Определение основных размеров трансформатора

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 12Следующая ⇒

Магнитная система и обмотки трехфазного двухобмоточного трансформатора с плоской трехстержневой магнитной системой изображены на рис. 2.3.

Рис. 2.3. 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 рассеянья трансформатора:

значение выбирается по табл. 2.7;

на этом этапе расчета размеры и 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 таблицы 2.8:

Ширина приведенного канала рассеянья трансформатора равна:

Таблица 2.8

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

1000 – 6300	0,51 – 0,43	0,52 – 0,48

Примечание: 1.Для обмоток из алюминиевого провода значение , найденные из таблицы 2.8 увеличить в 1,25 раза.

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

Таблица 2.9

Рекомендуемые значения для масляных трансформаторов

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

Примечание: 1.Рекомендуемые значения приведены для трёхфазных 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 .

(из таблица 2.9);

– 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 ;

– частота питающей сети (по заданию):

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

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

Определяем диаметр стержня магнитопровода:

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 зависит от мощности, класса напряжений и принятого уровня потерь короткого замыкания; ориентировочные значения для трансформаторов с магнитопроводами из холоднокатаной стали приведены в табл. 2.10.

Таблица 2.10

Ориентировочные значения коэффициента для медных обмоток

Мощность трансформатора, кВ·А	Уровень потерь короткого замыкания	Значения при классе напряжения обмотки ВН, кВ
6,10
От 1000 до 6300	1,2 Р_кпо ГОСТ Р_кпо ГОСТ 0,8 Р_кпо 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 1000-6300 кВ·А класса напряжения 10 кВ – 1,4.

активное сечение стержня:

активное сечение ярма:

где из таблицы 2.5

высота стержня:

где из таблицы 2.7

расстояние между осями соседних стержней:

где - удвоенный радиальный размер обмотки ВН;

где , . из таблицы 2.7;

– коэффициент, зависящий от мощности класса напряжения трансформатора, материала обмотки и типа переключателя; в табл. 2.11 приведены ориентировочные значения коэффициента .

Таблица 2.11

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
1000 – 6300	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)

, .

РАСЧЕТ ОБМОТОК

3.1. Общие вопросы расчёта обмоток

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 расчёте обмоток и выборе их конструкции является плотность теплового потока на охлаждаемой поверхности - , т.е. потери в обмотке, отнесённые к единице площади охлаждаемой поверхности. Для каждого типа обмоток установлены допустимые значения , используя которые можно определить максимальный радиальный размер металла обмотки между охлаждаемыми поверхностями.

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.

3.2. Расчёт обмоток НН

Расчёт обмоток начинается с обмотки НН, располагаемых у большинства трансформаторов между стержнем и обмоткой ВН. По этому 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 получения заданных потерь короткого замыкания определяется по выражениям:

для алюминиевых, А/м²

, .

где – коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотке, потерь в отводах, стенках бака и других конструкциях от гистерезиса и вихревых токов, от воздействия полей рассеяния. Значения из таблицы 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 таблицы 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.

3.2.1. Расчёт цилиндрических обмоток из прямоугольного провода

В цилиндрической обмотке витки (по высоте обмотке) плотно прилегают друг к другу. При этом в зависимости от величины тока витки могут выполняться одним или несколькими параллельными проводами. Укладка провода может быть осуществлена плашмя или на ребро.

Во всех случаях для обеспечения нормального охлаждения каждый слой обмотки хотя бы с одной стороны должен омываться маслом.

Вопрос выбора того или другого вида межслойной изоляции решается путём определением плотности теплового потока на поверхности охлаждения обмотки по результатам сравнения её с допустимой.

Продолжение расчёта цилиндрической обмотки следует проводить в следующей последовательности:

1. Допустимый радиальный размер металла обмотки НН между охлаждаемыми маслом поверхностями

где допустимая плотность теплового потока; для цилиндрических обмоток из прямоугольного алюминиевого провода – = (600 ÷ 800) Вт/м²;

к_зк– коэффициент учитывающий закрытие охлаждающего канала рейками и изоляционными материалами: = 0,75÷0,8.

