Трансформатора типа тм-1600/35

В виду того, что суммарные потери короткого замыкания и холостого хода для двух вариантов расчета трансформатора с медными и алюминиевыми обмотками отличаются мало, полный тепловой расчет проводим только для варианта I_М—с медными обмотками.

Тепловой расчет обмоток (по § 9.5). Внутренний перепад температуры:

обмотка НН по (9.9) и по рис. 9.9

где - толщина изоляции провода на одну сторону, q — плотность теплового потока на поверхности обмотки; - теплопроводность бумажной, пропитанной маслом изоляции провода по табл. 9.1

обмотка ВН по (9.9) и рис. 9.9

Перепад температуры на поверхности обмоток:

обмотка НН

где k₁=1,0 для естественного масляного охлаждения; k₂=1,1 внутренней обмотки НН; ₃=0,85 по табл. 9.3 для h_K/a=5/30;

обмотка ВН

где k₁=1,0 для естественного масляного охлаждения; k₂=1,0 для наружной обмотки; ₃=0,95 по табл. 9.3 для h_K/a=4,5/42.

Полный средний перепад температуры от обмотки к маслу:

обмотка НН

обмотка ВН

Тепловой расчет бака (по § 9.6). По табл. 9.4 в соответствии о мощностью трансформатора выбираем конструкцию гладкого бака с радиаторами и прямыми трубами по рис. 9.16. Минимальные внутренние размеры бака — по рис. 9.18, а и б.

Рис. 9.18. Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант 1М— медные обмотки:

а и б — определение основных расстояний от обмотки ВЦ до пенки бака; s — размещение активной части трансформатора в баке

Изоляционные расстояния отводов определяем до прессующей балки верхнего ярма и стенки бака. До окончательной разработки конструкции внешние габариты прессующих балок принимаем равными внешнему габариту обмотки ВН.

Минимальная ширина бака по рис. 9.18, а, б

Изоляционные расстояния:

s₁=40 мм (для отвода U_ИСП=85кВ покрытие 4 мм, расстояние до стенки бака по табл. 4.11);

s₂=42 мм (для отвода U_ИСП=85кВ покрытие 4 мм, расстояние до прессующей балки ярма по табл. 4.11);

s₃=25 мм (для отвода U_ИСП=5кВ без покрытия, расстояние до стенки бака по табл. 4.11);

s₄=90 мм (для отвода U_ИСП=до 30кВ для обмотки U_ИСП=85кВ отвод без покрытия по табл. 4.12).

Ширина бака

Принимаем В = 0,76 м при центральном положении активной части трансформатора в баке.

Длина бака

Высота активной части

где высота стержня 0,81 м; высота ярма 0,25 м и толщина бруска между дном бака и нижним ярмом 0,05 м.

Принимаем расстояние от верхнего ярма до крышки бака при горизонтальном расположении над ярмом переключателя ответвлений обмотки ВН по табл. 9.5

Н_Я,К=400мм=0,4м.

Глубина бака

Для развития должной поверхности охлаждения целесообразно использовать радиаторы с прямыми трубами по рис. 9.16 с расстоянием между осями фланцев А_р=1615 мм (табл. 9.9), с поверхностью труб П_ТР=4,961 м²и двух коллекторов П_К,К=0,34 м². Для установки этих радиаторов глубина бака должна быть принята

где с₁ и с₂ — расстояния осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов стенки бака по табл. 9.9.

Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН

Найденное среднее превышение может быть допущено, так как превышение температуры масла в верхних слоях в этом случае будет

Принимая предварительно перепад температуры на внутренней оверхности стенки бака и запас 2⁰С, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха

Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака

Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами по 19.35)

Ориентировочная необходимая поверхность конвекции для заданного значения по (9.30)

Поверхность конвекции составляется из:

поверхности гладкого бака П_К,ГЛ=8,045 м²;

поверхности крышки бака

где 0,16 — удвоенная ширина верхней рамы бака; коэффициент 0,5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.Поверхность конвекции радиаторов

Поверхность конвекции радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки (табл. 9.6).

Необходимое число радиаторов

Принимаем 10 радиаторов с расположением по рис. 9.19.

Рис. 9.19. Трансформатор типа ТМ-1600/35. Вариант I _М — медные обмотки. Расположение радиаторов на стенке бака

Поверхность конвекции бака

Поверхность излучения по рис. 9.19

ПИ=12,2 м2.

Определение превышений температуры масла и обмоток над температурой охлаждающего воздуха по § 9.7.

