–PAGE_BREAK–
= 1.744
2.9Средний диаметр канала между обмотками
Средний диаметр канала между обмотками d
12 в предварительном рас-
чёте определяется приближенно с использованием коэффициента К1. Для транс-
форматоров мощностью 25-630 кВ ·А К1= 1.1, мощностью 1000-6300 кВ ·А К1== 1.4.
Приближенно определяется и радиальный размер обмотки НН.
Принимаем К1= 1.4.
Радиальный размер обмотки НН:
= 47.856 мм
Средний диаметр канала между обмотками:
= 365.712 мм
2.10Предварительная высота обмотки
= 658.707 мм
2.11Активное сечение стержня Пс
= 0.03366 м2
2.12Электродвижущая сила одного витка
= 12.331В
3 РАСЧЁТ ОБМОТКИ НИЗШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ (НН)
3.1Средняя плотность тока
= 1.809 А/м2,
где Км = 0.463, Кd
= 0.95
Найденное значение плотности тока является ориентировочным средним значением для обмоток ВН и НН. Действительная плотность тока должна быть близкой к этой. Плотности тока в каждой из обмоток масляного трансформато-
ра с медными или алюминиевыми обмотками могут отличаться от среднего зна-чения, но желательно, чтобы не более чем на 10 % .
Отклонение действительной средней плотности тока от найденной в сторону возрастания увеличивает потери короткого замыкания, в сторону уменьшения – снижает эти потери.
Основным элементом обмотки трансформатора является виток – элек-
трический проводник или несколько параллельно соединенных проводников, однократно охватывающих часть магнитной системы. Ток витка совместно с токами других витков и других частей трансформатора, в которых возникает электрический ток, создают магнитное поле трансформатора.
Под воздействием этого поля в каждом витке наводится ЭДС. В зависи-
мости от тока нагрузки виток может быть выполнен одним проводом круглого сечения, либо проводом прямоугольного сечения, либо группой параллельных проводов круглого или чаще прямоугольного сечения. Ряд витков, намотанных на цилиндрической поверхности, называется слоем.
Отдельные витки обмотки группируются в катушки. Катушка – это группа последовательно соединённых витков обмотки, конструктивно объеди-
ненных, и отделённая от других таких же групп или других обмоток трансфор-
матора.
3.2Ориентировочное сечение витка
= 462.435 мм2
Обмотка трансформатора должна отвечать требованиям эксплуатации и в то же время быть простой и дешёвой в производстве. В процессе расчёта об-
мотки после выбора её типа следует добиваться наибольшей компактности в ее размещении, распределении витков и катушек, чтобы получить наилучшее за-
полнение окна трансформатора. Потери энергии, выделяющиеся в обмотках в виде тепла, должны быть полностью отведены в среду, охлаждающую транс-
форматор.
3.3Выбор обмотки
По табл.4.3 выбираем цилиндрическую обмотку из прямоугольного про-вода.
3.4Число витков на одну фазу
= 33
Функция ceil
округляет значение до большего целого.
3.5Уточняем ЭДС одного витка
= 12.072 В
3.6 Уточняем индукцию в стержне
= 1.615 Тл
3.7Расчёт цилиндрической обмотки из прямоугольного провода
3.7.1 Число слоёв обмотки
n
сл1= 6
3.7.2 Число витков в одном слое
= 6
Функция ceil
округляет значение до большего целого.
3.7.3 Ориентировочный осевой размер витка
= 94.101 мм
Ориентировочное сечение провода, рассчитанное ранее, равно:
П′В1= 462.435мм2
3.7.4 По значениям h
В1и П’В1 по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов подбираем подходящие провода и способ намотки
В многослойной цилиндрической обмотке из прямоугольного провода возникают добавочные потери, вызываемые вихревыми токами. В обмотках этого типа стараются выбрать число слоёв обмотки и радиальный размер про-
вода так, чтобы добавочные потери не превысили 5 % основных потерь обмот-ки. Иногда, сравнительно редко, допускают добавочные потери до 10 % .