2. По полученным значениям и по сортаменту обмоточного провода для трансформаторов подбираются подходящие провода с соблюдением следующих правил:

а) с целью упростить намотку обмотки на станке и получить компактное ее размещение на магнитопроводе желательно применять наиболее крупные сечения проводов;

б) способ намотки (плашмя или на ребро) выбирается, исходя из значений и размеров провода без изоляции: необходимо, чтобы получаемый размер металла одного слоя (при намотке на ребро) или двух трёх слоёв (при намотке плашмя) был примерно равен ;

в) число параллельных проводов должно быть не более 4 – 6 при намотке плашмя и не более 6 – 8 при намотке на ребро;

г) все провода должны иметь одинаковые размеры поперечного сечения;

д) при =5–85 кВ использовать прямоугольный провод с толщиной изоляции на две стороны =0,45 (0,50) мм;

е) радиальные размеры всех параллельных проводов витка должны быть равны между собой;

ж) при намотке на ребро отношение радиального размера к осевому не менее 1,3 и не более 3;

з) расчетная высота обмотки должна быть на 5 – 15 мм меньше l.

Подобранные размеры провода витка записываются по форме:

так как и отношение , то обмотку выполняем плашмя.

3. Полное сечение витка из параллельных проводов

где – сечение одного витка, мм².

4. Полученная плотность тока, А/м²

, .

5. Осевой размер витка, м

6. Число витков обмотки в одном слое

где - высота обмотки НН; слагаемым (0,005÷0,015) учитывается возможность увеличения осевого размера из-за неплотности намотки.

7. Необходимое число слоёв обмотки

округляется до большего.

8. Радиальный размер металла обмотки

где - радиальный размер провода без изоляции, при намотке на ребро .

Так как - то обмотку делим на 4 катушки с радиальным размером металла в каждой , а между катушками выполняется охлаждающий масляный канал.

9. Радиальный размер межслойного канала; выбирается по условной изоляции мм при кВ и проверяется по условиям отвода тепла по табл. 3.3; применяется наибольшее значение, определённое по этим условиям

10. Изоляцию между слоями обмотки принимаем двумя слоями электроизоляционного картона толщиной по 0,5мм, следовательно .

11. Радиальный размер обмотки (с охлаждающим каналом)

, .

где - радиальный размер провода с изоляцией.

- толщина межслойной изоляции.

- ширина охлаждающего канала, так как принятое число катушек равно 4 то количество охлаждающих каналов равняется 3.

Таблица 3.3

Минимальное ширина охлаждающих каналов в обмотках масляных трансформатор

Вертикальные каналы	Горизонтальные каналы
Длина канала, мм	Обмотка – обмотка, мм	Обмотка – цилиндр, мм	Обмотка – стержень, мм	Длина канала, мм	Обмотка – обмотка, мм
500-1000	6-8	5-6	6-8	60-70

12. Внутренний диаметр обмотки

, .

где – ширина канала между обмоткой НН и стержнем; определяется из условий изоляции обмотки из таблицы 2.7, .

13. Наружный диаметр обмотки

, .

15. Масса металла обмотки

3.2.2. Расчёт цилиндрической многослойной обмотки из алюминиевой ленты

Обмотки этого типа обладают высокой теплопроводностью в осевом и радиальном направлениях, имеют более равномерное распределение температуры по высоте и ширине по сравнению с обмотками из изолированного провода. Поэтому значения для них выше и составляет 1000÷1200 Вт/м².

После определения , и уточнения значений , (см. п. 3.2) расчёт обмотки выполняется в следующем порядке:

1. Определяются размеры ленты в мм:

ширина с округлением до 10мм

;

толщина с округлением до 0,1 мм

2. Рассчитывается сечение витка (площадь сечения ленты), м²

, .

3. Плотность тока в ленте, А/м²

, .

