Трансформаторы (стр. 2 )

Рис.2.2 Зависимость плотности тока от β.

Рис.2.3 Зависимость стоимости активной части от β.

Рис.2.4 Зависимость механического напряжения от β.

Рис.2.5 Зависимость тока холостого хода от β.

Рис.2.6 Зависимость потерь холостого хода от β.

β 0,9 1,425 1,913 2,324 3,0

Са. ч.	3333			3445 апапа пааа п	Cа. ч.>Cmin
Р0			ап54ап66	P0>620 Вт
I0			I0>2%
J			J>2,7 A/мм2
σp			σp >25 МПа

d(мм) 150

Рис.2.7 Определение оптимального значения β и диаметра стержня d.

Основываясь на данных диаграммы рис.2.7 выбираем нормализованный диаметр d = 150 мм, что соответствует β = 1, 913.

Активное сечение стержня согласно (2.26)

Пс=11185,44х2

Пс=16861,65·1,1762=15469,195 мм².

Высота стержня согласно 8.5[1]

=l+2·l (2.42)

=366+2·75=516 мм.

Электродвижущая сила одного витка согласно 6.8[1]

= 4,44·f·Bc·Пс (2.43)

= 4,44·50·1,6·15469,195=5,495 В.

3.  Расчет обмоток НН и ВН

3.1.  Расчет обмотки НН

Число витков обмотки НН согласно 6.6[1].

=. (3.1)

витка

Принимаем ω1=73 витка.

Напряжение одного витка согласно 6.7[1].

(3.2)

В.

Средняя плотность тока в обмотках согласно 6.2[1].

. (3.3)

.

Сечение витка ориентировочно согласно 6.12[1].

. (3.4)

мм

Используя табл. 4.4 [1] по мощности трансформатора 160 кВА, току на один стержень 133,88А, номинальному напряжению обмотки 690 В и сечению витка 63,319 мм² выбираем конструкцию цилиндрической обмотки из алюминиевой ленты.

Ширина ленты равна высоте обмотки, а её толщина

. (3.5)

мм.

В соответствии с ГОСТ выбираем алюминиевую ленту марки А6 шириной l=366 мм и толщиной =0,18 мм.

Действительное значение витка

. (3.6)

П1=366·0,18=65,88 мм

Плотность тока в обмотке согласно 6.14[1].

. (3.7)

.

Согласно выражению 6.5[1] общий суммарный радиальный допустимый размер обмотки при максимальном тепловом потоке q=1200 ; к=0,8.

. (3.8)

мм.

В этот размер можно уместить витков.

Обмотка выполняется в виде одной катушки.

Межвитковая изоляция выполняется кабельной бумагой марки К120 толщиной =0,12 мм. в один слой.

Радиальный размер обмотки НН

, (3.9)

где n – количество катушек обмотки.

мм.

Внутренний диаметр обмотки по 6.18[1]

. (3.10)

D’1=150+2·4=158 мм.

Внешний диаметр обмотки по 6.19[1]

. (3.11)

D”1=158+2·21,78=201,56 мм.

Плотность теплового потока согласно 7.12[1]

, (3.12)

где согласно 7.7[1] ; (3.13)

согласно 7.9[1]; (3.14)

– размер проводника в радиальном направлении катушки;

в – размер проводника в осевом направлении катушки;

m – число проводников по высоте катушки;

n – число проводников по толщине катушки;

;

.

;

;

.

Масса металла обмотки согласно 7.4[1]

, (3.15)

где (3.16)

кг.

3.2.  Расчет обмотки ВН

Выбираем схему регулирования согласно рекомендациям главы 6[1] c выводом концов всех трёх фаз обмотки к одному трёхфазному переключателю(3.1). Контакты переключателя должны быть рассчитаны на рабочий ток не менее 6,6 А.

Рис.3.1 Схема регулирования напряжения

Число витков в обмотке ВН при номинальном напряжении согласно 6.33[1]

. (3.17)

витков.

Принимаем ω2=3703 витков.

Число витков на одной ступени регулирования согласно 6.34[1]

, (3.18)

где - напряжение на одной ступени регулирования обмотки или разность напряжений двух соседних ответвлений.

