Чтобы вычислить данные потери, воспользуемся формулой, ВТ,
P s = 10 К S н ,
где К – коэффициент, учитывающий потери (табл. 4.1); S н – номинальная мощность, кВ.А.
В сухих трансформаторах потерями в кожухе пренебрегаем.
Таблица 4.1
Рекомендуемые значения К
| Мощность S н, кВ.А | До 1 000 | 1 000…4 000 | 6 300…10 000 |
| К | 0,01…0,015 | 0,02…0,03 | 0,03…0,045 |
Потери короткого замыкания трансформаторов
Данные потери вычисляем по формуле, Вт,
Р КЗ р = Р осн.НН × К д.НН + Р осн.ВН × К д.ВН + Р отв.НН + Р отв.ВН + P s.
Сравниваем полученное значение потерь с заданным:
.
4.6. Плотность теплового потока
на охлаждаемой поверхности
Для вычисления плотности теплового потока, Вт/м2, воспользуемся формулами:
обмотки НН, Вт/м2, 
;
обмотки ВН, Вт/м2, 
.
Допустимое значение удельного теплового потока составляет:
q < 1 400 Вт/м2 – для масляных трансформаторов;
q < 360 Вт/м2 – для сухих трансформаторов.
5. Расчет напряжения короткого замыкания
и поля рассеяния обмоток трансформатора
Напряжение короткого замыкания U КЗ определяет характеристику и ток короткого замыкания трансформатора. Величина U КЗ является паспортной величиной, и при расчете недопустимо ее отклонение более чем на ±10 %.
Напряжением короткого замыкания двухобмоточного трансформатора называется приведенное к расчетной температуре напряжение, которое следует подвести при номинальной частоте к зажимам одной из обмоток при замкнутой накоротко другой обмотке, чтобы в обеих обмотках установились номинальные токи
1. Определяем параметры схемы замещения (рис. 5.1), Ом:
,
r 1 = r 2| = rK 75 / 2, x 1 = x 2| = xK / 2,
где xK – пункт 5.3;
r 2 = r 2| / (K 2 W); x 2 = x 2| / (K 2 W),
где r 1, x 1 – параметры первичной обмотки; r 2, x 2 – параметры вторичной обмотки, приведенные к числу витков первичной обмотки.
Рис. 5.1. Схема замещения КЗ для одной фазы трансформатора
Первичной считать ту сторону (обмотку), где величина напряжения равна сетевому гостированному напряжению согласно табл. 5.1.
Таблица 5.1
Номинальные междуфазные (линейные) напряжения
| Сетевое гостированное напряжение, кВ | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3,0 | 6,0 | 10,0 | 20,0 | 35,0 |
| Первичные обмотки, кВ | 0,22 | 0,38 | 0,66 | 3,15 | 6,3 | 10,0 10,5 | 20,0 | 35,0 |
| Вторичные обмотки, кВ | 0,23 | 0,4 | 0,69 | 3,15 3,3 | 6,3 6,6 | 10,5 11,0 | 22,0 | 38,5 |
2. Активная составляющая напряжения короткого замыкания
U a = I 1ф rK; U а% = U а100/ U 1ф.
3. Реактивная составляющая напряжения короткого замыкания
U р = I 1ф × xK; U р% = U р100/ U 1ф,
где 
,Ом
d 12 = d н + 2 a 01 + 2 a 1 + a 12 (см. рис. 2.1).
Все размеры в приведенных формулах даны в миллиметрах.
4. Расчетное напряжение короткого замыкания
; 
; 
.
Если U КЗ р много больше (меньше) заданной величины, следует увеличить (уменьшить) на одну ступень диаметр стержня по шкале нормализованных диаметров и повторить расчет начиная с п.2.2.
Если отклонение незначительно, но превышает ±10 %, следует скорректировать размеры обмоток, увеличив l с целью уменьшения а 1 и а 2 (уменьшив l с целью увеличения а 1 и а 2). Эти рекомендации вытекают из положения, что U p >> U a, а следовательно, U КЗ р обусловлено в основном величиной хК.
Расчет магнитной цепи
1. Магнитная система трансформатора. Для нормализованного ряда диаметров стержней магнитных систем силовых трансформаторов нормализованы также число ступеней в сечении стержня и ярма, размеры пакетов пластин, число, размеры и расположение охлаждающих каналов, а следовательно, и площади поперечных сечений стержня ПФС, и ярма ПФЯ. Последние выбираем по табл. 6.1. Размеры пакетов – по [1, табл.8.2, 8.3].
2. Активное сечение стержня
Пс = К з × Пф.с,
где К з = 0,93.
3. Активное сечение ярма
Пя = К з × Пф.я,
где К з = 0,93.
4. Индукция в стержне
.
Индукция В с не должна превышать первоначальное значение (п. 3.1) более чем на ±5 %.
5. Индукция в ярме
.
6. Масса стали в стержнях
G с = 1,04 m l c Пс gст,
где m – число стержней, равное в проекте числу фаз; l c – высота стержня; gст =7 650 кг/м3; l c = l BH + 2 l 02.
