Расчет трансформатора

- ширину приведенного  канала рассеяния, 

мм,                             

                                                                                         (3.9)

                      

• параметр

            ,                                                                                         (3.10)

                      

Коэффициент приведения реального поля рассеяния к прямоугольной форме:

                          в данном случае принимаем kp=0,93                                                          

                                        (3.11)

                                    (3.12)

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %:

                   ,                                                                         (3.13)

                 

Реактивная составляющая, %:

         ,                                         (3.14)

        

 

Полное напряжение короткого  замыкания, %:

            

                                                                            (3.15)

                

По заданию найденное  напряжение короткого замыкания  не должно отличаться от исходного более, чем на 5%. Получившееся напряжение к.з. отличается от заданного на 0,242%  - условие выполняется.

 

4. Расчёт потерь и тока холостого хода

 

4.1 Расчет массы стали

 

Активное сечение стержня (ярма) из (1.17), мм²:

                                                                            

 

                                                                                 (4.1)

                                 

Высота ярма h_я определяется шириной наибольшей пластины, h_я=320мм.

Магнитная система трансформатора и некоторые расстояния показаны на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 – Магнитная система трансформатора

 

Длина стержня, мм:

                    ,                                                                           (4.3)

где l₀₂ – изоляционное расстояние от обмотки до ярма, из таблицы 1.1.

                    мм

Расстояние между осями  соседних стержней, мм:                 

                                                                                             (4.4)

                    мм

Масса стали угла при  многоступенчатой форме сечения, кг:

                        ,                                                           (4.5)

       g_c – плотность трансформаторной стали, принимаем 7650 кг/м³.

                       кг

Cуммa масс частей ярма, заключённых между осями крайних стержней, кг:

                    ,                                                             (4.6)

                   

 

 

Масса стали стержней в пределах окна магнитной системы, кг:

                    ,                                                             (4.7)

                    кг

Полная масса стали  плоской магнитной системы, кг:

                                                                                       (4.8)   

                    кг

 

4.2. Расчет потерь холостого  хода

 

Реальные величины индукций в стержне и в ярме, Тл:

                     ,                                                                            (4.9)

                     Тл 

 По уточненным значениям  индукции в стержне, ярме и  зазоре стыка находятся соответствующие удельные потери p_c, p_я, p_з.кос из таблицы 8.10 [1] (для стали 3407, 30 мм), Вт/кг.

    Вя=1,508 путем линейной интерполяции из таблице 5.1 получаем р_я=0,868

    Вс=1,546 путем линейной интерполяции из таблице 5.1 получаем р_с=0,928

Индукция в зазоре косого стыка, Тл:

   ,                                                                            (4.10)

                   

Площадь сечения стыка, мм²:

                         ,                                                                    (4.11)

                       

Суммарные потери х.х. с  учетом добавочных потерь, Вт:

 

            ,                        (4.12)

 

где     kп.д. – коэффициент учитывающий добавочные потери при продольной резке пластин, снятия заусенец, перешихтовки верхнего ярма, прессовки стержня и ярма, выбираем kп.д=1,15-1,20,  для данной работы принимаю kп.д=1,15

kп.у. – коэффициент увеличения потерь в углах магнитной системы, выбираем  kп.у.=10,2-10,6. Для данной работы принимаем kп.у. =10,2

Подставляем данные:

 

По заданию потери х.х. равны 5300 Вт,  получившиеся потери не должны отличаться от заданных более, чем на 20%. Получившиеся потери х.х. отличаются от заданных на 6,36%, следовательно можно продолжать расчет.

 

 

4.3. Расчет намагничивающей  мощности

 

Расчет намагничивающей  мощности во многом аналогичен расчету  потерь х.х. с той лишь разницей, что  вместо удельных потерь по известным  уже значениям индукции в стержнях, ярме, прямых и косых стыках находятся удельная намагничивающая мощность в стержнях q_C, ярме q_Я, зазорах q_З.КОС. из таблицы 5,2 [5], рассчитываем для магнитной системы c четырьмя косыми стыками по углам, двумя прямыми в ярме и одним прямым в стержне:

 

q_с = 1,231;      q_я = 1,11;      q_З.кос. = 1732, q_зс=19320;

 

n_кос=4,  n_рс =1, n_пря=2,  q_pz=16600.

 

Намагничивающая мощность:                         

                                 

 (4.13)

 

где – коэффициент увеличения намагничивающей мощности в углах   магнитной системы,  в данном расчете можно принять = 50.

 

Большое влияния на намагничивающую мощность оказывают воздушные зазоры, неизбежно появляющиеся при шихтовке, которые можно найти по формуле:

Подставляем данные:

                  

                                (4.14)

 

 

,

 

k_п.у.=1,1-1,15; принимаем k_п.у.=1,1

 

 

 

4.4. Расчет тока холостого хода

 

Активная составляющая тока х.х., %:

                    ,                                                                          (4.15)

                       

 

Реактивная составляющая тока х.х., %:

                        ,                                                                          (4.16)

                       

Полный ток х.х., A:

                          

,                                                                    (4.17)                                                                                                                                              

А

 

5. Тепловой расчёт трансформатора

 

5.1. Определение размеров  бака

 

Минимальные внутренние размеры бака масляного трансформатора определяются минимальными допустимыми изоляционными расстояниями (рисунок 5.1).

