Расчет и конструктивная разработка трансформатора

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство с двумя или большим числом индукционно связанных обмоток, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

В трансформаторах предусмотрена возможность регулирования напряжения — 5 ступеней с диапазоном регулирования ±2×2,5% от номинального. Вид регулирования — ПБВ (переключение без возбуждения). Переключение трансформатора на другую ступень регулирования производится в отключенном состоянии. Трансформаторы комплектуются: — маслоуказателем, для контроля уровня масла в баке; - термометр типа «ТКП» (для трансформаторов, мощностью 1000 кВА и более); - газовое реле, для визуального контроля выделившегося газа, а также для отбора пробы масла (для трансформаторов, мощностью 1600 кВА и более); - устройством, для перекатки в продольном и поперечном направлении (для трансформаторов, мощностью 1000 кВА и более); - по требованию заказчика, зажимами контактными, для подключения трансформатора, со стороны низшего напряжения.

1. Расчет основных электрических величин трансформатора

Мощность одного стержня (фазы) трансформатора, кВ· А,

где S_H — номинальная полная мощность, кВ· А;

т — число фаз трансформатора.

Номинальный линейный ток обмоток НН и ВН трехфазного трансформатора, А,

трансформатор обмотка магнитный электрический где U_ВH, U_НH — номинальные линейные напряжение обмоток, кВ, S_H в кВ· А.

Фазные токи, А, напряжения, В, для обмоток НН и ВН трехфазного трансформатора при соединении обмоток в «треугольник»,

.

,

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

где P_K — потери короткого замыкания, кВт;

S_H — номинальная полная мощность трансформатора, кВ· А.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания (u_k задано), %,

.

Для определения размеров главной изоляции выбираем испытательные напряжения обмоток:

НН (0,4 кВ) ;

ВН (35,0 кВ) ;

2. Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы

Магнитопровод собирается из рулонной, холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,3 и коэффициентом заполнения стали k_З= 0,96.

Выбираем план шихтовки магнитопровода:

Рисунок 2.1 — Схема шихтовки магнитопровода По таблице 2.1 /1/ определяем число ступеней и коэффициент заполнения сталью k_КР:

· - номинальная полная мощность трансформатора;

· - ориентировочный диаметр стержня;

· Число ступеней с прессующей пластиной 7;

· коэффициент заполнения круга.

Коэффициент заполнения сталью площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры сечения стержня

.

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформатора, Тл,

2.2 Выбор материала и конструкции обмотки

Для обмотки трансформатора используем провод марки ПБ, изолированный лентами кабельной бумаги класса нагревостойкости, А (105 єС).

В соответствии с номинальной мощностью, напряжением и током одного стержня выбираем по таблице 2.5 /1/ тип обмотки НН и ВН.

НН:

· Винтовая одно-, двухи многоходная из провода прямоугольного сечения;

· материал обмоток: медь;

ВН:

· Цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения;

· материал обмоток: медь Стержни и ярма плоской стержневой магнитной системы в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры, составленной из пакетов пластин стали.

Рисунок 2.2 — Основные размеры трансформатора, мм

2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток

В масляных трансформаторах части изоляционных промежутков, не занятые твердым диэлектриком, заполнены жидким диэлектриком — трансформаторным маслом. Изоляцию каждой обмотки от других обмоток и от заземленных частей называют главной изоляцией.

Минимальное изоляционное расстояние обмоток НН:

· Мощность трансформатора S_Н = 1000кВ· А;

· Испытательное напряжение НН U_исп= 5кВ;

· НН от ярма l₀₁= 50 мм;

· НН от стержняд₀₁ = 4 мм; а_Ц1= 6 мм; а₀₁= 15 мм; l_Ц1=18 мм.

Минимальное изоляционное расстояние обмоток ВН:

· Мощность трансформатора S_Н = 1000кВ· А;

· Испытательное напряжение ВН U_исп = 85,0кВ;

· ВН до верхнего ярмаl₀^//= l₀₂= 75 мм;д_ш= 2 мм;

· ВН до нижнего ярмаl₀^/= l₀₂+ 45 = 75 + 45 = 120 мм;

· Между ВН и ННа₁₂ = 27 мм;д₁₂ = 5 мм;

· Выступ цилиндра l_Ц2 = 50 мм;

· Между ВН и ВНа₂₂= 30 мм;д₂₂ = 3 мм;

Толщина нормальной витковой изоляции провода прямоугольного сечения марки ПБ при испытательном напряжении U_исп = 5 — 85 кВ 2д = 0,5 мм.

