Расчет и конструктивная разработка трансформатора

Расчет и конструктивная разработка трансформатора

Введение

Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство с двумя или большим числом индукционно связанных обмоток, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.

В трансформаторах предусмотрена возможность регулирования напряжения - 5 ступеней с диапазоном регулирования ±2х2,5% от номинального. Вид регулирования - ПБВ (переключение без возбуждения). Переключение трансформатора на другую ступень регулирования производится в отключенном состоянии. Трансформаторы комплектуются: - маслоуказателем, для контроля уровня масла в баке; - термометр типа «ТКП» (для трансформаторов, мощностью 1000 кВА и более); - газовое реле, для визуального контроля выделившегося газа, а также для отбора пробы масла (для трансформаторов, мощностью 1600 кВА и более); - устройством, для перекатки в продольном и поперечном направлении (для трансформаторов, мощностью 1000 кВА и более); - по требованию заказчика, зажимами контактными, для подключения трансформатора, со стороны низшего напряжения.

1. Расчет основных электрических величин трансформатора

Мощность одного стержня (фазы) трансформатора, кВ·А,

,

где    S_H - номинальная полная мощность, кВ·А;

т - число фаз трансформатора.

Номинальный линейный ток обмоток НН и ВН трехфазного трансформатора, А,

,

,

трансформатор обмотка магнитный электрический

где    U_ВH, U_НH - номинальные линейные напряжение обмоток, кВ, S_H в кВ·А.

Фазные токи, А, напряжения, В, для обмоток НН и ВН трехфазного трансформатора при соединении обмоток в «треугольник»,

,              .

,              ,

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

,

где    P_K - потери короткого замыкания, кВт;

S_H - номинальная полная мощность трансформатора, кВ·А.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания (u_k задано), %,

.

Для определения размеров главной изоляции выбираем испытательные напряжения обмоток:

НН (0,4 кВ) -

ВН (35,0 кВ) -

2. Расчет основных размеров трансформатора

2.1 Выбор материала и конструкции магнитной системы

Магнитопровод собирается из рулонной, холоднокатаной анизотропной электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,3 и коэффициентом заполнения стали k_З= 0,96.

Выбираем план шихтовки магнитопровода:

Рисунок 2.1 - Схема шихтовки магнитопровода

По таблице 2.1 /1/ определяем число ступеней и коэффициент заполнения сталью k_КР:

·        - номинальная полная мощность трансформатора;

·        - ориентировочный диаметр стержня;

·        Число ступеней с прессующей пластиной 7;

·         коэффициент заполнения круга.

Коэффициент заполнения сталью площади круга, описанного вокруг ступенчатой фигуры сечения стержня

.

Рекомендуемая индукция в стержнях трансформатора, Тл,

2.2 Выбор материала и конструкции обмотки

Для обмотки трансформатора используем провод марки ПБ, изолированный лентами кабельной бумаги класса нагревостойкости А (105 ºС).

В соответствии с номинальной мощностью, напряжением и током одного стержня выбираем по таблице 2.5 /1/ тип обмотки НН и ВН.

НН:

·         Винтовая одно-, двух- и многоходная из провода прямоугольного сечения;

·        материал обмоток: медь;

ВН:

·         Цилиндрическая многослойная из провода прямоугольного сечения;

·        материал обмоток: медь

Стержни и ярма плоской стержневой магнитной системы в поперечном сечении имеют форму ступенчатой фигуры, составленной из пакетов пластин стали.

Рисунок 2.2 - Основные размеры трансформатора, мм

2.3 Определение размеров главной изоляции обмоток

В масляных трансформаторах части изоляционных промежутков, не занятые твердым диэлектриком, заполнены жидким диэлектриком - трансформаторным маслом. Изоляцию каждой обмотки от других обмоток и от заземленных частей называют главной изоляцией.

Минимальное изоляционное расстояние обмоток НН:

·  Мощность трансформатора S_Н = 1000кВ·А;

·        Испытательное напряжение НН U_исп= 5кВ;

·        НН от ярма l₀₁= 50 мм;

·        НН от стержняδ₀₁ = 4 мм; а_Ц1= 6 мм; а₀₁= 15 мм; l_Ц1=18 мм.

Минимальное изоляционное расстояние обмоток ВН:

·  Мощность трансформатора S_Н = 1000кВ·А;

·        Испытательное напряжение ВН U_исп = 85,0кВ;

·        ВН до верхнего ярмаl₀^//= l₀₂= 75 мм;δ_ш= 2 мм;

·        ВН до нижнего ярмаl₀^/= l₀₂+ 45 = 75 + 45 = 120 мм;

·        Между ВН и ННа₁₂ = 27 мм;δ₁₂ = 5 мм;

·        Выступ цилиндра l_Ц2 = 50 мм;

·        Между ВН и ВНа₂₂= 30 мм;δ₂₂ = 3 мм;

Толщина нормальной витковой изоляции провода прямоугольного сечения марки ПБ при испытательном напряжении U_исп = 5 - 85 кВ 2δ = 0,5 мм.

2.4 Определение диаметра стержня и высоты обмоток

На диаметр стержня магнитной системы влияют:

1. Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

Где а₁₂ - изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН;

второе слагаемое - суммарный приведенный радиальный размер (приведенная ширина) обмоток ВН и НН, мм,

где    S^/ - мощность трансформатора на один стержень, кВ·А;

k= 0,617 - коэффициент, определяемый в зависимости от мощности, материала обмоток и напряжения обмотки ВН.

. Коэффициент β - отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки

.

Диаметр стержня предварительно, м,

где S^/ - мощность трансформатора на один стержень, кВ·А;

а_P - ширина приведенного канала, мм;

k_P = 0,95 - коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному;

f = 50 Гц - частота сети;

и_P - реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %;

В_C - индукция в стержне, Тл;

k_C-коэффициент заполнения сталью площади круга.

Ближайший нормализованный диаметр d_H = 0,23 м.

Определяем коэффициентβ_H, соответствующий выбранному диаметру d_H

β_H находится в допустимых пределах.

Средний диаметр канала между обмотками предварительно, м,

,

где диаметр d_H, м; а₀₁и а₀₂ - минимальные изоляционные промежутки, мм.

Радиальный размер обмотки НН предварительно, мм,

где S^/ - мощность трансформатора на один стержень, кВ·А;

k= 0,52 - коэффициент, определяемый (/1/ с. 19) в зависимости от мощности, материала обмоток и напряжения обмотки ВН;

k1= 1,4 - коэффициент, для трансформаторов больших мощностей (>630 кВ·А).

Высота обмоток предварительно, м,

Активное сечение стержня (чистое сечение стали), м²,

3. Расчет обмоток НН и ВН

Электродвижущая сила одного витка, В,

где BC выбирают по таблице 2.2 /1/, Тл; ПС по формуле (2.10) вм².

Средняя плотность тока в обмотках, А/мм²,

где    Iф1-фазный ток обмотки низкого напряжения, А.

Iф2-фазный ток обмотки высокого напряжения, А.

.1 Расчет обмоток НН

Число витков одной фазы обмотки НН:

гдеU_Ф1 - номинальное фазное напряжение обмотки НН, В;

f - частота напряжения сети, равная 50 Гц;

B_C- индукция в стержне, Тл;

П_C - площадь сечения стержня, м².

Полученное значение w₁ округляют до ближайшего целого числа, находят напряжение (ЭДС) одного витка, В,

и действительную индукцию в стержне, Тл,

Расчет винтовой обмотки

Осевой размер (высота) одного витка одноходовой обмотки с радиальными каналами, мм,

.

Здесь высота обмотки l₁вм; h_K - осевой размер охлаждающего канала между витками, мм. Обычно h_K = 0,1 а₁, но не менее 4 мм.

Минимальное число параллельных проводов в двухходовой обмотке - восемь. В обмотках с радиальными охлаждающими каналами между всеми витками и ходами значение большего из двух размеров провода прямоугольного сечения b, мм для одноходовой обмотки:

,,.