Среднее превышение температуры наружной поверхности трубы над температурой воздуха по (9.49)

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки трубы по (9.50)

Превышение средней температуры масла над температурой воздуха

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха

Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха:

Превышения температуры масла в верхних слоях и обмоток лежат в пределах допустимого нагрева по ГОСТ11677-85.

Вариант II а. Трансформатор ТМ-1600/35 с алюминиевыми обмотками. Для этого варианта проводим только расчет превышений температуры обмоток над температурой масла.

В обмотке НН многослойной цилиндрической из алюминиевой ленты с прослойками между витками из кабельной бумаги возникает внутренний перепад температуры, определяемый по (9.10).

Потери в единице объема обмотки по (9.16а)

где для обмотки из алюминиевой ленты, не имеющей изоляции непосредственно на витках

<SUB

Средняя теплопроводность обмотки НН по (9.17)

Поскольку по табл. 9.1 для междуслойной изоляции (кабельная бумага в масле) а теплопроводность неизолированной алюминиевой ленты вторым слагаемым в знаменателе выражения можно пренебречь. Тогда

Полный внутренний перепад температуры в обмотке НН

Средний внутренний перепад

Для обмотки ВН

где a=2,8мм; а'=3,3мм; b=5,0мм; b'=5,5мм;

Полный внутренний перепад температуры в обмотке ВН

где 0,0208 — радиальный размер внешней катушки Г обмотки ВН.

Средний внутренний перепад

Перепад температуры на поверхности обмоток по (9.19):

обмотка НН

обмотка ВН

Плотность теплового потока на поверхности обмотки ВН

Превышения средней температуры обмоток над температурой масла:

обмотка НН

обмотка ВН

Глава десятая

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

ПРИМЕР РАСЧЕТА ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА ТИПА ТМ-630/35

Обмотка НН. Основные данные обмотки напряжение фазы обмотки U_Ф=690 В; ток обмотки фазы I₁= 304 А; напряжение витка обмотки u_B=6,9 В; число витков xплотность тока по предварительному расчету J=(1,5÷1,7) МА/м². внутренний диаметр обмотки D'₁ =0,226 м; высота обмотки l =0,790 м.

Согласно табл. 5.8 по мощности трансформатора S=630 кВ·A, току обмотки I=304 А и ее напряжению 690 В выбираем конструкцию двухслойной цилиндрической обмотки из прямоугольного алюминиевого провода марки АПБ.

Сечение витка ориентировочно

П_В≈304/(1,60·10⁶)=0,000190 м²=190 мм².

Высота витка обмотки

h_B= 0,790/(0,5·72+1) = 0,0214 м = 21,4 мм.

Выбираем виток из четырех параллельных проводов марки АПБ по табл. 5.2 с намоткой на ребро

сечением 46,6 мм²

каждого провода. Общее сечение витка

П_В = 46,6·4= 186,4 мм² = 0,0001864 м².

Плотность тока

J = 304/0,0001864 = 1,63 МА/м².

Высота витка

h_B = 4·5,25·10^-3 = 0,021 м.

Согласно табл. 5.9 при радиальном размере алюминиевого провода 10 мм и двух слоях витков в обмотке следует считаться с возможностью возникновения добавочных потерь в обмотке до 10 % основных.

Радиальный размер обмотки

а₁= (10,5·2+ 8) ·10^-3 = 0,029 м,

где осевой канал между слоями обмотки имеет ширину 8 мм.

Осевой размер обмотки

l=h_B( + l) + h_РАЗГ = 0,021 (36+1)+ 0,013 = 0,790 м.

В каждом слое обмотки сделать разгон вмоткой полосок электроизоляционного картона с общим размером 13 мм по рис, 5.15.

Диаметры обмоток

внутренний D' = 0,226;

наружный D"=0,226+2·0,029=0,284 м.

Основные размеры обмоток по рис. 10.9,

Рис. 10.9. Основные размеры обмотки НН трансформатор типа ТМ-1600/35

а — поперечное сечение одного витка обмотки; б — осевой разрез обмотки

Масса металла обмотки по (7.7)

G_O = 8,47·10³·3-0,255·72·0,0001864 =86,95 кг.

Основные потери в обмотке по (7.4)

P_ОСН = 12,75·10^-12-1,63²·10¹² ·86,95 = 2946 Вт.

Добавочные потерн в обмотке по (7.13) и (7.15)

= 1+0,037·10⁸·0,676·0,01⁴·2²= 1 + 0,10= 1,10,

где

Полные потери в обмотке НН

Р= 1,10·2946=3240,6 Вт.

Поверхность охлаждения обмотки по (6.15)

П_ОХЛ = 2·3·0,75 (0,226 + 0,284) ·0,79 = 5,695 м².

Плотность теплового потока на поверхности обмотки

q = 3240,6/5,695=569,0 Вт/м².