2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток

На диаметр стержня магнитной системы влияют:

1. Ширина приведенного канала рассеяния, мм, Где а₁₂ — изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН;

второе слагаемое — суммарный приведенный радиальный размер (приведенная ширина) обмоток ВН и НН, мм, где S^/ — мощность трансформатора на один стержень, кВ· А;

k= 0,617 — коэффициент, определяемый в зависимости от мощности, материала обмоток и напряжения обмотки ВН.

2. Коэффициент в — отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки

.

Диаметр стержня предварительно, м, где S^/ — мощность трансформатора на один стержень, кВ· А;

а_P — ширина приведенного канала, мм;

k_P = 0,95 — коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному;

f = 50 Гц — частота сети;

и_P — реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %;

В_C — индукция в стержне, Тл;

k_C-коэффициент заполнения сталью площади круга.

Ближайший нормализованный диаметр d_H = 0,23 м.

Определяем коэффициентв_H, соответствующий выбранному диаметру d_H

в_H находится в допустимых пределах.

Средний диаметр канала между обмотками предварительно, м,

где диаметр d_H, м; а₀₁и а₀₂ — минимальные изоляционные промежутки, мм.

Радиальный размер обмотки НН предварительно, мм, где S^/ — мощность трансформатора на один стержень, кВ· А;

k= 0,52 — коэффициент, определяемый (/1/ с. 19) в зависимости от мощности, материала обмоток и напряжения обмотки ВН;

k1= 1,4 — коэффициент, для трансформаторов больших мощностей (>630 кВ· А).

Высота обмоток предварительно, м, Активное сечение стержня (чистое сечение стали), м²,

3. Расчет обмоток НН и ВН

Электродвижущая сила одного витка, В,

где BC выбирают по таблице 2.2 /1/, Тл; ПС по формуле (2.10) вм².

Средняя плотность тока в обмотках, А/мм²,

где Iф1-фазный ток обмотки низкого напряжения, А.

Iф2-фазный ток обмотки высокого напряжения, А.

3.1 Расчет обмоток НН

Число витков одной фазы обмотки НН:

гдеU_Ф1 — номинальное фазное напряжение обмотки НН, В;

f — частота напряжения сети, равная 50 Гц;

B_C— индукция в стержне, Тл;

П_C — площадь сечения стержня, м².

Полученное значение w₁ округляют до ближайшего целого числа, находят напряжение (ЭДС) одного витка, В, и действительную индукцию в стержне, Тл,

Расчет винтовой обмотки

Осевой размер (высота) одного витка одноходовой обмотки с радиальными каналами, мм,

.

Здесь высота обмотки l₁вм; h_K — осевой размер охлаждающего канала между витками, мм. Обычно h_K = 0,1 а₁, но не менее 4 мм.

Минимальное число параллельных проводов в двухходовой обмотке — восемь. В обмотках с радиальными охлаждающими каналами между всеми витками и ходами значение большего из двух размеров провода прямоугольного сечения b, мм для одноходовой обмотки:

,.

Здесьh_K1 — осевой размер охлаждающего канала, мм; 2д — двусторонняя толщина изоляции провода в мм. По условиям охлаждения при допустимом уровне добавочных потерь размер провода b, мм,

, .

Здесь k_З — коэффициент, учитывающий закрытие изоляционными деталями части охлаждаемой поверхности обмотки; для винтовых обмоток k_З=1,0;

q - плотность теплового потока; числовой коэффициент для медного провода k₂ = 10,7;

J_CP — плотность тока в обмотке, А/мм².

Радиальный размер a₁ обмотки, мм, Здесь a^/ — меньший размер провода, мм; n_B1 — число параллельных проводов витка; n_X — число ходов обмотки.

Предельное значение радиального размера обмотки определяют из условия охлаждения для катушки с плотным прилеганием витков без охлаждающего канала, мм,

, .

Размеры провода, мм, ПБ Полное сечение витка обмотки, мм²,

где П_ПР — сечение одного провода, мм²;

Реальная плотность тока в обмотке, А/мм²,

Осевой размер (высота), м, опрессованной после сушки трансформатора одноходовой обмотки с радиальными каналами через все хода, Здесь коэффициент k = (0,94 — 0,96) учитывает усадку межкатушечных прокладок после сушки и опрессовки обмотки.

Полученный результат не превышает более чем на (5−7)% предварительно рассчитанное значение l₁.

Внутренний диаметр обмотки, м,

где d_Н — нормализованный диаметр стержня в м;

а₀₁ — ширина канала между обмоткой и стержнем в мм.

Наружный диаметр обмотки, м,

.

Плотность теплового потока q, Вт/м², на поверхности двухходовой обмотки без канала между ходами,

.

Здесь коэффициент k = 10,7; J₁ — плотность тока в обмотке НН вА/мм²;

I_Ф1 — фазный ток обмотки НН в А; число витков в одном ходе w_K = 0,5 для двухходовой обмотки; k_Д — коэффициент, учитывающий добавочные потери (k_Д = 1,05); k_З — коэффициент, учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (k_З =0,75); а и b-размеры провода без изоляции в мм;

а' и b'-размеры провода в изоляции в мм; а₁-радиальный размер обмотки в мм; п_В1 — число параллельных проводов витка; п_X-число ходов обмотки.

Полученное значение qне превышает 1400 Вт/м².

3.2 Расчет обмоток ВН

Выбираем по мощности и номинальному напряжению, с учетом типа и схемы соединения обмоток ВН схему регулировочных ответвлений представленную на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 — Схемы регулировочных ответвлений в обмотках ВН Число витков ВН при номинальном напряжении,

.

Число витков на одной ступени регулирования,

.

Предварительно плотность тока в обмотке ВН, А/мм²,

.

Сечение витка обмотки ВН, мм²,

.

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из провода прямоугольного сечения

Суммарный радиальный размер проводов обмотки, необходимый для получения полного сечения всех витков обмотки ВН, мм, гдеk_ОС — коэффициент, учитывающий изоляцию провода в осевом направлении обмотки, примерно равный 0,93;

— полное сечения витка;

— число витков обмотки;

— число витков на одной ступени.

Предельно допустимый радиальный размер обмотки по условиям охлаждения, мм, Размеры провода Реальное сечение витка, мм²,

где П_ПР — сечение одного провода (/1/ с. 12), мм².

Реальная плотность тока в обмотке НВ, А/мм²,

Число витков в слое

где — длина обмотки ВН, м;

— размер провода в изоляции;

Число слоев в обмотке

Рабочее напряжение двух слоев обмотки, В,

где — напряжение витка.

Радиальный размер обмотки с экрана, мм, где — размер провода;

Внутренний диаметр обмотки, м, где — минимальный радиальный размер осевого канала.

Наружный диаметр обмотки, м, где — внутренний диаметр обмотки;

— радиальный размер обмотки в мм.

Поверхность охлаждения, ,

где — коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки изоляционными деталями, равный 0,8;

n — число концентрических катушек обмотки ВН.

Средний диаметр, м, Масса металла, кг, где k= 84 для медного провода;

П2 - сечение одного витка, мм².

Основные потери, Вт,

Коэффициент, учитывающий заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения где b_ПР — размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм;

т=nкат — число проводников в осевом направлении обмотки;

l2 — высота обмотки, м;

k_P= 0,93 — коэффициент приведения поля рассеяния.

Коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотке ВН

.

Плотность теплового потока, Вт/,

где Pосн - основные потери в обмотке НН, Вт;

k_Д2 — коэффициент, учитывающий добавочные потери. Полученное значение q=<1400 Вт/м², что допустимо.

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

Средний диаметр обмоток НН и ВН соответственно, м,

гдесоответственно внутренние и наружные диаметры обмоток НН и ВН, м, найденные в разделе 3.

Масса металла обмоток НН и ВН соответственно, кг, где k= 84 для медного провода;

П1, П2 — сечения витков обмоток НН и ВН, мм².

Основные потери в обмотках НН и ВН соответственно, кВт, где k= 2,4 для медного провода;

J1, J2 — реальная плотность тока, А/мм², в обмотках НН и ВН.

Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования, кг,

Полная масса металла обмоток трансформатора, кг, Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно гдеb_ПР — размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм;

т — число проводников в осевом направлении обмотки;

l-высота обмотки, м;

k_P= 0,98 — коэффициент приведения поля рассеяния.

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотке НН и ВН, соответственно где k=0,095 — коэффициент для проводов прямоугольного сечения из меди;

а_ПР — размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении (поперек) обмотки, мм;

n-число проводников в радиальном направлении обмотки. Число nравно произведению числа витков параллельных проводов в витке для катушечных обмоток.

Общая длина отводов, для соединения обмоток в «звезду», м, где l — длина соответствующей обмотки, определяемая в разделе 3, м.

Масса металла отводов обмотки НН или ВН, кг, где l_ОТВ — длина отводов, м;

П_ОТВ — сечение, мм²;

= 8900 кг/м³плотность материала обмоток для меди.

Основные потери, соответственно в отводах НН и ВН, Вт, гдеk= 2,4 — для медных проводов обмоток;

J₁и J₂ — плотности тока в обмотках НН и ВН, А/мм²;

G_ОТВ1 и С_ОТВ2 — масса отводов, кг.

Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора, Вт, Полные потери короткого замыкания, Вт,

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

.

Для определения реактивной составляющей напряжения короткого замыкания необходимо рассчитать ряд коэффициентов. Числовой коэффициент,

где l — наибольшая высота обмотки НН или ВН, м;

d₁₂ — средний диаметр канала между обмотками, м,

.

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

где а₁₂ — ширина канала между обмотками по таблице 2.3 в мм;

а₁, а₂ — радиальные размеры обмоток НН и ВН в мм;

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

.

В непрерывной катушечной обмотке регулировочные витки расположены в середине высоты обмотки ВН

.

Коэффициент, учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН

.

Здесь размеры l_x и а_р в мм; m = 0,75;

l₁ — высота обмотки НН, м.

k_q находится в пределах от 1,01 до 1,06.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

.

Напряжение короткого замыкания, %,

.

Значение и_к, не отличается от и_к в задании на проектирование трансформатора более чем на ±5%.

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН, А,

.

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, А,

где k_M — коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания,

.

Радиальная сила, действующая на обмотку ВН, Н, Осевую силу F_OC ^/, Н, определяют по формуле

.

Здесь расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора, м,

.

где D^//₂, — наружный диаметр обмотки ВН в м;

d_H — нормализованный диаметр стержня трансформатора в м;

S₅ — расстояние от обмотки ВН до стенки бака, м.

Максимальное значение сжимающей силы в обмотке F_сж и действующее на ярмо силы F_я

Напряжение сжатия на опорных поверхностях, МПа,

Здесь п — число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек = 4; а — радиальный размер обмотки, мм; b — ширина опорной прокладки, 50 мм.

Сила, сжимающая внутреннюю обмотку, Н,

.

Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки, МПа,

.

Для обеспечения стойкости этой обмотки при воздействии радиальных сил рекомендуется не допускать у_СЖ.Р в медных более305 МПа.

Температура обмотки через t_К секунд после возникновения короткого замыкания, °С,

Здесь t_K — наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, (4 сек); k — коэффициент, равный 12,5 для медных проводов обмоток; и_К — напряжение короткого замыкания, %; J — плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм²; и_H — начальная температура обмотки, принимаемая равной 90 °C. и_K? 250 °C для медного провода обмоток.

5. Расчет магнитной системы трансформатора

5.1 Определение размеров и массы магнитной системы

Таблица 5.1 Ширина пластин а и толщина пакетов b, мм, стали магнитопроводов. Обозначения: d — диаметр стержня, а_Я — ширина крайнего наружного пакета ярма; n_Я — число ступеней в сечениях стержня и ярма, k_KP — коэффициент заполнения круга для стержней

Таблица 5.2 — Площади сечения стержня П_ФС, ярма П_ФЯ и объем угла V_У шихтованной магнитной системы без прессующей пластины

Активное сечение стержня П_С и ярма П_Я, м²,

.

Здесь площади сечений П_ФС и П_ФЯ в см² по таблице 5.2; k_З — коэффициент заполнения сталью (k_З = 0,96).

Длина стержня трансформатора, м,

.

