее изготовления намагничивающую мощность рассчитаем по формуле:

где коэффициенты     (§ 8.2 [1])

   (§ 8.2 [1])

   (по табл. 8.21 [1])

    (по табл. 8.20 [1])

Следовательно, намагничивающая мощность:

 ВАр

Ток холостого хода:

 

или % заданного значения

Активная составляющая тока холостого хода:

Реактивная составляющая тока холостого хода:

 

 

Коэффициент полезного действия трансформатора:

 

 

 

 

6. Тепловой расчет  и расчет охладительной системы

 

6.1 Поверочный тепловой расчет обмоток

 

Внутренний перепад температуры  в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода:

°С

°С

Здесь q – плотность теплового потока, Вт/м², на поверхности рассматриваемой обмотки, определяемая в разделе 3; δ – толщина изоляции провода на одну сторону, мм; λ_из – теплопроводность изоляции провода, λ_из = 0,17 Вт/(м·°С) по табл. 9.1[1].

Средний внутренний перепад температуры обмотки:

°С

Перепад температуры на поверхности  винтовых и катушечных обмоток с  радиальными каналами:

 

где k₁ – коэффициент, учитывающий скорость движения масла внутри обмотки (для естественного масляного охлаждения k₁=1) ; k₂ – коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток НН и СН и может быть равным: для наружных обмоток ВН 1, для внутренних обмоток НН 1,1 §9.5[1]; k_з – коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла относительно ширины (высоты) горизонтальных маслянных каналов по табл. 9.3[1]:

Среднее превышение температуры  обмотки над средней температурой охлаждающего масла:

 

6.2 Тепловой расчет бака  трансформатора

Возьмём бак с навесными  радиаторами с прямыми трубами.

 

 

По таблицам 4.11 и 4.12[1] находим основные изоляционные расстояния: