Определение основных размеров трансформатора

Магнитная система и обмотки трехфазного двухобмоточного трансформатора с плоской трехстержневой магнитной системой изображены на рис. 2.4.

 

 

Рис. 2.4. Активная часть трёхфазного двухобмоточного трансформатора с плоской трёхстержневой магнитной системой

 

Расчет основных размеров активной части трансформатора следует начинать с определения диаметра стержня магнитопровода:

,

где – ширина приведенного канала рассеяния трансформатора:

,

значение а₁₂ выбирается по табл. 2.8;

на этом этапе расчета размеры а₁ и а₂ неизвестны; поэтому рассчитывается по приближенной формуле: ,

где – коэффициент, зависящий от мощности трансформатора, металла обмоток, класса напряжения обмоток ВН и мощности потерь короткого замыкания; значения выбираются из табл. 2.9.

 

Таблица 2.9

Значение коэффициента для масляных трёхфазных двухобмоточных трансформаторов с ПБВ с медными обмотками и потерями короткого замыкания по ГОСТ 12022-76 и ГОСТ 11920-85

 

Мощность трансформатора, кВ·А	Класс напряжений, кВ
до 250 400, 630 1000 – 6300	0,63 0,53 0,51 – 0,43	0,65 – 0,58   0,52 – 0,48

 

Примечания: 1. Для обмоток из алюминиевого провода значение , найденные из табл. 2.9, увеличить в 1,25 раза.

1. Для обмоток НН из алюминиевой ленты трансформаторов мощностью 100 – 1000 кВ·А значения определять, как для обмоток из алюминиевого провода.

2. При отклонении заданных потерь короткого замыкания от потерь, установленных соответствующим ГОСТ, на ±10% значение , полученное из табл. 2.9, умножить, соответственно, на 0,96 и 1,04.

– отношение средней длины окружности канала между обмотками НН и ВН к высоте обмотки:

.

определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки и является очень важным параметром, так как меньшим значениям соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, а большим – широкие и низкие; разным значениям соответствуют разные соотношения масс активных материалов – стали магнитопровода и металла обмоток; следовательно, от величины зависит стоимость трансформатора; кроме того с изменением изменяются и технические параметры трансформатора: потери и ток холостого хода, механическая прочность и нагревостойкость обмоток, габаритные размеры.

Если заданные параметры и принятые исходные данные расчета совпадают с условиями, для которых составлена табл. 2.10, то выбор можно сделать по этой таблице.

Таблица 2.10

Рекомендуемые значения β для масляных трансформаторов

 

Мощность, кВ·А	Алюминий	Медь
6, 10 кВ	35 кВ	6, 10 кВ	35 кВ
25 – 100 160 – 630 1000 – 6300	1,2 – 1,6 1,2 – 1,6 1,3 – 1,7	– 1,2 – 1,5 1,2 – 1,6	1,8 – 2,4 1,8 – 2,4 2,0 – 2,6	– 1,8 – 2,4 1,8 – 2,4

Примечания: 1. Рекомендуемые значения приведены для трехфазных масляных трансформаторов классов напряжений 6, 10 и 35 кВ, отвечающих требованиям ГОСТ 12022-76 и ГОСТ 11920-85.

2. Применяемые марки стали 3404 и 3405 при толщине листа 0,35 и 0,30мм при индукциях =1,6 ÷ 1,65 Тл.

Если такого совпадения нет, то рекомендуется выбор оптимального значения сделать на основе предварительного обобщенного расчета по методике, описанной в [2].

– коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского); значение при концентрическом расположении обмоток и равномерном расположении витков по их высоте колеблется от 0,93 до 0,98; при определении основных размеров можно принять [2];

– частота питающей сети (по заданию);

– индукция в стержне магнитной системе; для выбранной марки стали для трансформатора заданной мощности предварительное значение принимается из табл. 2.1;

– коэффициент заполнения сталью; значения выбираются из табл. 2.2 и 2.3, а – из табл. 2.4.

Если полученный диаметр отличается от нормализованного значения (см. § 2.1), то следует принять ближайший диаметр по нормативной шкале – и пересчитать значение на это значение по формуле:

.

Средний диаметр канала между обмотками (предварительное значение) может быть определен по формуле:

,

где – коэффициент, значения которого зависят от мощности, класса напряжений и принятого уровня потерь короткого замыкания; ориентировочные значения для трансформаторов с магнитопроводами из холоднокатанной стали приведены в табл. 2.11.

Таблица 2.11

Ориентировочные значения коэффициента для медных обмоток

 

Мощность трансформатора, кВ·А	Уровень потерь короткого замыкания	Значения при классе напряжения обмотки ВН, кВ
6,10
До 630	1,2 Рк по ГОСТ Рк по ГОСТ 0,8 Рк по ГОСТ	1,33 1,36 1,40	1,37 1,40 1,44
От 1000 до 6300	1,2 Рк по ГОСТ Рк по ГОСТ 0,8 Рк по ГОСТ	1,35 1,38 1,42	1,37 1,40 1,44

 

Примечание: Для обмоток из алюминия значения ,полученные из таблицы, умножить на 1,06.

Высота обмоток трансформатора:

.

Значения других размеров и параметров, необходимых для полного расчета обмоток и окончательного расчета магнитной системы:

радиальный размер обмоток НН:

,

где – коэффициент, значения которого могут быть приняты для трансформаторов с плоской магнитной системой мощностью 25 – 630 кВ·А равным 1,1, мощностью 1000-6300 кВ·А класса напряжения 6 и 10 кВ и мощностью 1000 - 80000 кВ·А класса напряжения 35 кВ – 1,4;

активное сечение стержня:

,

активное сечение ярма:

,

высота стержня:

,

расстояние между осями соседних стержней:

,

где - удвоенный радиальный размер обмотки ВН;

,

– коэффициент, зависящий от мощности, класса напряжения трансформатора, материала обмотки и типа переключателя; в табл. 2.12 приведены ориентировочные значения коэффициента .

Таблица 2.12

Ориентировочные значения коэффициента для масляных двухобмоточных трансформаторов с ПБВ с медными обмотками и потерями короткого замыкания по ГОСТ

 

Мощность трансформатора, кВ·А	Класс напряжений, кВ
6,10
До 100 100 – 630 1000 – 6300	0,55 0,46 – 0,40 0,26 – 0,24	- - 0,32 – 0,28

 

Примечание. Для обмоток из алюминиевого провода значение , полученное из таблицы, умножить на 1,25.

Напряжение одного витка (предварительно):

.

Расчёт обмоток

3.1 Общие вопросы расчёта обмоток

В соответствии с ранее принятым решением (см. п. 2.2.) приводится расчет алюминиевых обмоток. Если по результатам расчетов алюминиевые обмотки не обеспечат требуемых параметров, то расчет повторяется для обмоток из медного провода после внесения корректировки в расчет основных размеров трансформатора.

Большое значение при выборе типа обмоток и расчёте их параметров имеет плотность тока в проводах обмоток: от неё зависят размеры, масса обмоток, основные потери в них.

Другим важным показателем при расчете обмоток и выборе их конструкции является плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности – , т.е. потери в обмотке, отнесенные к единице площади охлаждаемой поверхности. По величине решается вопрос выполнения межслойного масляного канала. Для каждого типа обмоток установлены допустимые значения , используя которые можно определить максимальный радиальный размер металла обмотки между охлаждаемыми поверхностями.

Исходя из рекомендаций табл. 2.6 для условий задания на проектирование, в качестве вариантов могут быть рассмотрены для обмоток НН:

- цилиндрическая из прямоугольного провода двухслойная или многослойная;

- цилиндрическая многослойная из алюминиевой ленты;

для обмоток ВН:

- цилиндрическая многослойная из прямоугольного провода;

- цилиндрическая многослойная из круглого провода.

Расчёт обмоток НН

Расчёт обмоток начинается с обмотки НН, располагаемой у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН. Поэтому эту обмотку считают первой и все параметры и размеры обмотки НН и её элементов обозначают индексом «1»: , и т. д.

Порядок расчёта.

1. Число витков одной фазы обмотки

.

Полученное округляется до ближайшего целого числа чётного или нечётного. Для трёхфазного трансформатора является также числом витков на один стержень.

2. Определяются уточнённые (изменённые в результате округления ) значения напряжения одного витка и индукции в стержне

,

.

3. Средняя плотность тока в обмотках, обеспечивающая получение заданных потерь короткого замыкания определяется по выражениям:

для медных обмоток, А/м²

,

для алюминиевых, А/м²

где – коэффициент отношения основных потерь к полным потерям в трансформаторе. Значения можно принять из табл. 3.1.

Таблица 3.1

Значения для трехфазных трансформаторов

 

Номинальная мощность трансформатора, кВ×А	До 100	160 – 630	1000 – 6300
	0,97	0,96 – 0,93	0,93 – 0,85

 

Сверить рассчитанное значение (с целью исключить ошибки в расчете) можно по данным табл. 3.2. Из этой таблицы также выбирается , если потери короткого замыкания не заданы.

 

Таблица 3.2

Средняя плотность тока в обмотках (МА/м²) для масляных трансформаторов с потерями короткого замыкания по ГОСТ

 

Номинальная мощность трансформатора, кВ×А	25 – 40	63 – 630	1000 – 6300
Медь	1,8 – 2,2	2,2 – 3,5	2,2 – 3,5
Алюминий	1,1 – 1,8	1,2 – 2,5	1,5 – 2,6

 

4. Ориентировочное сечение витка, м²

,

умножением полученного результата на 10⁶ сечение витка перевести в мм².

 

Дальнейший ход расчёта зависит от типа выбранной обмотки.