витка.

Принимаем витка.

В масляных трансформаторах мощностью от 01.01.0100 кВ·А с ПБВ, ГОСТ , и , предусмотрено выполнение в обмотках ВН (и СН) четырех ответвлений на +5; +2,5; - 2,5 и - 5 % номинального напряжения помимо основного зажима с номинальным напряжением (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Определение числа витков на каждую ступень регулирования.

Напряжение В:	Число витков на ответвлениях:
33250	3703+2·93=3889
34125	3703+93=3796
35000	3703
35875	3703-93=3610
36750	3703-2·93=3517

Ориентировочная плотность тока согласно 6.39[1]:

. (3.19)

.

Ориентировочное сечение витка согласно 6.1[1]

. (3.20)

.

По табл.4.4[1] выбираем многослойную цилиндрическую обмотку из алюминиевого круглого провода. В соответствии с табл.6.1[1] выбираем провод марки

, (3.21)

где и – диаметры провода соответственно без и с изоляцией.

.

Сечение витка составляет .

Плотность тока в обмотке согласно 6.43[1]

(3.22)

.

Число витков в слое по 6.44[1]

. (3.23)

витка.

Число витков в обмотке по 6.45[1]

(3.24)

слоёв.

Принимаем слоёв.

Разделяем обмотку на две концентрические катушки, содержащие соответственно внутренняя и внешняя 2 и 5 слоёв. Катушки разделены согласно табл.6.7[1] масляным каналом шириной .

Рабочее напряжение двух соседних слоёв обмотки по 6.46[1]

(3.25)

В.

По табл.5.1[1] находим: межслойные изоляции – кабельная бумага толщиной =0,12 мм. , =4 слоёв. Выступ изоляции на торцах обмотки 16 мм.

Радиальный размер обмотки по 6.47-6.49[1]

(3.26)

=1,62·18+4·0,12·(18-1)+6+3=46,32 мм.

Внутренний диаметр обмотки ВН по 6.51[1]

. (3.27)

мм.

Внешний диаметр обмотки по 6.51[1]

. (3.28)

мм.

Расстояние между осями стержней

. (3.29)

С=348,2+20=368,2 мм.

Принимаем С = 370 мм.

Масса металла обмотки ВН по 7.4[1]

, (3.30)

где аналогично (3.16) .

кг.

Масса провода обмотки согласно табл.6.1[1]

. (3.31)

кг.

Добавочные потери в обмотке согласно 7.8[1]

, (3.32)

где согласно 7.10[1] ; (3.33)

m – число проводников по высоте сечения катушки;

.

;

.

Поверхность охлаждения обмотки по 6.54[1]

, (3.34)

где n=1,5;

k=0,83.

.

Плотность теплового потока согласно 6.41[1]

, (3.35)

где . (3.36)

Вт.

.

Расположение и размеры обмоток показаны на рис.3.2.

Рис.3.2. Размещение обмоток трансформатора.

4.  Определение параметров короткого замыкания

Основные потери в обмотке НН согласно 7.2[1]

Росн1 = k J12G01, (4.1)

где k = 12,75 коэффициент для алюминия.

Вт.

Основные потери в обмотке ВН из (3.36)

Вт

Потери в отводах НН согласно 7.19[1]

Ротв = kJ2Gотв, (4.2)

где масса отводов НН согласно 7.20[1]

10-9, (4.3)

где – удельный вес алюминия 2700 ;

(4.4)

lотв.≈7,5∙366≈2745 мм

кг.

Вт.

Потери в отводах ВН согласно (4.2), (4.3)

кг.

Вт.

Потери в стенках бака и других элементах конструкции согласно 7.21[1]

, (4.5)

где К = 0,016 (из табл. 7.1[1]).

Вт.

Полные потери короткого замыкания согласно 7.1[1]

Рк = Росн1·Кд1+Росн2Кд2 + Ротв1+ Ротв2 + Рσ . (4.6)

Рк =1156,61·1+1934,99·1,00099+25,69+0,47+24=3143,67 Вт.