Здесьh_K1 - осевой размер охлаждающего канала, мм; 2δ - двусторонняя толщина изоляции провода в мм. По условиям охлаждения при допустимом уровне добавочных потерь размер провода b, мм,

, ,     .

Здесь k_З - коэффициент, учитывающий закрытие изоляционными деталями части охлаждаемой поверхности обмотки; для винтовых обмоток k_З=1,0;

q - плотность теплового потока; числовой коэффициент для медного провода k₂ = 10,7;

J_CP - плотность тока в обмотке, А/мм².

Радиальный размер a₁ обмотки, мм,

Здесь a^/ - меньший размер провода, мм; n_B1 - число параллельных проводов витка; n_X - число ходов обмотки.

Предельное значение радиального размера обмотки определяют из условия охлаждения для катушки с плотным прилеганием витков без охлаждающего канала, мм,

,      , .

Размеры провода, мм,

ПБ

Полное сечение витка обмотки, мм²,

где    П_ПР - сечение одного провода, мм²;

Реальная плотность тока в обмотке, А/мм²,

Осевой размер (высота) , м, опрессованной после сушки трансформатора одноходовой обмотки с радиальными каналами через все хода,

Здесь коэффициент k = (0,94 - 0,96) учитывает усадку межкатушечных прокладок после сушки и опрессовки обмотки.

Полученный результат не превышает более чем на (5-7)% предварительно рассчитанное значение l₁.

Внутренний диаметр обмотки, м,

,

где    d_Н - нормализованный диаметр стержня в м;

а₀₁ - ширина канала между обмоткой и стержнем в мм.

Наружный диаметр обмотки, м,

.

Плотность теплового потока q, Вт/м², на поверхности двухходовой обмотки без канала между ходами,

.

Здесь коэффициент k = 10,7; J₁ - плотность тока в обмотке НН вА/мм²;
I_Ф1 - фазный ток обмотки НН в А; число витков в одном ходе w_K = 0,5 для двухходовой обмотки; k_Д - коэффициент, учитывающий добавочные потери (k_Д = 1,05); k_З - коэффициент, учитывающий закрытие охлаждаемой поверхности обмотки изоляционными деталями (k_З =0,75); а и b-размеры провода без изоляции в мм;

а' и b'-размеры провода в изоляции в мм; а₁-радиальный размер обмотки в мм; п_В1 - число параллельных проводов витка; п_X-число ходов обмотки.

Полученное значение qне превышает 1400 Вт/м².

3.2 Расчет обмоток ВН

Выбираем по мощности и номинальному напряжению, с учетом типа и схемы соединения обмоток ВН схему регулировочных ответвлений представленную на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - Схемы регулировочных ответвлений в обмотках ВН

Число витков ВН при номинальном напряжении,

.

Число витков на одной ступени регулирования,

.

Предварительно плотность тока в обмотке ВН, А/мм²,

.

Сечение витка обмотки ВН, мм²,

.

Расчет многослойной цилиндрической обмотки из провода прямоугольного сечения

Суммарный радиальный размер проводов обмотки, необходимый для получения полного сечения всех витков обмотки ВН, мм,

гдеk_ОС - коэффициент, учитывающий изоляцию провода в осевом направлении обмотки, примерно равный 0,93;

-полное сечения витка;

 - число витков обмотки;

 - число витков на одной ступени.

Предельно допустимый радиальный размер обмотки по условиям охлаждения, мм,

Размеры провода

Реальное сечение витка, мм²,

где П_ПР - сечение одного провода (/1/ с. 12), мм².

Реальная плотность тока в обмотке НВ, А/мм²,

Число витков в слое

,

где  - длина обмотки ВН, м;

 - размер провода в изоляции;

Число слоев в обмотке

,

Рабочее напряжение двух слоев обмотки, В,

,

где  - напряжение витка.

Радиальный размер обмотки с экрана, мм,

где  - размер провода;

Внутренний диаметр обмотки, м,

где  - минимальный радиальный размер осевого канала.

Наружный диаметр обмотки, м,

где  - внутренний диаметр обмотки;

 - радиальный размер обмотки в мм.