Внутренний перепад температуры в обмотке

= 569·0,25·10^-3/0,17 = 0,84 ⁰С.

Превышение температуры поверхности обмотки над температурой масла по (9.19)

= 0,285·569^0,6= 12,82 ⁰С.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой масла

= 0,84+12,82=13,66⁰С.

Обмотка ВН. Расчет многослойной цилиндрической обмотки класса напряжения 35 кВ отличается некоторыми особенностями. Основные данные обмотки напряжение фазное U_Ф=20 204 В; напряжение витка u_B=9,6 В; ток фазный I₂=10,4 А; число витков на ответвтлениях 2209—2157—2105—2053—2001. Сечение витка 8,45 мм². Марка провода АПБ, круглое сечение диаметром 3,28/3,68 мм.

Высота обмотки l =0,79 м. Обмотка наматывается на цилиндре диаметром (0,31/0,32) 0.89 м. Внешний диаметр обмотки НН 0,284 м, изоляционное расстояние между обмотками a’₁₂=27 мм.

Расчет обмотки. Плотность тока

J= 10,4/(8,45·10^-6) = 1,23 МА/м².

Число витков в слое

x= 0,79/(3,68·10^-3) -1 = 214.

Число слоев в обмотке

n_СЛ = 2210/214=10,3 11

Число витков в слоях

1-й —9-й слой 214·9=1926

10-й слой 75 + 2·26= 127

11-й слой 22·6= 156

---------------------------------

Всего 2209,

Для симметричного расположения регулировочных витков по высоте обмотки в двух последних слоях (10-м и 11-м) располагаем витки по схеме рис. 10.10 (аналогично схеме рис. 6.6,б).

Рис. 10.10. Схема ответвлений обмотки ВН трансформатора типа ТМ-630/35 (показаны числа витков частей обмотки)

Разделяем обмотку ВН на две концентрические катушки в четыре слоя — внутренняя В и в семь слоев — внешняя Г с осевым каналом между катушками В и Г а'₂₂=6 мм. Для защиты от импульсных перенапряжений под внутренний слой обмотки на поверхность цилиндра устанавливается экран — разрезанный по образующей цилиндр из алюминиевого листа толщиной 0,5 мм. Экран изолируется с двух сторон кабельной бумагой. Общая толщина экрана с изоляцией 3 мм.

Рабочее напряжение двух слоев обмотки

U_М,СЛ = 9,6·2·214 = 4100 В.

По табл. 4.7 находим междуслойная изоляция — кабельная бумага 7 слоев 0,12 = 0,84 мм; выступ изоляции на торцах обмотки 22 мм.

Радиальный размер обмотки

При расчете напряжения короткого замыкания следует пользоваться выражением

а₂ = 0,058 — 0,003 = 0,055 м.

Внутренний диаметр

D'₂ = 0,284 + 2·0,027 =0,338 м.

Внешний диаметр

D"₂ = 0,338 + 2·0,058 = 0,454 м.

Последние пять витков на каждой ступени, т.е. витки 1997—2001; 2049—2053; 2101—2105; 2153—2157 и 2205—2209, изолируются дополнительно лакотканью ЛХММ-0,20 в один слой. Масса металла обмотки по (7.7) на три стержня

G_О = 8,47·3·0,396·2209·8,45·10^-6= 187,82 кг.

Потери в обмотке основные по (7.4)

Р_ОСН = 12,75·10^-12·1,23²·10¹²·187,82=3622,9 Вт.

Добавочные потери в обмотке по (7.13) и (7.15)

= l+0,017·10⁸·0,713·0,00328·11²= 1+0,0232= 1,0232,

где =(214·3,28·10^-3·0,95/0,790)²=0,713.

Полные потери в обмотке Р₂= 1,0232·3622,9 = 3707 Вт. Поверхность охлаждения обмотки

П_ОХЛ=3·2·0,8 (0,338 + 0,454) ·0,790 = 9,435 м².

Плотность теплового потока на поверхности обмотки

q = 3707/9,435 = 392,9 Вт/м².

Расчет внутреннего перепада температуры в обмотке (по § 9.5). Внутренний перепад температуры рассчитывается для наружной катушки Г, имеющей больший радиальный размер. Потери в 1 м³ объема обмотки по (9.11)

sub>

Далее ведем расчет по (9.13), (9.12), (9.10) и (9.4).

Средняя условная теплопроводность обмотки

Средняя теплопроводность с учетом междуслойной изоляции

Полный внутренний перепад температуры в катушке Г

Средний внутренний перепад температуры

Перепад температуры на поверхности обмотки

Среднее превышение температуры обмотки над температурой масла