Расчет и конструирование трансформаторов (стр. 4 )

U ≡ FCT≡l2

Плотность тока в обмотке

откуда I = δSП, т. е. ток в обмотке пропорционален сечению провода SП, или также линейным размерам во второй степени

I≡SП≡l2

Следовательно, мощность трансформатора будет пропорциональна четвертой степени его линейных размеров

S ≡ UI ≡ l2 l2 ≡ l4

Вес G активных материалов (стали и меди) трансформатора пропорционален их объемам V или линейным размерам в третьей степени. Отсюда следует, что вес активных материалов будет пропорционален мощности в степени 3/4, т. е.

G ≡ V ≡ l3 ≡S3/4 .

Практически это означает, что с ростом мощности уменьшается удельный расход активных материалов, выраженный в кГ/ква, Поэтому более мощные трансформаторы имеют относительно меньшую стоимость.

Мощные трансформаторы также экономичнее и в эксплуатации, так как они имеют относительно меньшие потери, и, следовательно, более высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.). Это следует из того, что потери трансформатора, состоящие из потерь холостого хода Рх и потерь короткого замыкания Рк (при неизменных значениях В и δ электромагнитных нагрузок на активные материалы), пропорциональны весу активных материалов, т. е.

РХ ≡ В2GС и РК≡δ GM,

где Gc — вес активной стали;

GM— вес обмоточного провода.

Поскольку с ростом мощности вес материалов растет медленнее, также медленнее увеличиваются потери, и, следовательно, значение к. п. д. повышается.

§ 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ГОСТам. РАЗДЕЛЕНИЕ ПО ГАБАРИТАМ. ОБОЗНАЧЕНИЕ ТИПОВ

Силовые трансформаторы общего назначения в зависимости от напряжения и мощности условно подразделяются на группы или габариты. Трансформаторы мощностью от 25 до 100 ква включительно относятся к габариту I, мощностью от 160 до 630 ква — к габариту II, мощностью от 1000 до 6300 ква— к габариту III, мощностью 10 000 ква и более с напряжением 35 кв и все трансформаторы с напряжением ПО кв обмотки ВН— к габариту IV, мощностью 40 000 ква и более с напряжением 220 кв обмоток ВН и выше — к габариту V и мощностью 10 0000 ква и выше — к габариту VI. Трансформаторы указанных выше мощностей чаще изготовляются масляными, т. е. с активной частью, опущенной с целью лучшего охлаждения и повышения прочности изоляции в бак с маслом. Однако трансформаторы мощностью до 1000—1600 ква и напряжением до 10—15 кв могут изготовляться также и сухими, т. е. с воздушным охлаждением. Система охлаждения трансформатора входит в условное обозначение его типа.

Обозначение типа трансформатора состоит из двух частей — буквенной и цифровой.

Первая буква Т или О означает число фаз (трехфазный или однофазный). Иногда у специальных трансформаторов перед этой буквой стоит буква, соответствующая назначению трансформатора, например буква Э означает «Электропечной», А — автотрансформатор.

На втором месте, после буквы Т или О, стоит буква (или две буквы), означающая систему охлаждения: М — естественное масляное, Д — масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла, ДЦ — масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла, Ц —масляно-водя-ное с принудительной циркуляцией масла, Н — естественное охлаждение негорючим жидким диэлектриком, С — естественное воздушное при открытом исполнении, СЗ — естественное воздушное при защищенном исполнении.

На третьем месте стоит буква, означающая характерную особенность данного типа трансформатора, например: Т — трехобмоточный, Н — регулирование под нагрузкой, Р — для питания ртутных выпрямителей.

Буква Г, стоящая последней, означает «грозоупорный», т. е. трансформатор имеет емкостную защиту от перенапряжений.

В связи с тем что вновь разрабатываемые серии трансформаторов и мх специальные назначения требуют новых буквенных обозначений, дать полный их перечень не представляется возможным.

Цифровая часть обозначения состоит из двух чисел. Первое число (числитель) означает номинальную мощность трансформатора в ква, второе число (знаменатель) означает класс напряжения обмотки ВН в кв.

В качестве примера предлагается расшифровка обозначения типа трансформатора ТДТН-6300/35: трехфазный, с дутьевым охлаждением, трехобмоточный, с регулированием напряжения под нагрузкой, мощностью 6300 ква, с обмоткой ВН на напряжение 35 кв.