Для номинального напряжения обмотки ВН потери соответственно согласно с [1]

(4.7)

=3143,67-0,05∙1934,99·1,00099=3046,82 Вт.

или % заданного значения.

Активная составляющая напряжения согласно 7.22[1]

. (4.8)

%

Реактивная составляющая согласно 7.23[1]

up=, (4.9)

где . (4.10)

;

Ширина приведённого канала рассеяния согласно (2.2)

мм;

Величина коэффициента Кр согласно 7.26[1]

Kp≈1-σ(1-), (4.11)

где σ =. (4.12)

.

Kp≈1- 0,083∙(1-.

Величина up зависит от взаимного расположения обмоток и в соответствии с этим корректируется коэффициентом Кq умножением его на (4.8), согласно 7.27[1].Так как обмотки равновелики, то Кq = 1.

%.

Напряжение короткого замыкания согласно 7.28[1]

uk=. (4.13)

uk= или

Установившийся ток короткого замыкания на обмотке ВН согласно 7,29[1]

(4.14)

А

Мгновенное максимальное значение тока к. з. согласно 7.30[1]

, (4.15)

где при по табл. 7.3[1]

= 1,95·41,644=81,206 А.

Суммарные радиальные силы приближенно определяются согласно 7.31[1]

(4.16)

Н.

Среднее сжимающее напряжение в проводе обмотки НН согласно 7.32[1]

. (4.17)

МПа

Среднее растягивающее напряжение в проводах обмотки ВН согласно 7.32а[1]

. (4.18)

МПа.

Что составляет 12,48 % допустимого значения 25 МПа.

Осевые силы по рис. 4.2[1] согласно 7.33[1] и 7.36[1]

. (4.19)

Н.

, (4.20)

где К – коэффициент осевой силы, согласно 7.37[1]

, (4.21)

где – коэффициент, определяемый по формуле 7.38[1]

, (4.22)

Здесь ; (4.23)

– определяется по таблице 7.4[1],

%.

мм.

К = 4,098·0,03=0,128.

Распределение осевых механических сил в обмотках НН и ВН показано на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Распределение осевых механических сил

Предельная температура обмотки, согласно 7.40[1]

, (4.23)

где – наибольшая продолжительность короткого замыкания при классе трансформатора до 35 кВ = 4с.;

J – плотность тока при номинальной нагрузке;

– начальная температура обмотки, .

Полученная величина сравнивается с допустимой температурой. Для алюминиевых обмоток это 200ºС.

5.  Определение размеров магнитной системы и массы стали

Принята конструкция трехфазной плоской шихтованной магнитной системы, собираемой из пластин холоднокатаной текстурованной стали марки 3404,толщиной 0,35 мм. Основные размеры магнитной системы показаны на рис.5.2. Стержни магнитной системы скрепляются без бандажей, ярма прессуются ярмовыми балками. Размеры пакетов выбраны по табл. 4.18[1] для стержня диаметром 160 мм без прессующей пластины и приведены в табл.5.1. Число ступеней в сечении стержня 6, в сечении ярма 5. Сечение стержня и ярма показано на рис.5.1.

Таблица 5.1

Размеры пакетов в сечении стрежня и ямра.

№ пакета	Стержень, мм	Ярма, мм
1	145х19	145х19
2	135х13	135х13
3	120х13	120х13
4	105х9	105х9
5	85х8	85х15
6	55х7

Рис.5.1. Сечение стержня и ярма.

Рис.5.2. Основные размеры магнитной системы.

Общая толщина пакетов стержня (ширина ярма) 138 мм. Площадь ступенчатой фигуры сечения стержня по табл. 8.2.[1] : Пф, с = 161,7×10² мм2;

ярма : Пф, я = 165,9×10² мм2

Объем угла магнитной системы Vу = 2040×10³ мм3

Активное сечение стержня согласно 8.2[1]

, (5.1)

где = 0,96 – коэффициент заполнения для рулонной холоднокатанной стали по табл. 4.3[1]:

мм2;

Активное сечение ярма, согласно 8.3[1]

(5.2)