Основная цель раздела – проверка соответствия расчетных значений потерь КЗ и напряжения КЗ исходным данным, а также проверка механической прочности и нагревостойкости обмоток при внезапном КЗ. Основные данные обмоток НН и ВН, необходимые для расчета характеристик, сосредоточены в таб.7.
Определение потерь КЗ производится следующим образом.
Основные потери в обмотке НН, Вт
| (6.1) |
Основные потери в обмотке ВН, Вт
| (6.2) |
Коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотке НН:
| (6.3) |
где для прямоугольного алюминиевого провода 
| (6.4) |
где n– число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению потока рассеяния 
m - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению магнитной индукции поля рассеяния. Численно равно количеству витков в слое
| (6.5) |
а – радиальный размер провода, м;
Коэффициент, учитывающий добавочные потери в обмотке ВН
| (6.6) |
где для круглого алюминиевого провода 
| (6.7) |
где n– число проводников обмотки в направлении, перпендикулярном направлению потока рассеяния 
m - число проводников обмотки в направлении, параллельном направлению магнитной индукции поля рассеяния. Численно равно количеству витков в слое 
Длина отводов обмоток ВН и НН приближенно
| (6.8) |
| (6.9) |
Принимаем что отводы выполненны проводом примерно такого же сечения что и обмотки трансформатора.
Масса металла проводов отводов обмотки НН
| (6.10) |
где плотность металла отводов 
Основные потери в отводах обмотки НН, Вт
| (6.11) |
Масса металла проводов отводов обмотки ВН
| (6.12) |
Основные потери в отводах обмотки ВН
| (6.13) |
Потери в стенках бака и других элементах конструкции
|
|
| (6.14) |
где согласно [1, табл. 7.1] для трансформаторов мощностью до 1000 кВА 
Полные потери короткого замыкания
| (6.15) |
Вычисляем погрешность относительно заданного значения
| (6.16) |
Погрешность не превышает 5%
Определение напряжения КЗ
Активная составляющая напряжения КЗ, %
| (6.17) |
Уточняем значение коэффициента β
| (6.18) |
Уточняем ширину приведенного канала рассеяния [1, с.323]
| (6.19) |
| (6.20) |
Уточняем коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному:
| (6.21) |
где коэфициент
| (6.22) |
Коэффициент, учитывающий неравномерное распределение витков по высоте 
Реактивная составляющая напряжения КЗ, %
| (6.23) |
Расчетное напряжение короткого замыкания
| (6.24) |
Расчет механических сил в обмотках
Установившийся ток КЗ обмотки ВН, А
| (6.26) |
Мгновенное максимальное значение тока КЗ обмотки ВН, А
| (6.27) |
где коэффициент учитывающий максимально возможную апериодическую составляющую тока короткого замыкания по [1, табл. 7.3] 
Рисунок 6.1-Механические силы действующие в обмотках трансформатора
Радиальная сила, действующая на обмотку ВН
| (6.28) |
Растягивающее напряжение в проводе обмотки ВН
| (6.29) |
Допустимое значение для алюминия - 30 МПа
Напряжение сжатия от радиальных сил в проводе обмотки НН, МПа
| (6.30) |
Допустимое значение по условию стойкости обмотки для алюминия - 15 МПа
Осевые силы, обусловленные конечным соотношением высоты и ширины обмоток
| (6.31) |
Максимальные сжимающие силы в обмотках, по рис. 2. – в середине высоты обмоток ВН и НН, 
|
|
Наибольшее напряжение сжатия для цилиндрических обмоток наблюдается в середине высоты обмотки НН в изоляции витков, МПа
| (6.32) |
Допустимое значение для алюминия - 30 МПа
Температура обмотки ВН через 4 секунды после возникновения КЗ,
| (6.33) |
что меньше допустимой для алюминия температуры в 250 °C
Расчет магнитной цепи
Определяем размеры пакетов стержня и ярма для выбранного диаметра стержня dн и проставляем на эскизе по [1, табл. 8.2]
Таблица 7.1-Размеры пакетов – ширина пластин а и толщина в, мм, для магнитных систем без прессующей пластины с прессовкой стержня обмоткой без бандажей
По таблице [1, табл. 8.6-8.7] определяем площади сечения стержня и ярма
Активное сечение стержня
| (7.1) |
Активное сечение ярма
| (7.2) |
Ширина ярма
Длина стержня
| (7.3) |
Рисунок 7.1-Сечение стержня ярма
Объем угла магнитной системы 
Расстояние между осями соседних стержней
| (7.4) |
Полученные размеры магнитопровода проставляем на эскизном рисунке. Выбираем конструкцию магнитопровода с косыми стыками на крайних стержнях и прямыми на среднем стержне.