Выводные концы обмоток присоединяются к проходным фарфоровым изоляторам, называемым вводами и устанавливаемым на крышке бака (или на его стенке, у трансформаторов малой мощности и у сухих трансформаторов).

Согласно основному ГОСТ 11677—65 «Трансформаторы силовые. Общие технические требования» вводы имеют обозначения, приведенные в табл. 1.1

Таблица 1.1

Трансформатор
Обмотка	трехфазный	однофазный
ВН НН СН	О — А —В — С о — а — b —с Оm — Аm —Вm — Ст	А-Х а — х Аm –Хm

Вводы должны располагаться таким образом, чтобы их последовательность (слева направо), если смотреть со стороны вводов высшего напряжения, была в соответствии с указанной ранее.

Основные параметры и технические требования трехфазных силовых трансформаторов должны соответствовать: для трансформаторов мощностью от 25 до 630 ква — ГОСТ 12022—66, для трансформаторов мощностью от 1000 до 80 000 ква— ГОСТ 11920—66.

Значения номинальных мощностей соответствуют шкале мощностей, содержащейся в указанных ГОСТах, а именно: 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500, 4000, 6300 ква.

Значения номинальных напряжений соответствуют шкале напряжений, содержащейся в ГОСТ 721—62.

Обмотки ВН имеют следующие значения номинальных линейных напряжений: 6000, 10 000, 20 000, 35 000 в.

Обмотки НН имеют значения линейных напряжений, равные 230, 400, 690, 3150, 6300, 10 500, 11000 в.

Схемы соединений обмоток могут быть следующими: для обмоток ВН — ,, и для обмоток НН —, ,

Для трансформаторов с другими значениями мощности и напряжений и для специальных трансформаторов существуют другие стандарты или ведомственные технические условия, которым эти трансформаторы должны удовлетворять.

В данной книге рассматриваются в основном только трехфазные масляные двухобмоточные силовые трансформаторы габаритов I, II и III мощностью от 01.01.01 ква и с высшим напряжением до 35 кв. Менее подробно рассмотрены лишь некоторые типы специальных трансформаторов: трехобмоточные, для питания ртутных выпрямителей и автотрансформаторы. Специальные трансформаторы также могут быть отнесены к тому или другому габариту в зависимости от их типовой мощности.

Силовые трансформаторы на более высокие напряжения и мощности и другие типы специальных трансформаторов, в том числе и сухие, требуют значительного расширения объема книги и поэтому здесь не рассматриваются, а лишь по некоторым из них попутно приводятся отдельные сведения.

Контрольные вопросы

На чем основан принцип действия трансформатора? Для чего нужен стальной сердечник? Что называется коэффициентом трансформации? Из каких основных частей состоит трансформатор? Для чего сечению стержня магнитопровода придается ступенчатая форма? Как располагаются обмотки на магнитопроводе трансформатора? Какие вы знаете материалы, применяемые для изготовления трансформа торов? Какие размеры магнитопровода являются основными? От какого основного параметра трансформатора зависят его размеры? Как распределяются мощности трансформаторов по их габаритам? Как составляется обозначение типа трансформатора? Как обозначаются выводные концы обмоток?

ГЛАВА II

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТУ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

§ 2.1. ОБЪЕМ ЗАДАНИЯ ПО РАСЧЕТУ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Для расчета силового двухобмоточного трансформатора должны быть заданы следующие его основные параметры:

S — номинальная мощность трансформатора, ква;

U1 и U2— номинальные линейные напряжения обмоток высшего (ВН) и низшего (НН) напряжений, в;

m — число фаз;

I — частота, гц;

схема и группа соединения обмоток;

способ охлаждения трансформатора;

режим нагрузки — длительная или кратковременная (для силовых трансформаторов обычно задается длительная нагрузка);

род установки — внутренняя или наружная.

Проектируемому трансформатору должны быть также заданы определенные эксплуатационные параметры (характеристики): Рх — потери холостого хода, вт; Рк — потери короткого замыкания, вт; i0—ток холостого хода, %; uк— напряжение короткого замыкания, %.

§ 2.2. НОРМАТИВЫ ГОСТов НА СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ. ДОПУСКИ НА ЗАДАВАЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

Основные и эксплуатационные параметры силовых трансформаторов обусловлены в соответствующих стандартах, и серийным производством выпускаются лишь трансформаторы, удовлетворяющие требованиям этих стандартов.