При расчёте обмоток существенное значение имеет правильный выбор размеров проводов.
а = 5мм b= 15мм
Число параллельных проводов:
n
пр1= 6
Сечение одного провода:
П′′1= 74.1мм2
Толщина изоляции на две стороны:
δ
1= 0.45мм
Осевой размер провода:
b
′ =
b
+
δ
1= 15+0.45 = 15.45мм
Осевой размер витка:
hB
1
=
n
пр1
·
b
′= 6 · 15.45 = 92.7мм
Полное сечение витка из n
пр1параллельных проводов:
П1 =
n
лр1
·
П′′1= 6 · 74.1 = 444.6 мм2
3.7.5 Уточняем плотность тока
= 1.882 А/мм2
3.7.6 Осевой размер обмотки l
1
Длина обмотки найденная вышеL
1= 658.9мм
l
1
=
hB
1 · (w
сл1+1) = 92.7 · (6+1) + 10 = 658.9мм
3.7.7 Радиальный размер обмотки
Радиальный размер витка:
аВ1 = а+
δ
1= 5+0.45= 5.45мм
Суммарное рабочее напряжение двух слоёв:
= 144.862 В
По рабочему напряжению двух слоёв по таблице 4.6 выбираем число слоёв и толщину d
МСЛкабельной бумаги:
= 2 ·0.12 = 0.24мм
Радиальный размер канала а11, выбираем по таблице 4.7:
= 6 мм
Радиальный размер обмотки:
= 39.9 мм
3.8Внутренний диаметр обмотки
=250 мм
3.9Наружный диаметр обмотки
= 329.8 мм
3.10Средний диаметр обмотки
= 289.9 мм
4 РАСЧЁТ ОБМОТКИ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВН)
При выборе типа обмотки ВН следует учитывать необходимость выпол-
нения в обмотке ответвлений для регулирования напряжения. В ГОСТ6110-82 предусмотрены два вида регулирования напряжения силового трансформатора:
а) переключением ответвлений обмотки без возбуждения (ПБВ) после отключения всех обмоток трансформатора от сети;
б) без перерыва нагрузки (РПН) и без отключения обмоток трансформа-
тора от сети.
Регулировочные ответвления на обмотках ВН служат обычно для под-
держания напряжения у потребителей электрической энергии на одном уровне при колебаниях нагрузки.
4.1Число витков при номинальном напряжении
= 829
4.2Напряжение на одной ступени регулирования
= 500В
4.3Число витков на одной ступени регулирования напряжения
= 42
где dU
– напряжение на одной ступени регулирования напряжения обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений, В;
uB– напряжение одного витка обмотки, В.
4.4Число витков обмотки на ответвлениях
верхняя ступень:
w
2
=
w
н2
+
wp= 829+42 = 871
при номинальном напряжении:
w
н2
= 829
нижняя ступень:
w
н2
—
wp
= 829 – 42 = 787
4.5Плотность тока в обмотке ВН
Jcp= 1.809
J
′2= 2 · Jcp
–
J
1= 2 · 1.809 – 1.882 = 1.737А/мм2
4.6Сечение витка обмотки ВН
I
ф2
= 33.333А
= 19.192 мм2
4.7Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого
провода
По таблице 4.3 выбираем цилиндрическую многослойную обмотку из круглого провода.