4. Определяется допустимый радиальный размер металла обмотки

, .

5. Рассчитывается предельное число витков, помещаемое в этот размер

, .

Так как , по этому обмотку необходимо делить на две катушки с числом витков, меньшим , а между катушками выполнять осевой охлаждающий канал шириной , .

Если – число нечётное, то в первую катушку (по отношению к сердечнику магнитопровода) следует поместить число витков, меньше полвины, так как она имеет несколько худшие условия охлаждения.

где и – число витков в катушках.

6. Радиальный размер катушек. Если витки обмоток находятся в двух катушках , то

где – толщина межвитковой изоляции; при выполнении изоляции одним слоем кабельной бумаги К-120, = 0,12 мм, двумя слоями мм.

7. Радиальный размер обмотки НН

, .

8. Диаметры обмотки:

внутренний , .

внешний , .

9. Масса металла обмотки

10. Плотность теплового потока на поверхности катушек

, .

где , - радиальные размеры металла катушек

, .

Полученное не должно быть выше рекомендуемых значений.

Принимаю обмотку из алюминиевой ленты, так как её внешний диаметр и масса обмотки имеют меньшее значение чем у обмотки из прямоугольного провода, что имеет место в трансформаторостроении.

3.3. Расчёт обмоток ВН

При выборе типа обмотки ВН необходимо обязательно учитывать удобство выполнения ответвлений для регулирования напряжения.

Обмотка ВН располагается по отношению к стержню после обмотки НН. Поэтому обмотку ВН считают второй и все параметры этой обмотки и её элементов обозначают индексом «2»: ; и так далее.

Порядок расчёта:

1. Определяется число витков, необходимых для получения номинального напряжения

, .

2. Рассчитывается число витков на одной ступени регулирования напряжения при соединении фазных обмоток ВН в треугольник

, .

где – напряжение на одной ступени регулирования (разность напряжений двух соединённых ответвлений). Если ступень регулирования составляет 2,5%, то , .

3. Определяются числа витков обмотки на ответвлениях:

на верхних ступенях напряжения ; .

; .

на основной ступени напряжения ; .

на нижних ступенях напряжения ; .

;

Для трёхфазного трансформатора найденное число витков является числом витков на один стержень.

4. Ориентировочная плотность тока, А/м²

_{, .}

5. Ориентировочное сечение витка, м² (мм²)

, .

3.3.1. Расчёт цилиндрической многослойной обмотки из прямоугольного провода

продолжается в следующем порядке:

1. По выбирается провод марки АПБ сечением с толщиной изоляции на обе стороны 2δ=0,45 (0,50) мм и записываются его обозначения по форме, приведённой в п. 3.2.1.

Допустимый по плотности теплового потока радиальный размер металла в обмотки

, .

где – допустимое значение плотности теплового потока на поверхности; можно принять = 900 Вт/м².

, .

2. Плотность тока (уточнённое значение), А/м²

3. Осевой размер обмотки

4. Осевой размер витка, м

Число витков обмотки в одном слое

5. Необходимое число слоёв в обмотке

, ,

где – число витков обмотки на верхней ступени напряжения: ; округляется до большего ближайшего числа.

6. Рабочее напряжение двух слоёв

По из таблицы 3.4 выбирается число слоёв и общая толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки

Таблица 3.4

Нормальная междуслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках

Суммарное рабочее напряжение двух слоёв обмотки, В	Число слоёв кабельной бумаги на толщину листов, мм	Выступ межслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону), мм
До 1000 от 1001 до 2000 от 2001 до 3000 от 3001 до 4000	2 0,12 3 0,12 4 0,12 5 0,12

Примечание: Данные таблицы использовать для трансформаторов мощностью до 630 кВ∙А включительно. При мощности от 1000 кВ∙А межслойную изоляцию применять по таблице, но не менее 4 0,12 мм, а выступ изоляции не менее 20 мм.