7. Масса стали в ярме
G я = G я + 2 G у,
где G я = 4 С Пс gст – масса стали ярм между осями крайних стержней; C = D ″2 + a 22 – расстояние между осями стержней; G у = 0,822 Пя d н gст – масса стали заштрихованных углов.
При расчете потерь необходимо выделять из общей массы стали ярм, массу стали углов (рис. 6.1).
Таблица 6.1
Поперечные площади ступенчатой фигуры поперечного сечения стержня Пф.с и ярма Пф.я для нормализованного ряда диаметров
| Диаметр стержня d н, см | Стержень | Ярмо | ||
| число ступеней | Пф.с, см2 | число ступеней | Пф.я, см2 | |
| 43,3 | 44,8 | |||
| 56,7 | 58,2 | |||
| 72,0 | 73,22 | |||
| 86,2 | 89,7 | |||
| 12,5 | 112,3 | 115,3 | ||
| 141,5 | 144,0 | |||
| 183,5 | 188,3 | |||
| 232,8 | 237,6 | |||
| 288,4 | 296,2 | |||
| 353,0 | 360,5 | |||
| 419,3 | 425,6 | |||
| 490,6 | 507,1 | |||
| 570,9 | 591,1 | |||
| 657,2 | 675,2 | |||
| 746,2 | 762,2 |
| Рис. 6.1. К определению размеров плоской магнитной системы | Рис. 6.2. Магнитопровод трансформатора. Схема шихтовки |
8. Потери холостого хода. Потери холостого хода слагаются из потерь в магнитопроводе и потерь в стальных элементах конструкции остова трансформатора:
,
где Р с, Р я – удельные потери в стержне и ярме, Вт/кг, определяемые по табл. 6.2 или по значениям В с, В я соответственно по [1].
Отклонение расчетного значения потерь х.х. от заданного (ГОСТ 11677–75) составляет
.
Предел в сторону уменьшения потерь не ограничен.
9. Ток холостого хода. Ток первичной обмотки трансформатора, возникающий при холостом ходе и номинальном синусоидальном напряжении и частоте, называется током холостого хода, А, который определяется по формуле
.
Активная составляющая тока холостого хода, А,
.
Реактивная составляющая тока холостого хода (определяется по закону полного тока согласно рис. 6.2)
,
где Н с, Н я, H d – амплитудные значения напряженности магнитного поля; соответственно в стержне, ярме, стыках (зазорах) трансформатора; К т – технологический коэффициент, учитывающий увеличение намагничивающей силы за счет технологических факторов (наклепы, заусеницы и т.п.), равный 1,5…2,0; d – величина зазора в стыках, равная 0,05…0,10 мм. Значения Н с, Н я определяются по кривой намагничивания, построенной по табл. 6.3.
Таблица 6.2
Удельные потери P в холоднокатаной стали марки 3414
по ГОСТ 21427–75 с толщиной листов 0,35 мм
при различных индукциях и частоте f = 50 Гц
| В, Тл | Р, Вт/кг | В, Тл | Р, Вт/кг | В, Тл | Р, Вт/кг | В, Тл | Р, Вт/кг | В, Тл | Р, Вт/кг |
| 1,2 | 0,7 | 1,3 | 0,82 | 1,4 | 0,95 | 1,5 | 1,1 | 1,6 | 1,32 |
| 1,22 | 0,73 | 1,32 | 0,84 | 1,42 | 0,98 | 1,52 | 1,14 | 1,62 | 1,38 |
| 1,24 | 0,75 | 1,34 | 0,87 | 1,44 | 1,0 | 1,54 | 1,18 | 1,64 | 1,43 |
| 1,26 | 0,77 | 1,36 | 0,89 | 1,46 | 1,03 | 1,56 | 1,22 | 1,66 | 1,49 |
| 1,28 | 0,8 | 1,38 | 0,92 | 1,48 | 1,07 | 1,58 | 1,27 | 1,68 | 1,54 |
Для стали марок 3404 3405 см. [1, табл. 8.10].
Таблица 6.3
Кривая намагничивания стали
| В, Тл | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,8 |
| Н, А/м | 2 500 |
Напряженность магнитного поля в воздушном зазоре
,
где m0 = 1,256 ×10–6.
Ток холостого хода:
, 
(предел в сторону уменьшения не оговаривается).
10. Параметры схемы замещения при холостом ходе.
; 
; 
.
Рис. 6.3. Схема замещения х.х. для одной фазы трансформатора
11. Расчет характеристик холостого хода целесообразно свести табл. 6.4
Таблица 6.4
Характеристики х.х.
| № | U *1ф, о/е | 0,8 | 0,9 | 1,0 | 1,1 |
| U 1ф, В | |||||
| |||||
| |||||
| Р х.х. = Р х.х.р × (U *1ф)2, Вт | |||||
| |||||
| Н с по кривой табл. 6.3, А/м | |||||
| Н я по кривой табл. 6.3, А/м | |||||
| |||||
| |||||
| |||||
|
12. Расчет потерь холостого хода при включении трансформатора в сеть при номинальном напряжении и частоте 60 и 40 Гц:
Р х.х.50 = Р х.х.р, Вт;
, Вт;
, Вт.