Расчет параметров короткого замыкания (стр. 4 )

а – определение зоны разрыва в обмотке ВН при расчете

up (меньшее значение lx) и осевых механических сил (большее

значение lx); б – распределение осевых механических сил.

Температура обмотки через tк=5 с после возникновения короткого замыкания по (7.54)

Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант ІІА - алюминиевые обмотки

Потери короткого замыкания по § 7.1.

Основные потери по (7.3).

Обмотка НН

Обмотка ВН

Добавочные потери в обмотке НН

Принимаем kР = 0,95.

Добавочные потери в обмотке ВН

Основные потери в отводах 1отв=7,5·0,86=6,45 м.

Масса отводов НН

Потери в отводах НН

Масса отводов ВН

Потери в отводах

Потери в стенках бака и других элементах конструкции по (7.25) и табл. 7.1

Полные потери короткого замыкания

Для номинального напряжения обмотки ВН

или·100/18000=101 % заданного значения.

Расчет напряжения короткого замыкания по § 7.2.

Активная составляющая uа=/(10·1600) = 1,14 %.

Реактивная составляющая по (7.32)

Напряжение короткого замыкания

или 6,57·100/6,5=101 % заданного значения.

Установившийся ток короткого замыкания по (7.38) и табл. 7.2

Мгновенное максимальное значение тока короткого замыкания по табл. 7.3

при uр/uа=6,559/1,14 = 5,85 kmax=2,25.

Радиальная сила Fp=0,628·(814,9·1316)2·1,374·0,945·10-6=Н.

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН по (7.48) и (7.49)

Средние растягивающие напряжения в обмотке ВН

т. е. 8,43·100/25=33,7 % допустимого значения 25 МПа.

Осевые силы в обмотках по (7.51)

где k=∆1k1+∆2k2=1,74·0,184=0,320;

Осевые силы действуют на обе обмотки по рис. 7.11, а. Наибольшая осевая сила возникает в середине высот обмоток. В середине высоты обмотки НН, имеющей меньший радиальный размер, сжимающие напряжение

где a' – суммарный радиальный размер алюминиевых лент обмотки НН,

Температура обмоток через tk=5c после возникновения короткого замыкания по (7.54)

Глава восьмая.

РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСФОРМАТОРА

8.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

При окончательном расчете магнитной системы, который производится после завершения полного расчета обмоток, параметров и токов короткого замыкания трансформатора, для плоской шихтованной магнитной системы определяются: число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов - ширина пластин и толщина пакетов, расположение и размеры охлаждающих каналов, полные и активные сечения стержня и ярма, высота стержня, расстояние между осями стержней, масса стали стержней, ярм и углов магнитной системы и полная масса магнитной системы трансформатора. После установления всех размеров и массы стали частей магнитной системы определяются потери и ток холостого хода трансформатора.

Раскрой холоднокатаной анизотропной рулонной стали на пластины для плоской магнитной системы следует вести так, чтобы направление линий магнитной индукции в стержнях и ярмах совпадало с направлением прокатки стали. Для этого длинная сторона пластин должна располагаться вдоль полосы рулона, а их ширина - по ширине его полосы. Такой раскрой стали обеспечивается на современном технологическом оборудовании - на линиях продольной и поперечной резки стали [5]. У листовой стали направление прокатки совпадает с направлением большей стороны листа, но применение этой стали не рекомендуется, поскольку ограничение размера листа по длине не позволяет применить конструкции магнитных систем с косыми стыками пластин и стяжкой стержня бандажами из стеклоленты, а также использовать для раскроя стали современное оборудование, что приводит к увеличению потерь и тока холостого хода и существенному увеличению отходов стали.

Ширина пакетов (пластин) в стержне и ярме магнитной системы должна выбираться так, чтобы при ширине полосы рулона 650, 750, 800, 860 или 1000 мм с учетом обрезки кромки с двух сторон по 3-7 мм можно было получить раскрой стали с минимальными отходами. Ширина пластин (пакетов) в настоящее время нормализована, и пластины для силовых трансформаторов должны изготовляться шириной от 40 до 985 мм через 5 мм. Допускается также изготовление пластин шириной 368 мм.

При проектировании серий трансформаторов раскрой рулонов для каждого типа трансформатора рекомендуется производить самостоятельно. Комбинировать на одних и тех же рулонах раскрой стали для разных типов можно только с учетом реального числа трансформаторов каждого типа, выпускаемых ежемесячно, для того чтобы не образовывать ненужного увеличения запасов пластин на складе.

Выбор числа и размеров пакетов в сечении стержня плоской магнитной системы должен быть сделан так, чтобы площадь ступенчатой фигуры его поперечного сечения, вписанного в окружность, была максимально возможной. При увеличении числа ступеней коэффициент заполнения площади круга kкр увеличивается согласно рис. 8.1, однако при этом увеличивается число пластин разных размеров и существенно усложняется их изготовление, складирование до сборки магнитной системы и ее сборка. Как видно из рис. 8.1, увеличение числа ступеней от 15-16 до 25-30 при диаметре стержня до 0,750 м увеличивает коэффициент заполнения kкр не более чем на 1 % и с учетом усложнения технологии изготовления и использования пластин вряд ли является целесообразным.

Рис. 8.1. Зависимость kкр от числа ступеней в сечении стержня:

1 – максимальное теоретически возможное значение kкр;

2- значения kкр для реальных конструкций без охлаждающих каналов;

3 – то же для конструкции с продольными охлаждающими каналами.