Поверхность охлаждения, ,

где  - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности обмотки изоляционными деталями, равный 0,8;

n - число концентрических катушек обмотки ВН.

Средний диаметр, м,

Масса металла, кг,

где    k= 84 для медного провода;

П2 - сечение одного витка, мм².

Основные потери, Вт,

Коэффициент, учитывающий заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения

где b_ПР - размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм;

т=nкат - число проводников в осевом направлении обмотки;

l2 - высота обмотки, м;

k_P= 0,93 - коэффициент приведения поля рассеяния.

Коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотке ВН

.

Плотность теплового потока, Вт/,

где Pосн - основные потери в обмотке НН, Вт;

k_Д2 - коэффициент, учитывающий добавочные потери. Полученное значение q=<1400 Вт/м², что допустимо.

4. Определение параметров короткого замыкания

4.1 Определение потерь короткого замыкания

Средний диаметр обмоток НН и ВН соответственно, м,

где- соответственно внутренние и наружные диаметры обмоток НН и ВН, м, найденные в разделе 3.

Масса металла обмоток НН и ВН соответственно, кг,

где    k= 84 для медного провода;

П1, П2 - сечения витков обмоток НН и ВН, мм².

Основные потери в обмотках НН и ВН соответственно, кВт,

где    k= 2,4 для медного провода;

J1, J2 - реальная плотность тока, А/мм², в обмотках НН и ВН.

Масса металла обмотки ВН с учетом витков верхних ступеней регулирования, кг,

Полная масса металла обмоток трансформатора, кг,

Коэффициенты, учитывающие заполнение высоты обмотки материалом провода для обмоток из прямоугольного сечения НН и ВН соответственно

гдеb_ПР - размер провода прямоугольного сечения в осевом направлении обмотки, мм;

т - число проводников в осевом направлении обмотки;

l-высота обмотки, м;

k_P= 0,98 - коэффициент приведения поля рассеяния.

Коэффициенты, учитывающие добавочные потери в обмотке НН и ВН, соответственно

где k=0,095 - коэффициент для проводов прямоугольного сечения из меди;

а_ПР - размер провода прямоугольного сечения в радиальном направлении (поперек) обмотки, мм;

n-число проводников в радиальном направлении обмотки. Число nравно произведению числа витков параллельных проводов в витке для катушечных обмоток.

Общая длина отводов, для соединения обмоток в «звезду», м,

где l - длина соответствующей обмотки, определяемая в разделе 3, м.

Масса металла отводов обмотки НН или ВН, кг,

где l_ОТВ - длина отводов, м;

П_ОТВ - сечение, мм²;

g = 8900 кг/м³плотность материала обмоток для меди.

Основные потери, соответственно в отводах НН и ВН, Вт,

гдеk= 2,4 - для медных проводов обмоток;

J₁и J₂ - плотности тока в обмотках НН и ВН, А/мм²;

G_ОТВ1 и С_ОТВ2 - масса отводов, кг.

Потери в стенках бака и других стальных деталях трансформатора, Вт,

Полные потери короткого замыкания, Вт,

4.2 Расчет напряжения короткого замыкания

Активная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

.

Для определения реактивной составляющей напряжения короткого замыкания необходимо рассчитать ряд коэффициентов. Числовой коэффициент,

,

где    l - наибольшая высота обмотки НН или ВН, м;

d₁₂ - средний диаметр канала между обмотками, м,

.

Ширина приведенного канала рассеяния, мм,

,

где    а₁₂ - ширина канала между обмотками по таблице 2.3 в мм;

а₁, а₂ - радиальные размеры обмоток НН и ВН в мм;

Коэффициент, учитывающий отклонение реального поля рассеяния от идеального вследствие конечной высоты обмоток,

,

.

В непрерывной катушечной обмотке регулировочные витки расположены в середине высоты обмотки ВН

.

Коэффициент, учитывающий взаимное расположение обмоток НН и ВН

.

Здесь размеры l_x и а_р в мм; m = 0,75;

l₁ - высота обмотки НН, м.

k_q находится в пределах от 1,01 до 1,06.