Здесь l₂ — высота обмотки ВН, м; I₀^/, I₀^// — расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма, мм.

Расстояние между осями соседних стержней, м,

.

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг,

где V_У — объем угла магнитной системы, см;

_УТ = 7650 кг/м³ — плотность трансформаторной стали.

Масса стали двух ярм трехфазного трансформатора, кг,

где С — расстояние между осями стержней, м; П_Я — сечение ярма в м.

Масса стали стержней, кг, Здесь П_С — активное сечение стержня, м; плотность трансформаторной стали _СТ = 7650 кг/м³; длина стержня l_C в м; а_1Я — ширина среднего пакета стали ярма, мм, равная а_1С.

Полная масса магнитной системы трансформатора, кг,

.

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора

Магнитопровод из электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,3.

Магнитная индукция в стержне В_С и ярме В_Я,

.

Потери холостого хода в магнитопроводе стержневого типа, Вт, Здесь коэффициенты k_ПУ = 10,45 и k_ПД = 1,15; удельные потери в стержне р_С и ярме р_Я [Вт/кг]; массы стержней G_С, ярм G_Я и угла G_У магнитопровода в кг.

Полученное значение потерь холостого хода Р_Х не превышает заданного более чем на 7,5%.

5.3 Определение тока холостого хода трансформатора

Активная составляющая тока холостого хода, %,

.

Увеличение намагничивающей мощности учитывают следующими коэффициентами:

1 k^/_ТД — коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. k^/_ТД =1,2.

2 k^//_ТД — коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов от 1000 до 6300 кВ· А k^//_ТД =1,07.

3 k_ТУ — коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы k_ТУ = 42,45.

4 k_ТПЛ — коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а₂, k_ТПЛ = 1,21.

Полная намагничивающая мощность, кВ· А, Здесь G_C, G_Я, G_У — массы стали стержней, ярм и угла магнитопровода, кг; q_C, q_Я — удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм А/кг; n_ЗПР = 2, п_ЗКОС = 4 — число прямых и косых стыков пластин стали ярм и стержней; q_ЗПР, q_ЗКОС — удельная намагничивающая мощность для зазоров, В· А/м; П_ЗПР, П_ЗКОС — площадь зазора (стыка) соответственно для прямых и косых стыков, м².

Для косых стыков с углом резки пластин 45° площадь зазора, м², и индукция в стыке, Тл

.

Реактивная составляющая тока холостого хода, %,

.

Полный ток холостого хода, %,

.

Полученное значение тока холостого хода не превышает заданного значения.

Коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.,

6. Тепловой расчет трансформатора

6.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода, °С,

.

Средняя теплопроводность обмотки из провода прямоугольного сечения, Вт/(м· °С).

Средняя условная теплопроводность обмотки без учета междуслойной изоляции, Вт/(м· °С).

Здесь q — плотность теплового потока, Вт/м², на поверхности рассматриваемой обмотки, определяемая в разделе 3; д — толщина изоляции провода на одну сторону, мм; л_ИЗ — теплопроводность изоляции провода, л_ИЗ = 0,17 Вт/(м· °С).

Средний внутренний перепад температуры обмотки, °С,

.

Перепад температуры на поверхности винтовых и катушечных обмоток с радиальными каналами, °С,

Здесь k₁ — коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; k₁ = 1,1 для обмоток НН и k₁ = 1,0 для обмоток ВН; k₂ — коэффициент, учитывающий влияние относительной ширины радиального охлаждающего канала на конвекцию масла.

Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой охлаждающего масла, °С,

.

6.2 Тепловой расчет бака трансформатора

Возьмём бак с навесными радиаторами с прямыми трубами.

S₁ — изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние S₂ от этого отвода до стенки бака, S₁ = 45 мм;

d₁ — диаметр изолированного отвода ВН при классах напряжения до 85 кВ включительно, d₁ = 20 мм при мощностях до 1000 кВ· А;

S₃ — изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S₃ = 45 мм;

d₂ — диаметр изолированного отвода обмотки НН, мм, равный d₁ при напряжении обмотки НН 3,15 кВ и более, или размер неизолированного отвода НН (шины), равный (10−15) мм при напряжение обмотки до 1 кВ d₂ = 10 мм;

S₄ — изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака, S₄ = 45 мм;

S₅ — принимают равным S₃ при испытательных напряжениях до 85 кВ или определяют по формуле S₅ = S₃ + d₂ + S₄, S₅ = 40 мм.