Размеры пакетов стержня, при их известном числе, обеспечивающие оптимальное заполнение площади круга, могут быть рассчитаны теоретически. Так оптимальные размеры пакетов при числе ступеней от 1 до 6 могут быть приняты по табл. 8.1, где ширина пластин а, толщина пакетов b, высота сегмента δ даны в долях диаметра стержня d = 1.

Следует иметь в виду, что ширина пластин, рассчитанная по табл. 8.1, может оказаться не совпадающей с нормализованной шириной, что вызовет необходимость подбирать ширину пластин и толщину пакетов с отступление от оптимальных значений и приведет к некоторому уменьшению коэффициента заполнения круга.

Таблица 8.1. размеры пакетов в поперечном сечении стержня, обеспечивающие максимальное значение kкр

Число ступеней	kкр	Размеры пакетов	Сегмент δ
a1×b1	a2×b2	a3×b3	a4×b4	a5×b5	a6×b6
1	0,637	0,707× ×0,353	-	-	-	-	-	0,146
2	0,787	0,850× ×0,263	0,525× ×0,162	-	-	-	-	0,075
3	0,851	0,905× ×0,212	0,707× ×0,141	0,424× ×0,099	-	-	-	0,048
4	0,886	0,935× ×0,178	0,800× ×0,122	0,600× ×0,100	0,375× ×0,068	-	-	0,032
5	0,910	0,950× ×0,156	0,847× ×0,195	0,707× ×0,093	0,532× ×0,070	0,312× ×0,051	-	0,025
6	0,930	0,955× ×0,150	0,870× ×0,098	0,770× ×0,072	0,640× ×0,065	0,495× ×0,050	0,300× ×0,042	0,023

При большем числе ступеней в сечении стержня задача выбора числа ступеней и оптимальных размеров пакетов существенно усложняется. Опыт проектирования магнитных систем для ряда серий силовых трансформаторов в широком диапазоне мощностей и классов напряжения, накопленный отечественными заводами и положенный в основу рекомендаций табл. , позволяет выбирать рациональные значения числа ступеней и размеров пакетов для диаметров стержня, входящих в нормализованный ряд до 0,750 м. При этом учитываются оптимальное заполнение площади круга в поперечном сечении стержня магнитной системы, использование нормализованного ряда ширины пластин и приемлемая технология их изготовления. В этих таблицах для современного нормализованного ряда диаметров стержня от 0,080 до 0,750 м приведены: число ступеней в сечении стержня и ярма, коэффициенты заполнения круга и размеры всех пакетов - ширина пластин и толщина пакетов.

В табл. предусмотрены два варианта механического соединения прессующих балок верхнего и нижнего ярма - внешними по отношению к обмоткам вертикальными шпильками, без прессующей пластины и стальными пластинами, положенными на меньший по ширине пакет стержня внутри обмотки, с прессующей пластиной. Во втором варианте прессующая пластина занимает место наиболее узкого пакета стержня. Число пакетов уменьшается на единицу, полное сечение стержня - площадь ступенчатой фигуры и коэффициент заполнения круга - уменьшаются по сравнению с первым вариантом. При наличии прессующей пластины на стержне для осевой прессовки обмоток следует устанавливать прессующие кольца (см. § 2.3). При диаметрах стержня менее 0,190 м прессующие пластины на стержень обычно не ставятся.

Форма поперечного сечения ярма в средней своей части по размерам пакетов повторяет сечение стержня. Крайние пакеты в целях улучшения прессовки ярма ярмовыми балками, более равномерного распределения давления по ширине пакетов и уменьшения веера пластин на углах пакетов делаются более широкими объединением двух-трех пакетов в один. Так для изображенных на рис. 8.2 двух вариантов сечения стержня диаметром 0,240 м крайний пакет ярма в первом варианте имеет размеры (6+5+8)×135, а во втором варианте (5+8)×135 мм. Площадь ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня, м2

(8.1)

Таблица 8.2. Размеры пакетов – ширина пластин a и b, мм, для магнитных систем без прессующей пластины с прессовкой стержня обмоткой без бандажей (nc и nя – число ступеней в сечении стержня и ярма; aя – ширина крайнего наружного пакета; kкр – коэффициент заполнения круга для стержня).

Диаметр стержня d, м	nc	kкр	nя	aя, мм	Размеры пакетов a×b, мм, в стержне
0,080	4	0,863	3	55	75×14	65×9	55×6	40×5	-	-
0,085	5	0,895	4	50	80×14	70×10	60×6	50×4	40×4	-
0,090	5	0,891	4	55	85×15	75×10	65×6	55×4	40×5	-
0,095	5	0,887	4	50	90×15	80×10	65×9	50×5	40×4	-
0,100	6	0,917	5	55	95×16	85×10	75×7	65×5	55×4	40×4
0,105	6	0,912	5	50	100×16	90×11	80×7	65×7	50×4	40×4
0,110	6	0,905	5	65	105×16	95×11	85×7	75×6	65×4	40×7
0,115	5	0,903	4	65	105×25	95×9	85×6	65×9	40×3	-
0,120	6	0,928	5	60	115×18	105×11	90×10	75×8	60×6	40×4
0,125	6	0,915	5	65	120×18	105×16	95×6	85×6	65×7	40×6
0,130	6	0,918	5	65	125×18	110×16	100×8	80×9	65×5	40×6
0,140	6	0,919	5	65	135×19	120×17	105×10	85×9	65×7	40×5
0,150	6	0,915	5	85	145×19	135×13	120×13	105×9	85×8	55×7
0,160	6	0,913	5	85	155×20	135×23	120×10	105×7	85×7	55×7
0,170	6	0,927	5	85	160×28	145×17	130×10	110×10	85×8	50×8
0,180	6	0,915	5	95	175×21	155×25	135×13	120×8	95×9	65×8