4.7.1 Выбор провода
По значению по сортаменту обмоточного провода для трансформа-
торов (таблица 4.5) подбираем провод:
АПБ13.75/4.15
аВН= 5мм
bBH
= 15 мм
Число параллельных проводов:
n
пр2
=1
Сечение одного провода:
П2′′ = 19.635 мм2
Толщина изоляции на две стороны:
δ
2
= 0.40 мм
Осевой размер провода:
bBH
′ =
bBH
+
δ
2
= 15+0.45 = 15.45 мм
Радиальный размер провода:
a
′
BH
= 5+
δ
2
= 5+0.45 = 5.45 мм
Осевой размер витка:
hB
2
=
n
пр2
·
bBH
′ = 1 · 15.45 = 15.45 мм
Полное сечение витка из nB
2параллельных проводов:
П2 =
n
пр2
·
П2′′ = 1 · 19.635 =19.635 мм2
4.7.2 Уточняем плотность тока
J
2
=
= 1.698 А/мм2
4.7.3 Число витков в слое
= 122
4.7.4 Число слоёв в обмотке
= 9
4.7.5 Суммарное рабочее напряжение двух слоёв
= 2.946 ·103 В
По рабочему напряжению двух слоёв (таблица 4.6) выбираем число слоёв и толщину d
МСЛ кабельной бумаги:
δ
мсл2
= 3 · 0.12 = 0.36мм
Радиальный размер канала выбираем по таблице 4.7:
= 18 мм
4.7.6 Радиальный размер обмотки
В обмотках класса напряжения 20 и 35 кВ под внутренним слоем обмот-
ки устанавливается металлический экран – незамкнутый цилиндр из листа не-
магнитного металла. За счёт экрана и изоляции, накладываемой на экран с двух сторон, радиальный размер обмотки увеличивается на величину аЭ:
= 69.48мм
4.7.7 Внутренний диаметр обмотки
= 369.8 мм
4.7.8 Наружный диаметр обмотки
= 508.76 мм
4.7.9. Средний диаметр обмотки
= 439.28 мм
Число слоев:
6 9
Число витков в слое:
6 122
Всего витков:
33 1.066·103
Число витков при номинальном напряжении:
829
Размеры провода без изоляции:
радиальный размер:
5мм 5мм
Осевой размер:
15мм 15мм
Число параллельных проводов:
6 1
Сечение витка:
444.6мм2 19.635мм2
Плотность тока:
1.882А/мм2 1.698А/мм2
Радиальный размер обмотки:
39.9мм 69.48мм
Высота обмотки:
659 мм
Основные диаметры:
внутренний:
250мм 369.8мм
средний:
289.9мм 439.28мм
наружный:
329.8мм 508.76мм
5 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
5.1Определение потерь короткого замыкания
Потерями короткого замыкания двухобмоточного трансформатора сог-
ласно ГОСТ16110-82 называются потери, возникающие в трансформаторе при номинальной частоте и установлении в одной из обмоток тока, соответствуеще-го её номинальной мощности, при замкнутой накоротко второй обмотке.
5.1.1 Масса металла обмотки низшего напряжения (НН)
Удельная плотность для аллюминия γ = 2700 кг/м3
= 108.235 кг
5.1.2 Масса металла обмотки высшего напряжения (ВН)
=191.172 кг
5.1.3 Электрические потери в обмотке низшего напряжения (НН)
Удельное электрическое сопротивление при t
= 75 0С для аллюминия:
ρ = 0.034 мкОм · м
= 4.884 ·103 Вт
5.1.4 Электрические потери в обмотке высшего напряжения (ВН)
= 7.02 ·103 Вт
5.1.5 Коэффициент КД1, учитывающий добавочные потери в обмотке НН
Коэффициент приведения поля рассеяния:
= 0.938
В формулу для коэффициента добавочных потерь входит величина β, которая подсчитывается по формуле:
для прямоугольного провода:
= 0.768
Коэффициент увеличения основных потерь:
— для обмотки из прямоугольного провода:
1.048
5.1.6 Коэффициент КД2, учитывающий добавочные потери в обмотке ВН.