7. Общий радиальный размер металла в обмотке ВН

, .

число катушек помещаемых в этот размер равно 2,

где – радиальный размер провода без изоляции.

Если , то обмотку необходимо разделить на концентрические катушки так, чтобы радиальный размер каждой из катушек был меньше или равным . Между катушками устраиваются охлаждающие осевые масляные каналы, ширина которых по условиям охлаждения выбирается по таблице 3.3. при кВ – масляный канал шириной 6-8 мм и два слоя из картона толщиной 1 мм.

9. Определяются числа слоёв обмотки в каждой катушке. При их неравенстве большее число слоёв должны иметь наружные катушки

от обмотки НН: 1 катушка – 5 слоев;

2 катушка – 5 слоев;

10. По таблице 3.5 определяется размер добавочных потерь в обмотке

Таблица 3.5

Предельные радиальные размеры провода a, мм, цилиндрических обмоток из алюминиевого провода прямоугольного сечения при добавленных потерях, не превышающих 5, 10, 15 и 20%

Число слоёв обмотки	Добавочные потери до
5%	10%	15%	20%
	11,8 8,0 6,7 5,6 5,0 4,75 4,5 4,0 3,75 3,75	13,2 10,0 8,0 6,7 6,0 5,6 5,0 4,75 4,5 4,5	15,0 10,6 8,5 7,5 6,7 6,0 5,6 5,6 5,0 5,0	16,0 11,8 9,5 8,0 7,5 6,7 6,0 5,6 5,6 5,6

Добавочные потери в обмотке при , составляют ±5%.

11. Радиальный размер обмотки

где – толщина межслойной изоляции по таблице 3.4;

– принятая ширина охлаждающего канала;

– число охлаждающих каналов в обмотке.

12. Внутренний диаметр обмотки

, .

где – размер осевого канала между обмотками НН и ВН и толщина изоляционного цилиндра; выбирается обмотки ВН по таблице 2.7.

13. Наружный диаметр обмотки

, .

14. Поверхность охлаждения

, .

при числе катушек , .

15. Масса металла обмотки

, .

3.3.2. Расчёт многослойной цилиндрической обмотки из круглого провода

Эта обмотка далее рассчитывается в следующей последовательности.

1. По ориентировочному сечению витка и сортаменту обмоточного провода для трансформаторов (приложение 2) подбирается провод подходящего сечения или в редких случаях два параллельных одинаковых провода.

Выбранные размеры провода записываются так:

где – число параллельных проводов;

– диаметр провода без изоляции;

– диаметр изолированного провода:

– размер двухсторонней изоляции; для провода круглого сечения при

2. Полное сечение витка

где – сечение одного провода.

3. Плотность тока, А/м²

4. Осевой размер витка, м

5. Число витков в слое

6. Число слоёв в обмотке

округляется до большего ближайшего числа.

7. Рабочее напряжение двух слоёв

8. По из таблицы 3.3 выбирается число слоёв и общая толщина изоляции кабельной бумаги в изоляции между слоями обмотки

9. Общий радиальный размер металла обмотки

10. Допустимый по плотности теплового потока радиальный размер металла обмотки, м (мм)

11. При обмотку каждого стержня необходимо разделить на концентрические катушки с осевым масляным каналом между ними.

число катушек принимаем по отношению , принимаем равному трем.

12. Минимальная ширина масляного канала определяется по таблице 3.2 и проверяется по уравнению изоляции (см. 3.2.1).

13. Радиальный размер обмотки:

число каналов =2

14. Минимальный радиальный размер осевого канала между обмотками НН и ВН определяется аналогично 3.2.1 п. 12.

15. Внутренний диаметр обмотки

16. Наружный диаметр обмотки

18. Масса металла обмотки

По результатам сравнения вариантов принимается обмотка ВН.

Принимаю обмотку из алюминиевого прямоугольного провода, так как его внешний диаметр меньше чем у обмотки из круглого провода, что имеет место в трансформаторостроении.

Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 52; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!