s₁ – расстояние от изолированного отвода ВН до собственной обмотки;

s₂ – расстояние от отвода ВН до стенки бака;

s₃ – расстояние от отвода НН до обмотки ВН;

s₄ – расстояние от отвода НН до стенки бака;

 

Рисунок 5.1 – Основные размеры бака

 

Размеры минимальных  расстояний выбираем для испытательного напряжения ВН=35 кВ из таблицы 2.1 [3]:

s₁  = 35;    s₂  = 35;    s₃  = 90;    s₄ = 40;

Размер d₁ (рисунок 5.1) определяется диаметром изолированного отвода ВН. При рабочем напряжении обмотки ВН 35 кВ для S_Н = 4000 кВА принимаем d₁ = 20 мм.

Размер d₂ является диаметром отвода НН. При рабочем напряжении обмотки НН 6 кВ его принимаем равным d₂ =  d₁ = 20 мм.

Сердечник трансформатора расположен в баке симметрично относительно его оси. В этом случае отдельно рассчитываем расстояния от обмотки ВН до бака со стороны отводов ВН и НН, мм:

S_ВН = s₁ + s₂ + d_1,                                                                                           (5.1)

S_ВН = 35 + 35 + 20 = 90 мм.     

S_НН = s₃ + s₄ + d_2,                                                                                         (5.2)

S_НН = 90 + 40 + 20 = 150 мм.

За расчетное расстояние в дальнейшем принимаем s_НН  = 150 мм. В этом случае ширина бака, мм:

                                                                   (5.3)

Длина бака, мм:

                                                            (5.4)

где  С – расстояние между центрами стержней;

        s₅ – расстояние от обмотки НН до стенки бака;

Высота бака определяется высотой активной части, которую  находим по формуле, мм:

,                                                            (5.5)

где  l_C – длина стержня, мм;

        h_Я – высота ярма равна 320, мм;

        n – толщина прокладки под нижнее ярмо, принимаем 40 мм. 

   Н_я.к. – расстояние от верхнего ярма до крышки бака, зависит от принятой     конструкции   переключателя.  Принимаем горизонтальное расположении  переключателя, Н_я.к. = 400 мм.

Глубина бака, мм:

,                                                                (5.6)

 

Поверхность крышки, м²:

               (5.7)

Поверхность  охлаждения гладкой части овального бака, м²:

 

             (5.8)

 

 

5.2. Расчет плотности теплового потока обмоток

 

Потери в обмотках выделяются в виде тепла через  поверхность охлаждения обмотки. Тепловой поток при этом должен находиться в определенных пределах, чтобы температура внутренних слоев обмотки не превышала допустимых норм.

Плотность теплового  потока, Вт/м²:

                                                  (5.9)

где   – коэффициент материала обмоток

 – уточненная плотность тока в данной обмотке, А/мм²;

 – номинальный ток данной  обмотки, А;

– число витков в катушке при  катушечной обмотке

 –  коэффициент добавочных  потерь в данной обмотке;

 –  осевой размер проводника с изоляцией  , мм;

 –  радиальный размер (толщина)  обмотки, мм;

 –  коэффициент закрытия  части обмотки рейками,  = 0,75.

 

 

 

Для обмотки НН:

 

Для обмотки ВН:

 

 

 

5.3. Тепловой расчет обмоток

 

Внутренний перепад  температуры  в обмотке НН в  обмотках  из прямоугольного провода  с обтеканием масла со всех сторон   ⁰C:

                                                                    (5.10)

где lиз – теплопроводность изоляции обмотки НН, можно принять 0,27 Вт/(м×⁰C); 

 –  толщина изоляции  проводника на одну сторону  (0,25·10 ^–3 м);

                  

Средний перепад   температуры  обмоток, ⁰C:

,

Внутренний перепад  температуры  в обмотке ВН, в обмотках  из прямоугольного провода с обтеканием масла со всех сторон,  ⁰C:

                   (5.11)

Средний перепад   температуры  обмоток, ⁰C:

,

lиз – теплопроводность изоляции обмотки ВН, можно принять 0,27 Вт/(м×⁰C);               

Перепад температуры  на поверхности обмоток (перепад ‘’обмотка – масло’’):

                              ⁰С                                                          (5.12)

где q – плотность теплового потока соответствующей обмотки, Вт/м²;

• для обмотки НН:

                         

• для обмотки ВН:

                         

Среднее превышение температуры  обмотки над маслом, ⁰С:

                                                                  (5.13)

• для обмотки НН:

                        

• для обмотки ВН:

                        

 

 

5.4. Определение необходимой поверхности охлаждения трансформатора

Теплопередача ’’бак-воздух’’ осуществляется путем конвекции и излучения. В предварительном расчете поверхность излучения может быть принята приближенно, м²:

                        (5.14)               

где k – коэффициент, при S_Н>50 кВА k=1,5;

                        

Расчетное превышение температуры  обмоток над воздухом составляет 65⁰ С. Отсюда средний перепад температуры ’’масло-воздух’’, ⁰С:

                                                                                      (5.15)

При этом берем наибольшее из двух значений q_0.М.СР , рассчитанных по (5.13): q_0.М.СР1 = 28,85 ⁰С.