Рисунок 7.2-Основные размеры магнитной системы
Масса стали угла магнитной системы, кг
| (7.5) |
где удельная масса стали 
Масса стали в ярмах
| (7.6) |
где
| (7.7) |
| (7.8) |
Масса стали в стержнях
| (7.9) |
где
| (7.10) |
| (7.11) |
Полная масса стали магнитной системы
| (7.12) |
Определение потерь холостого хода
Индукция в стержне
| (7.13) |
Индукция в ярме
| (7.14) |
Индукция в косом стыке
| (7.15) |
По [1, табл. 8.10] определяем удельные потери в стали 3405 толщиной 0,3 мм: в сердечнике и в зазоре 3, в ярме и зазорах 1 и 2, в зазорах 4,5,6, и 7
|
|
Определяем потери холостого хода
| (7.16) |
где коэффициент учитывающий влияние прессовки стержня на потери холостого хода 
коэффициент, учитывающий влияние перешихтовки верхнего ярма остова при установке обмоток на величину потерь холостого хода 
коэффициент, учитывающий влияние механических напряжений при резке пластин, для отожженной стали 
коэффициент, учитывающий увеличение потерь в углах сердечника [1, табл. 8.13] 
| (7.17) |
Расхождение с заданной величиной незначительное.
Расчет тока холостого хода.
Определяем удельные намагничивающие мощности: в сердечнике и в зазоре 3, в ярме и в зазорах 1 и 2, в зазорах 4,5,6 и 7 по [1, табл. 8.16]
Реактивная составляющая мощности холостого хода
| (7.18) |
коэффициент, учитывающий прессовку магнитной системы 
коэффициент, учитывающий перешихтовку верхнего ярма
коэффициент, учитывающий влияние резки полосы рулона на пластины 
коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей мощности в углах сердечника 
коэффициент, учитывающий ширину пластин в углах магнитной системы 
Реактивная составляющая тока холостого хода в процентах номинального тока
| (7.19) |
Активная составляющая тока ХХ, %
| (7.20) |
Относительное значение тока холостого хода в процентах номинального тока
| (7.21) |
| (7.22) |
Расхождение с заданной величиной не превышает 15%.
Тепловой расчет
Тепловой расчет обмоток.
Внутренний перепад температуры в обмотке НН,
| (8.1) |
где толщина изоляции провода на одну сторону
| (8.2) |
теплопроводность изоляции провода 
Внутренний перепад температуры в обмотке ВН,
| (8.3) |
| (8.4) |
Полный внутренний перепад температуры обмотки ВН
| (8.5) |
где а – ширина наиболее широкой катушки, имеющей от 2/3 до 3/5 общего числа слоев, м
| (8.6) |
р – потери, выделяющиеся в 1куб.м общего объема обмотки
| (8.7) |
средняя теплопроводность обмотки
| (8.8) |
где коэффициент
| (8.9) |
| (8.10) |
Средний перепад температуры обмотки ВН
| (8.11) |
Перепад температуры на поверхности обмотки НН,
| (8.12) |
где коэффициент, учитывающий скорость движения масла внутри обмотки для естественного масляного охлаждения принимаем 
коэффициент, учитывающий затруднение конвекции масла в каналах внутренних обмоток НН 
коэффициент, учитывающий влияние на конвекцию масла в зависимости от отношения высоты к глубине масляного канала по [1, табл. 9.3] 
Перепад температуры на поверхности обмотки ВН,
| (8.13) |
Полный средний перепад температуры от обмотки НН к маслу,
| (8.14) |
Полный средний перепад температуры от обмотки ВН к маслу,
| (8.15) |
Тепловой расчет бака.