Минимальные ширина В и длина А бака трехфазного трансформатора классов напряжения 6, 10 и 35 кВ (рисунок 6.1), м, где D₂^// — наружный диаметр обмотки ВН в м;

С — расстояние между осями стержней в м;

Высота активной части трансформатора, м,

.

Здесь l_C — высота стержня магнитопровода, м; h_Я — высота ярма магнитной системы, равная ширине центрального пакета стали ярма а_1Я, в м; n — толщина подкладки под нижнее ярмо, в мм (п = 30−50 мм).

Глубину бака, м, определяют по высоте активной части Н_АЧ и расстоянию Н_ЯК от верхнего ярма до крышки бака,

.

Здесь Н_АЧ — высота активной части трансформатора м; Н_ЯК — минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака, необходимое для установки и крепления вводов, переключателя регулирования напряжения, Н_ЯК = 0,85 м.

Рисунок 6.1 — Основные размеры бака, мм Поверхность излучения для овального бака приближенно, м²,

Здесь А, В, Н — размеры бака, м; k — коэффициент учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный 1,5 — 2,0 — для бака с навесными радиаторами.

Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, над воздухом должно быть не более, °С,

где и_ОМСР — большее из двух значений, подсчитанных для обмоток ВН и НН.

Среднее превышение температуры бака над воздухом,°С,

.

Полученное значение удовлетворяет неравенству

°С, °С, 58,73°С? 60 °C.

Предварительное значение поверхности конвекции бака, м²,

.

Бак с навесными радиаторами

В трансформаторах мощностью от 100 до 6300 кВ· А используют радиаторы с прямыми вертикальными трубами овального сечением с размерами овала 72×20 мм и толщиной стенки труб 1,5 мм.

Таблица 6.2 — Основные данные трубчатого радиатора

П_КК = 0,34 м² — поверхность конвекции двух коллекторов при двух рядах труб. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов бака с₁ и с₂ соответственно 0,17 и 0,17 м.

При подборе радиаторов следует определить по высоте бака Н основной присоединительный размер А (расстояние между осями патрубков или центрами фланцев коллекторов радиатора). Размер А определяют из неравенства Определив размер А, следует выбрать радиатор по таблице 6.2 и определить поверхность конвекции радиатора, приведенную к поверхности гладкой стенки, м²

где k_Ф — коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией радиатора по сравнению с вертикальной, гладкой стенкой; для радиаторов с прямыми трубами k_Ф = 1,4.

Необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора, м²,

где П_K^/ — необходимая поверхность конвекции, м²;

П_КГЛ — поверхность конвекции гладкого бака, м²,

Здесь А, В, Н — размеры бака (рисунок 6.1), м, П_КР — поверхность крышки бака, м²; 0,5 — коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности крышки вводами ВН и НН и различной арматурой.

Поверхность крышки, овального бака, м,

.

Необходимое по условиям охлаждения число радиаторов,

.

Фактическая поверхность конвекции бака с навесными радиаторами, м²,

.

Поверхность излучения бака с навесными радиаторами, м²,

6.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха, °С,

где Р_X, Р_K — потери холостого хода и короткого замыкания, Вт;

П_К, П_И, — фактические поверхности конвекции и излучения, м².

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака, °С,

.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха, °С,

.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха подсчитывают отдельно для обмоток НН и ВН,°С,

.

Превышения температуры обмоток и масла в верхних слоях над окружающим воздухом согласно ГОСТ 11 677–85 не превышают допустимые величины

Список использованных источников

трансформатор обмотка магнитный электрический

1. Проектирование трансформаторов: Учебное пособие по курсовому проектированию/ Сост. Встовский А. Л., Встовский С. А.; Силин, Л.Ф. КГТУ. Красноярск, 2000. 112 с.

2. Электромеханика. Вспомогательное оборудование масляных трансформаторов: учеб. Пособие /Л.Ф. Силин, С. И. Мурашкин. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т; Политехн, ин-т, 2007. — 111 с.

3. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности СТО 4.2−07−2012.