Определение коэффициента β:
для круглого провода:
= 0.868
Коэффициент увеличения основных потерь:
— для обмотки из круглого провода:
= 1.065
5.1.7 Масса металла проводов отводов обмотки НН
Расчёт основных потерь в отводах сводится к определению длины про-
водников и массы металла в отводах. Принимая сечение отвода равным сече-
нию витка обмотки, а общую длину проводов в метрах, можно определять по формулам:
— для соединения в звезду:
=4.942 мм
— сечение отвода:
=4.446 ·10-4м2
— масса металла проводов отводов обмотки НН:
= 5.933 кг
5.1.8 Электрические потери в отводах обмотки НН
= 267.742 Вт
5.1.9 Масса металла проводов отводов обмотки ВН
Общая длина отводов обмотки ВН:
— для соединения в треугольник:
9.226 мм
— сечение отвода:
= 1.963 ·10-4 м2
— масса металла проводов отводов обмотки ВН:
= 0.489 кг
5.1.10 Электрические потери в отводах обмотки ВН
= 17.96 Вт
5.1.11 Потери в стенках бака и других элементах конструкции
На этапе расчёта обмоток, когда размеры бака ещё не известны, для трансформаторов мощностью от 100 до 63000 кВА можно с достаточным приб-
лижением определить потери в баке и деталях конструкции по формуле:
= 200 Вт
Коэффициент Кб определяется по таблице 6.1:
k
б
= 0.02
5.1.12 Полные потери короткого замыкания
= 1.308 ·104 Вт
При расчёте следует допускать отклонение расчётных потерь короткого замыкания от гарантийного значения не более чем на 10 %:
= 7.22 %
Если это условие не выполняется, следует уменьшить плотность тока в обмотках при небольших отклонениях рекомендуется пересчитать только одну обмотку на меньшую плотность тока, обычно обмотку ВН.
5.2Расчёт напряжения короткого замыкания
Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к расчётной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обоих обмотках установились номинальные токи. При этом переключатель должен находится в положении, соответствую-
щем номинальному напряжению. Напряжение короткого замыкания определяет падение напряжение в трансформаторе, его внешнюю характеристику и ток ко-
роткого замыкания. Оно учитывается также при подборе трансформатора для параллельной работы. Весь расчёт напряжения короткого замыкания проводит-
ся для одного стержня.
5.2.1 Активная составляющая напряжения короткого замыкания
= 1.308 %
5.2.2 Уточненное значение коэффициентаβ
= 1.668
5.2.3 Уточненная ширина приведённого канала рассеяния
Ориентировочная ширина канала:
ap
= 54.183 мм
Уточненная ширина:
= 56.46 мм
5.2.4 Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
= 8.081 %
5.2.5 Напряжение короткого замыкания, Uk
= 8.186 %
Отклонение расчётного напряжения короткого замыкания от гарантий-
ного:
= 2.33 %
При расчёте не следует допускать отклонение расчётного значения нап-
ряжения короткого замыкания от гарантийного более чем на 10 %. В противном случае необходимо заменить ukв нужном направлении за счёт изменения реак-
тивной составляющей.
5.3Расчёт механических сил в обмотках
5.3.1 Установившийся ток короткого замыкания обмотки ВН
= 407.181 А
5.3.2 Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания обмотки ВН
= 1.601
= 922.148 А
5.3.3 Радиальная сила, действующая на обмотку ВН
=
= 5.738 ·105 Н
5.3.4 Растягивающее в проводе обмотки ВН и сжимающее в проводе обмотки НН напряжения
= 5.61 МПа
= 6.224 МПа
Проверяем условие σсж=6.224 должно быть меньше 15 МПа для аллюминия. Условие выполняется, но мы допускаем в данной работе некоторую погрешность.
5.3.5 Осевые силы, обусловленные конечным соотношением высоты и ширины обмоток, Foc
= 2.458 ·104 Н
5.3.6 Максимальные сжимающие силы в обмотке
F
сж2 = Foc
= 2.458 ·104 Н
F
сж1
=F
сж2= 2.458 ·104 Н
5.3.7 Напряжение сжатия на опорных поверхностях
-число прокладок по окружности обмотки:
n
= 12
— ширина прокладки:
b
пр
= 50мм
= 1.0267 МПа
Проверяем условие σсжат= 1.0267
5.3.8 Температура обмоток через tk
=4с после возникновения короткого замыкания
Для аллюминия Кt
= 5.5
= 112.686 0С
Температура обмоток не должна превышать 2000С для аллюминия.