Выбираем тип бака – выбираем конструкцию гладкого бака с радиаторами с прямыми трубами
Изоляционные растояния находим по [1, табл. 4.11]
изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН с Uисп до собственной обмотки или прессующей балки ярма 
изоляционное расстояние от изолированного отвода обмотки ВН с Uисп до стенки бака 
диаметр изолированного отвода обмотки ВН 
изоляционное расстояние от неизолированного или изолированного отвода обмотки НН до обмотки ВН 
изоляционное расстояние от отвода обмотки НН до стенки бака 
размер неизолированного отвода НН (шины), равный 10-15 мм; 
Минимальная ширина бака
| (8.16) |
Принимаем ширину бака при центральном положении активной части трансформатора в баке 
Длина бака
| (8.17) |
| (8.18) |
Высота активной части
| (8.19) |
где толщина прокладки под нижнее ярмо 
Глубина бака определяется высотой активной части и минимальным расстоянием от верхнего ярма до крышки бака, обеспечивающим размещение внутренних частей проходных изоляторов, отводов и переключателей.
Минимальное расстояние от ярма до крышки бака [1, табл. 9.5]
Глубина бака
| (8.20) |
Для развития должной поверхности охлаждения используем радиаторы с прямыми трубами по [1, рис.9.16] с расстоянием между осями фланцев 
с поверхностью труб 
и двух коллекторов 
Масса стали радиатора: 
Масса масла в радиаторе: 
Допустимое превышение средней температуры масла над температурой окружающего воздуха для наиболее нагретой обмотки НН:
| (8.21) |
Принимая предварительно перепад температуры на внутренней поверхности стенки бака 5°C и запас 2°C, находим среднее превышение температуры наружной стенки бака над температурой воздуха
| (8.22) |
Для выбранного размера бака рассчитываем поверхность конвекции гладкой стенки бака
| (8.23) |
Ориентировочная поверхность излучения бака с радиаторами
| (8.24) |
где k – коэффициент, учитывающий отношение периметра поверхности излучения к поверхности гладкой части бака и приближенно равный 
Ориентировочная необходимая поверхность конвекции
| (8.25) |
Поверхность конвекции составляется из
-Поверхности гладкого бака 
-Поверхности крышки бака
| (8.26) |
где 0.16 – удвоенная ширина верхней рамы бака;
коэффициент 0.5 учитывает закрытие поверхности крышки вводами и арматурой.
-Поверхности конвекции радиаторов
| (8.27) |
Поверхность конвекции одного радиатора, приведенная к поверхности гладкой стенки
| (8.28) |
где коэффициент, учитывающий улучшение или ухудшение теплоотдачи конвекцией для данной формы поверхности по сравнению с вертикальной гладкой стенкой. 
Необходимое число радиаторов 
Поверхность конвекции бака
| (8.29) |
Среднее превышение температуры наружной поверхности стенки бака над температурой воздуха
| (8.30) |
где коэффициент, повышающий потери против расчетных значений. 
Среднее превышение температуры масла вблизи стенки над температурой внутренней поверхности стенки бака
| (8.31) |
Превышение средней температуры масла над температурой воздуха
| (8.32) |
Превышение температуры масла в верхних слоях над температурой воздуха
| (8.33) |
что меньше допустимых 60 °C
Превышение средней температуры обмоток над температурой воздуха
| (8.34) |
| (8.35) |
что меньше допустимых 65 °C
Заключение
В результате расчета получили масляный трансформатор с требуемой мощностью 400 кВА и напряжениями высокой и низкой сторон 35 и 0,69 кВ.
Обмотки трансформатора выполнены: обмотка НН – прямоугольным, а обмотка ВН – круглым проводами, чтобы уменьшить потери в обмотках и, нагрев трансформатора, габаритные размеры трансформатора, но при этом увеличить электродинамическую и тепловую прочности обмоток трансформатора. Расчет характеристик короткого замыкания показал, что расчетные значения потерь КЗ и напряжения КЗ соответствуют исходным данным. Механическая прочность и нагревостойкость обмоток трансформатора при внезапном КЗ находятся в пределах нормы.
Таблица 1 Результаты расчетов
