Проверка обмоток трансформатора на механическую прочность при коротком замыкании

 

Внезапное короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора – это аварийный режим, который сопровождается многократным увеличением токов в обмотках по сравнению с номинальными токами, ударными механическими силами, действующими на обмотки, и повышенным нагревом обмоток.

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН и ВН:

 

(3.23)

 

где ,  - фазные токи обмоток НН и ВН.

Тогда по формуле (3.23):

 

 

В начальный момент короткого замыкания токи значительно превышают установившиеся значения за счет апериодической составляющей, учитываемой в виде коэффициента:

 

(3.24)

 

Максимальные мгновенные значения токов короткого замыкания в обмотке НН и ВН:

 

(3.25)

 

 

Рисунок 5 - Направление сил

 

Согласно направлению токов (рис.4) и правилу левой руки, механические силы , обусловленные продольным полем рассеяния, будут действовать на обмотки в радиально-противоположных направлениях, сжимая обмотку НН и растягивая обмотку ВН.

Радиальные силы, действующие на обмотки НН и ВН:

 

(3.26)

 

где  - осевой размер (высота) обмотки ВН;  - число витков обмотки ВН.

Тогда по формуле (3.26):

 

 

 равна , но противоположного направления.

Осевые силы, действующие на обмотки НН и ВН:

 

(3.27)

 

где  - реальная средняя длина обмоток , где  и  - осевые размеры (высоты) обмоток ВН и НН.

Тогда по формуле (3.27):

 

 

Расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора:

 

(3.28)

 

где  - наружный диаметр обмотки ВН;  - нормализованный диаметр стержня трансформатора;  - расстояние от обмотки ВН до стенки бака, по таблице 3.2 в [1] .

Тогда по формуле (3.28):

 

 

Тогда дополнительные осевые силы:

(3.29)

 

где  для цилиндрической обмотки; .

Тогда по формуле (3.29):

 

 

 

 

Рисунок 6 - Схемы сжимающих сил

 

По рисунку 6 определим максимальные значения осевых сжимающих сил в обмотках  и , а также максимальные значения действующих на ярмо осевых сил  и .

Для оценки механической прочности обмоток определяют напряжение сжатия во внутренней обмотке (НН) и напряжение на разрыв в наружной обмотке ВН, возникающее под воздействием радиальных сил  и .

Сила, сжимающая внутреннюю обмотку и разрывающая внешнюю обмотку:

 

(3.30)

 

Тогда напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки:

 

(3.31)

 

 в медных проводах.

Напряжение сжатия в проводе внешней обмотки:

 

(3.32)

 

Подобных ограничений на  нет.

Температура обмоток в через  после возникновения короткого замыкания:

 

(3.33)

 

где  – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, ; коэффициент ;  - начальная температура обмотки. 

Тогда по формуле (3.33):

 

 

 

Вычисленные ,  не превышают .

Расчет магнитной системы трансформатора