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %,

.

Напряжение короткого замыкания, %,

.

Значение и_к, не отличается от и_к в задании на проектирование трансформатора более чем на ±5%.

4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН, А,

,

.

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, А,

,

,

где    k_M - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания,

.

Радиальная сила, действующая на обмотку ВН, Н,

Осевую силу F_OC ^/, Н, определяют по формуле

.

Здесь расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора, м,

.

где    D^//₂, - наружный диаметр обмотки ВН в м;

d_H - нормализованный диаметр стержня трансформатора в м;

S₅ - расстояние от обмотки ВН до стенки бака, м.

Максимальное значение сжимающей силы в обмотке F_сж и действующее на ярмо силы F_я

,

Напряжение сжатия на опорных поверхностях, МПа,

,

Здесь п - число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек = 4; а - радиальный размер обмотки, мм; b - ширина опорной прокладки, 50 мм.

Сила, сжимающая внутреннюю обмотку, Н,

.

Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки, МПа,

.

Для обеспечения стойкости этой обмотки при воздействии радиальных сил рекомендуется не допускать σ_СЖ.Р в медных более305 МПа.

Температура обмотки через t_К секунд после возникновения короткого замыкания, °С,

,

Здесь t_K - наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, (4 сек); k - коэффициент, равный 12,5 для медных проводов обмоток; и_К - напряжение короткого замыкания, %; J - плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм²; θ_H - начальная температура обмотки, принимаемая равной 90°С. θ_K ≤ 250°С для медного провода обмоток.

5. Расчет магнитной системы трансформатора

5.1 Определение размеров и массы магнитной системы

Таблица 5.1 Ширина пластин а и толщина пакетов b, мм, стали магнитопроводов. Обозначения: d - диаметр стержня, а_Я - ширина крайнего наружного пакета ярма; n_Я - число ступеней в сечениях стержня и ярма, k_KP - коэффициент заполнения круга для стержней

Таблица 5.2 - Площади сечения стержня П_ФС, ярма П_ФЯ и объем угла V_У шихтованной магнитной системы без прессующей пластины

Активное сечение стержня П_С и ярма П_Я, м²,

,

.

Здесь площади сечений П_ФС и П_ФЯ в см² по таблице 5.2; k_З - коэффициент заполнения сталью (k_З = 0,96).

Длина стержня трансформатора, м,

.

Здесь l₂ - высота обмотки ВН, м; I₀^/, I₀^// - расстояния от обмотки ВН соответственно до верхнего и нижнего ярма, мм.

Расстояние между осями соседних стержней, м,

.

Масса стали угла при многоступенчатой форме сечения, кг,

,

где    V_У - объем угла магнитной системы, см;

g_УТ = 7650 кг/м³ - плотность трансформаторной стали.

Масса стали двух ярм трехфазного трансформатора, кг,

,

где    С - расстояние между осями стержней, м; П_Я - сечение ярма в м.

Масса стали стержней, кг,

Здесь П_С - активное сечение стержня, м; плотность трансформаторной стали g_СТ = 7650 кг/м³; длина стержня l_C в м; а_1Я - ширина среднего пакета стали ярма, мм, равная а_1С.

Полная масса магнитной системы трансформатора, кг,

.

5.2 Определение потерь холостого хода трансформатора

Магнитопровод из электротехнической стали марки 3404 с толщиной 0,3.

Магнитная индукция в стержне В_С и ярме В_Я,

,

.

Потери холостого хода в магнитопроводе стержневого типа, Вт,

Здесь коэффициенты k_ПУ = 10,45 и k_ПД = 1,15; удельные потери в стержне р_С и ярме р_Я [Вт/кг]; массы стержней G_С, ярм G_Я и угла G_У магнитопровода в кг.

Полученное значение потерь холостого хода Р_Х не превышает заданного более чем на 7,5%.

5.3 Определение тока холостого хода трансформатора

Активная составляющая тока холостого хода, %,

.

