Расчет основных размеров трансформатора

Исходные данные

Тип трансформатора, схема и группа соединения обмоток:

Частота питающей сети:

Номинальная мощность трансформатора:

Номинальное линейное напряжение обмотки высшего напряжения (ВН):

Номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения (НН):

Потери короткого замыкания:

Потери холостого хода:

Напряжение короткого замыкания:

Ток холостого хода:

Тип переключателя ПБВ

Материал обмоток алюминий

Расчет основных электрических величин

Номинальный линейный ток обмотки ВН:

(2.1)

Номинальный линейный ток обмотки НН, А:

(2.2)

Номинальный фазный ток обмотки ВН (действующее значение), А:

(2.3)

Номинальный фазный ток обмотки НН (действующее значение), А:

(2.4)

Фазное напряжение обмотки ВН (действующее значение):

(2.5)

Фазное напряжение обмотки НН (действующее значение):

(2.6)

Нормированные испытательные напряжения обмоток трансформатора определяется по величине заданных линейных напряжений. Изоляционные расстояния в трансформаторе выбираются в зависимости от испытательных напряжений по ГОСТ 1516.1-76.

Выбираем изоляционные расстояния обмоток ВН и НН.

Таблица 2.1-Главная изоляция. Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН, мм.

Таблица 2.2-Главная изоляция. Минимальные изоляционные расстояния обмоток НН, мм

Минимальные изоляционные расстояния обмоток НН (1, табл. 4.4)

Вид изоляции - воздушный промежуток и картон 2 х 0.5 мм (1, с. 183)

Вид изоляции - опорная изоляция из дерева или электрокартона

Минимальные изоляционные расстояния обмоток ВН (1, с. 184)

Вид изоляции - воздушный промежуток с бумажно-бакелитовым цилиндром толщиной 2,5 мм

Вид изоляции - опорная изоляция из электрокартона

Рисунок 2.1-Главная изоляция обмоток ВН и НН

Расчет основных размеров трансформатора

Мощность обмоток одного стержня

(3.1)

Основные размеры связаны между собой коэффициентом, представляющим собой отношение средней длины окружности канала между обмотками к высоте обмотки. Этот коэффициент определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора, между весом стали и металла обмоток, оказывает влияние на стоимость трансформатора, а также на такие его технические характеристики, как потери и ток холостого хода, механическая прочность и нагревостойкость обмоток.

Соотношение средний длины витка к длине обмотки принимаем по [1, табл. 3.12]

Ширина приведенного канала рассеяния, м

(3.2)

Приведенная ширина двух обмоток в предварительном расчете определяется по формуле

(3.3)

где коэффициент к определяется по [1, табл. 3.3]

Коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному полю (коэффициент Роговского) приближено принимается в предварительном расчете

Активная составляющая напряжения, определяемая по формуле

(3.4)

Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %

(3.5)

Индукция в стержне для материала магнитопровода стали 3405 и заданной мощности трансформатора

Коэффициент заполнения стержня (или ярма) сталью [1, табл. 2.3]

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, Кс зависит от выбора числа ступеней в сечении стержня, способа прессовки стержня и размеров охлаждающих каналов, толщины листов стали и вида междулистовой изоляции. Общий коэффициент заполнения принимаем

Коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга, описанного около сечения стержня, Кс

(3.6)

Диаметр стержня, м

(3.7)

полученный диаметр необходимо округлить до ближайшего по нормализованной шкале

(3.8)

Средний диаметр канала между обмотками в предварительном расчете приближенно определяется по формуле

(3.9)

Радиальный размер обмотки НН, м

(3.10)

где при мощности 25-630 кВА

Высота обмотки, м

(3.11)

Активное сечение стержня

(3.12)

Электродвижущая сила одного витка, В

(3.13)

Расчет обмотки НН

Средняя плотность тока, определяется заданными потерями

(4.1)

где для алюминиевых обмоток по [1, с.155]

Полученное значение примерно соответствует ориентировочным значениям по [1, табл.5.7]

Ориентировочное сечение витка

(4.2)

Принимаем в качестве обмотки НН цилиндрическую обмотку из прямоугольного провода. [1, табл. 5.8]

Число витков на одну фазу

(4.3)

принимаем

Уточняем ЭДС одного витка

(4.4)

Уточнение индукции в стержне, Тл

(4.5)

Расчет цилиндрической обмотки из прямоугольного провода осуществляется в приведенной ниже последовательности.

принимаем число слоев

Число витков в одном слое

(4.6)

Ориентировочный осевой размер витка

(4.7)

По полученным ориентировочным значениям по [1, табл. 5.1] выбираем сечение витка

число параллельных проводов

алюминиевый провод марки АПБ c намоткой на ребро с размерами

Расчетная толщина изоляции на две стороны

Размеры провода с учетом изоляции

(4.8)

(4.9)

Полное сечение витка

(4.10)

Рисунок 4.1-Схема витка обмотки НН

Осевой размер витка

(4.11)

Уточняем плотность тока

(4.12)

Высота обмотки

(4.13)

Радиальный размер обмотки

(4.14)

где радиальный размер канала между слоями

Внутренний диаметр обмотки

(4.15)

Внешний диаметр обмотки

(4.16)

Средний диаметр обмотки

(4.17)

Полная охлаждаемая поверхность обмотки

(4.18)

где количество охлаждаемых поверхностей

число активных стержней

коэффицент закрытия поверхности [1, с. 285]

Масса металла обмотки НН [1, с. 306]

(4.19)

Масса провода обмотки

(4.20)

Плотность теплового потока на поверхности обмотки

(4.21)

Расчет обмотки ВН

Число витков при номинальном напряжении

(5.1)

принимаем

Число витков на одной ступени регулирования

(5.2)

где напряжение на одной ступени регулирования

(5.3)

где % одна ступень регулирования трансформатора

Число витков обмотки на ответвлениях:

верхняя ступень

(5.4)

при номинальном напряжении

нижняя ступень

(5.5)

Рисунок 5.1-Схема ответвлений

Осевой размер обмотки ВН принимается равным ранее определенному осевому размеру обмотки НН [1, с. 281]

Плотность тока в обмотке ВН, А/кв.м

(5.6)

Ориентировочное сечение витка обмотки ВН

(5.7)

Принимаем в качестве обмотки ВН цилиндрическую обмотку из круглого провода

По ориентировочному сечению витка обмотки из [2, табл. 5.2] выбираем подходящий провод

число параллельных витков

принимаем алюминиевый провод марки АПБ c диаметром

толщина изоляции на две стороны

толщина провода в изоляции

(5.8)

сечение одного провода

Полное сечение витка

(5.9)

Уточняем плотность тока

(5.10)

Число витков в одном слое

(5.11)

Число слоев в обмотке

(5.12)

Принимаем

Рабочее напряжение двух слоев

(5.13)

По [1, табл. 4.7] выбирается число слоев и общая толщина кабельной бумаги в изоляции между двумя слоями обмотки.

Таблица 5.1-Номинальная междуслойная изоляция в многослойных цилиндрических обмотках

Толщина кабельной бумаги

В большинстве случаев по условиям охлаждения обмотка каждого стержня выполняется в виде двух концентрических катушек с осевым масляным каналом между ними. Число слоев внутренней катушки при этом должно составлять не более 2/3—2/5 общего числа слоев обмотки. В случае применения этого типа обмотки на стороне НН между двумя цилиндрами числа слоев внутренней и наружной катушек делаются равными.

Минимальная ширина масляного канала между катушками