6 РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ, ПОТЕРЬ И ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА
6.1Определение размеров магнитной системы
При окончательном расчете магнитной системы, который производится после завершения полного расчёта обмоток, параметров и токов короткого за-
мыкания трансформатора, для плоской шихтованной магнитной системы опре-
деляют: число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов – ширину пластин и толщину пакетов, расположение и размеры охлаждающих каналов, полные и активные сечения стержня и ярма, высоту стержня, расстояние между осями стержней, массу стали стержней, ярм и углов магнитной системы и пол-
ную массу магнитной системы определяются потери и ток холостого хода трансформатора.
Выбор правильной формы и размеров поперечного сечения ярма, осо- бенно в магнитных системах, собираемых из холоднокатаной текстурованной стали, играет существенную роль. Наиболее рациональна многоступенчатая форма сечения ярма с числом ступеней, равным или несколько большим актив-
ного сечения стержня. Форма поперечного сечения ярма в средней части по размерам пакетов повторяет сечение стержня. Крайние пакеты, в целях улуч-
шения прессовки ярма ярмовыми балками более равномерного распределения давления по ширине пакетов и уменьшение веера пластин на углах, делаются более широкими объединением двух – трёх в один.
6.1.1 Размеры пакетов стержня и ярма
Ширина пластин:
(215 195 175 155 135 120 105 75)мм
Толщина пакетов:
bi= (23 18 15 12 9 5 4 7) мм
Рисунок 4 — Сечение стержня.
Общая толщина пакета стержня (ширина ярма):
= 0.092 м
Ширина наибольшей пластины:
= 0.215 м
6.1.2 Площади ступенчатой фигуры сечения стержня, ярма и объём угла
Пфс(
dH
) = 353 см2
Пфя(
dH
) = 360.5 см2
Vy
(
dH
) = 6460см3
Активное сечение стержня:
= 0.034 м2
Активное сечение ярма:
= 0.035 м2
Объём стали угла магнитной системы:
= 0.0063 м3
6.1.2 Длина стержня
Приращение расстояния:
dl
= 25 мм
Длина стержня:
= 0.759 м
6.1.4 Расстояние между осями соседних стержней
= 0.527 м
6.1.5 Проставление полученных размеров магнитопровода на эскизе
Выбираем конструкцию шихтованного магнитопровода с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем стержне.
Рисунок 5 — Эскиз магнитопровода.
Плотность холоднокатаной стали:
кг/м3
6.1.6 Масса стали угла магнитной системы
= 47.936 кг
6.1.7 Масса стали ярем
= 659.525 кг
6.1.8 Масса стали стержней
= 621.59 кг
6.1.9 Общая масса стали магнитной системы
G
ст
=
G
я
+
Gc
= 659.525+621.59= 1.281 ·103кг
6.2Определение потерь холостого хода
Магнитная индукция в стержнях и ярмах плоской шихтованной магнит-
ной системы определяется для рассчитанного напряжения витка обмотки и окончательно установленных значений активных сечений стержня и ярма.
6.2.1 Индукция в стержне
= 1.65 Тл
6.2.2 Индукция в ярме
= 1.616 Тл
6.2.3 Индукция в косом стыке
= 1.167 Тл
6.2.4 Потери холостого хода
Удельные потери:
— в стали стержня:
рс= 1.443 Вт/м2
— в зоне стыка стержня
р
c
3 = 686.736Вт/м2
— в стали ярма:
ря= 1.34 Вт/кг
— в зоне стыка ярма:
ряз= 657.438 Вт/м2
— в зоне косого стыка:
ркос= 355.863 Вт/м2
Коэффициент перешихтовки Кпш зависит от мощности трансформатора:
Кпш= 1.05
Кпя= 1 – коэффициент формы сечения ярма
Кпп= 1.03 – коэффициент прессовки продолжение
–PAGE_BREAK–