Увеличение намагничивающей мощности учитывают следующими коэффициентами:

k^/_ТД - коэффициент, учитывающий влияние резки рулона стали на пластины и срезания заусенцев. k^/_ТД =1,2.

k^//_ТД - коэффициент, учитывающий форму сечения ярма, способ прессовки стержней и ярм магнитной системы, расшихтовку и зашихтовку верхнего ярма при насадке обмоток. При мощностях трансформаторов от 1000 до 6300 кВ·А k^//_ТД =1,07.

k_ТУ - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы k_ТУ = 42,45.

k_ТПЛ - коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах магнитной системы в зависимости от ширины пластины второго пакета а₂, k_ТПЛ = 1,21.

Полная намагничивающая мощность, кВ·А,

Здесь G_C, G_Я, G_У - массы стали стержней, ярм и угла магнитопровода, кг; q_C, q_Я - удельные намагничивающие мощности для стали стержней и ярм А/кг; n_ЗПР = 2, п_ЗКОС = 4 - число прямых и косых стыков пластин стали ярм и стержней; q_ЗПР, q_ЗКОС - удельная намагничивающая мощность для зазоров, В·А/м; П_ЗПР, П_ЗКОС - площадь зазора (стыка) соответственно для прямых и косых стыков, м².

Для косых стыков с углом резки пластин 45° площадь зазора, м², и индукция в стыке, Тл

,

.

Реактивная составляющая тока холостого хода, %,

.

Полный ток холостого хода, %,

.

Полученное значение тока холостого хода не превышает заданного значения.

Коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.,

,

6. Тепловой расчет трансформатора

6.1 Тепловой расчет обмоток

Внутренний перепад температуры в обмотках с радиальными охлаждающими каналами практически равен перепаду в изоляции одного провода, °С,

,

.

Средняя теплопроводность  обмотки из провода прямоугольного сечения, Вт/(м·°С).

Средняя условная теплопроводность обмотки  без учета междуслойной изоляции, Вт/(м·°С).

Здесь q - плотность теплового потока, Вт/м², на поверхности рассматриваемой обмотки, определяемая в разделе 3; δ - толщина изоляции провода на одну сторону, мм; λ_ИЗ - теплопроводность изоляции провода, λ_ИЗ = 0,17 Вт/(м·°С).

Средний внутренний перепад температуры обмотки, °С,

,

.

Перепад температуры на поверхности винтовых и катушечных обмоток с радиальными каналами, °С,

,

Здесь k₁ - коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток; k₁ = 1,1 для обмоток НН и k₁ = 1,0 для обмоток ВН; k₂ - коэффициент, учитывающий влияние относительной ширины радиального охлаждающего канала на конвекцию масла.

Среднее превышение температуры обмотки над средней температурой охлаждающего масла, °С,

,

.

6.2 Тепловой расчет бака трансформатора

Возьмём бак с навесными радиаторами с прямыми трубами.

S₁ - изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН (внешней) до собственной обмотки и равное ему расстояние S₂ от этого отвода до стенки бака, S₁ = 45 мм;

d₁ - диаметр изолированного отвода ВН при классах напряжения до 85 кВ включительно, d₁ = 20 мм при мощностях до 1000 кВ·А;

S₃ - изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН, S₃ = 45 мм;

d₂ - диаметр изолированного отвода обмотки НН, мм, равный d₁ при напряжении обмотки НН 3,15 кВ и более, или размер неизолированного отвода НН (шины), равный (10-15) мм при напряжение обмотки до 1 кВ d₂ = 10 мм;

S₄ - изоляционное расстояние от отвода НН до стенки бака, S₄ = 45 мм;

S₅ - принимают равным S₃ при испытательных напряжениях до 85 кВ или определяют по формуле S₅ = S₃ + d₂ + S₄, S₅ = 40 мм.

Минимальные ширина В и длина А бака трехфазного трансформатора классов напряжения 6, 10 и 35 кВ (рисунок 6.1), м,

где    D₂^// - наружный диаметр обмотки ВН в м;

С - расстояние между осями стержней в м;

Высота активной части трансформатора, м,

.

Здесь l_C - высота стержня магнитопровода, м; h_Я - высота ярма магнитной системы, равная ширине центрального пакета стали ярма а_1Я, в м; n - толщина подкладки под нижнее ярмо, в мм (п = 30-50 мм).

Глубину бака, м, определяют по высоте активной части Н_АЧ и расстоянию Н_ЯК от верхнего ярма до крышки бака,

.

Здесь Н_АЧ - высота активной части трансформатора м; Н_ЯК - минимальное расстояние от верхнего ярма до крышки бака, необходимое для установки и крепления вводов, переключателя регулирования напряжения, Н_ЯК = 0,85 м.

Рисунок 6.1 - Основные размеры бака, мм

Поверхность излучения для овального бака приближенно, м²,

Здесь А, В, Н - размеры бака, м; k - коэффициент учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный 1,5 - 2,0 - для бака с навесными радиаторами.

Среднее превышение температуры масла, омывающего обмотки, над воздухом должно быть не более, °С,

,

где    θ_ОМСР - большее из двух значений, подсчитанных для обмоток ВН и НН.

Среднее превышение температуры бака над воздухом,°С,

.

Полученное значение удовлетворяет неравенству

°С,           °С, 58,73°С ≤ 60°С.

Предварительное значение поверхности конвекции бака, м²,

.

Бак с навесными радиаторами

В трансформаторах мощностью от 100 до 6300 кВ·А используют радиаторы с прямыми вертикальными трубами овального сечением с размерами овала 72х20 мм и толщиной стенки труб 1,5 мм.

Таблица 6.2 - Основные данные трубчатого радиатора

П_КК = 0,34 м² - поверхность конвекции двух коллекторов при двух рядах труб. Минимальное расстояние осей фланцев радиатора от нижнего и верхнего срезов бака с₁ и с₂ соответственно 0,17 и 0,17 м.

При подборе радиаторов следует определить по высоте бака Н основной присоединительный размер А (расстояние между осями патрубков или центрами фланцев коллекторов радиатора). Размер А определяют из неравенства

Определив размер А, следует выбрать радиатор по таблице 6.2 и определить поверхность конвекции радиатора, приведенную к поверхности гладкой стенки, м²

,

где    k_Ф - коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией радиатора по сравнению с вертикальной, гладкой стенкой; для радиаторов с прямыми трубами k_Ф = 1,4.

Необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора, м²,

,

где    П_K^/ - необходимая поверхность конвекции, м²;

П_КГЛ - поверхность конвекции гладкого бака, м²,

Здесь А, В, Н - размеры бака (рисунок 6.1), м, П_КР - поверхность крышки бака, м²; 0,5 - коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности крышки вводами ВН и НН и различной арматурой.

Поверхность крышки, овального бака, м,

.

Необходимое по условиям охлаждения число радиаторов,

.

Фактическая поверхность конвекции бака с навесными радиаторами, м²,

.

Поверхность излучения бака с навесными радиаторами, м²,

.3 Расчет превышений температуры обмоток и масла

Среднее превышение температуры стенки бака над температурой окружающего воздуха, °С,

,

где    Р_X, Р_K - потери холостого хода и короткого замыкания, Вт;

П_К, П_И, - фактические поверхности конвекции и излучения, м².

Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой стенки бака, °С,

.

Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающего воздуха, °С,

.

Превышение температуры обмоток над температурой окружающего воздуха подсчитывают отдельно для обмоток НН и ВН,°С,

,

.

Превышения температуры обмоток и масла в верхних слоях над окружающим воздухом согласно ГОСТ 11677-85 не превышают допустимые величины

Список использованных источников

трансформатор обмотка магнитный электрический

1. Проектирование трансформаторов: Учебное пособие по курсовому проектированию/ Сост. Встовский А.Л., Встовский С.А.; Силин, Л.Ф. КГТУ. Красноярск, 2000. 112 с.

. Электромеханика. Вспомогательное оборудование масляных трансформаторов: учеб. Пособие /Л.Ф. Силин, С.И. Мурашкин. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т; Политехн, ин-т, 2007. - 111 с.

. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности СТО 4.2-07-2012.