- •Введение
- •1.Задание на проектирование.
- •2. Предварительное оптимизационное проектирование и проектные исследования
- •2.1 Предварительное определение конструктивных и энергетических показателей трансформаторов
- •2.1.1. Конструктивные параметры магнитной системы и выбор величины индукции в стержне
- •2.1.2. Определение изоляционных промежутков
- •2.1.3. Определение коэффициента заполнения обмоток проводниковым материалом
- •2.1.4 Обмоточный конструктивный коэффициент -
- •2.1.5 Выбор коэффициента закрытия поверхности обмоток и удельной тепловой нагрузки обмоток
- •2.2. Критерии оптимальности трансформатора и определение начальных значений управляемых переменных.
- •2.2.1. Математическая модель критерия приведенных затрат на трансформацию электрической энергии.
- •2.2.2. Математическая модель критерия капитализированных затрат.
- •2.2.2.1. Оценка удельной капитализированной стоимости потерь холостого хода
- •2.2.2.2. Оценка капитализированной стоимости нагрузочных потерь
- •2.3 Основные уравнения расчетной математической модели трансформатора.
- •2.4. Алгоритм предварительного расчёта основных размеров и параметров трансформатора.
- •3. Методика применения программного комплекса “Аметист” для автоматизированного синтеза, анализа и оптимизации трансформаторов.
- •3.1. Общие сведения
- •Система управления сапр “Аметист”
- •3.2.3. Предварительный расчет
- •3.2.4. Оптимизация электромагнитных показателей
- •3.2.4.1. Оптимизация электромагнитных показателей по одной управляемой переменной
- •3.2.4.2. Оптимизация электромагнитных показателей по двум управляемым переменным
- •3.3. Синтез и оптимизация обмоток
- •4. Автоматизация процесса оптимизации параметров трансформаторов
- •4.2. Алгоритм процесса оптимизации методом циклического покоординатного спуска.
- •4.3. Методика автоматизированного синтеза и оптимизации трансформаторов на основе метода цпс.
- •5. Детальное проектирование трансформаторов.
- •5.1. Объём детального проектирования и его последовательность.
- •5.2. Раскладка, детальное конструирование и расчет обмоток.
- •5.2.1. Определение фазных напряжений и токов обмоток:
- •5.2.2. Определение чисел витков обмоток ( на одну фазу ):
- •Расчёт плотностей токов в обмотках нн и вн
- •Раскладка обмотки нн
- •5.2.5. Раскладка обмотки вн
- •5.2.6. Определение площади поверхностей охлаждения обмоток
- •5.2.7. Определение массы обмоток, расчёт основных и добавочных потерь короткого замыкания
- •5.3. Определение основных параметров мс, потерь в стали и тока холостого хода.
- •5.4. Расчёт механических напряжений в обмотках от радиальных усилий
- •5.5. Тепловой расчёт обмоток
- •5.6 Тепловой расчет бака.
- •5.7. Экономический расчёт
- •Пример предварительного оптимизационного расчёта трансформатора.
- •6.2. Предварительный расчет основных размеров и конструктивных показателей трансформатора.
- •Пример детального расчёта трансформатора.
- •7.1. Определение фазных напряжений и токов .
- •7.2 Определение конструктивных параметров мс и размеров изоляции в окне.
- •7.3 Определение числа витков обмоток:
- •7.4. Расчёт среднего значения плотности тока в обмотках. Определение плотности тока в обмотках нн и вн.
- •Расчёт обмотки вн.
- •7.7. Определение площадей поверхности охлаждения обмоток.
- •Определение массы обмоток, основных и добавочных потерь в обмотках, отводах, и баке. Проверка величины напряжения короткого замыкания.
- •7.9. Определение массы стали мс, определение потерь в стали и тока холостого хода.
- •7.10. Расчет механических напряжений в обмотках
- •7.11. Тепловой расчет обмоток
- •7.12. Тепловой расчет бака
- •7.13. Экономический расчет
- •Приложение а
- •Приложение б Основные данные обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений
- •Додаток в Форми вихідних даних для проектних досліджень Таблиця в1. Вихідні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в2. Конструктивні дані досліджуваного трансформатора
- •Таблиця в3. Техніко-економічні дані
2.1.2. Определение изоляционных промежутков
Изоляционные промежутки зависят от класса напряжения трансформатора. Класс напряжения определяется величиной длительно допустимого номинального напряжения, приложенного к обмотке ВН. Для каждого класса напряжения установлена величина испытательного напряжения переменного тока с частотой 50 Гц. Кроме того, новые типы трансформаторов испытываются импульсным напряжением. Классы номинальных и испытательных напряжений приведены в таблице 3.5. При классе напряжения 20 кВ и выше входные витки обмотки ВН выполняются с усиленной изоляцией.
Таблица 2.5. Классы номинальных и испытательных напряжений.
Класс напряжения, кВ |
До 1 |
3 |
6 |
10 |
20 |
35 |
Испытательное напряжение, кВ |
5 |
18 |
25 |
35 |
55 |
85 |
Для класса напряжения 35 кВ в трансформаторах 1-го и 2-го габаритов в качестве защиты от перенапряжений под внутренним слоем обмотки ВН устанавливается металлический экран в виде незамкнутого цилиндра из латунного листа толщиной 0.5 мм. Цилиндр соединяется с линейным концом обмотки и изолируется от внутреннего слоя обмотки обычной межслойной изоляцией или электрокартоном толщиной 0,1см. Такая же изоляция устанавливается со стороны канала.
В масляных трансформаторах изоляция разделяется на внешнюю (изоляция отводов в воздухе) и внутреннюю (изоляция обмоток, отводов, переключателя в масле).
В данном учебном пособии приводятся сведения о внутренней изоляции. Вопросы, связанные с внешней изоляцией, подробно излагаются в [1,3,7].
Внутренняя изоляция в свою очередь подразделяется:
а) на поперечную изоляцию между обмотками и изоляцию обмоток от стержня (изоляция поперек окна).
Общий размер изоляционных промежутков поперек окна обозначается через , мм
, (2.4)
где и- суммарная ширина вертикальных охлаждающих каналов соответственно в обмотках 1 и 2 (НН и ВН). В цилиндрических слоевых обмотках, применяемых в рассматриваемых трансформаторах, количество вертикальных охлаждающих каналов зависит от необходимой величины охлаждаемой поверхности обмоток и выбирается равным 1 или 2. При=0 обмотка наиболее компактна, но и поверхность охлаждения её минимальна.
б) продольную изоляцию между обмотками и ярмом - , мм
(2.5)
Изоляционные промежутки в зависимости от мощности трансформатора и его класса напряжения приведены в табл. 2.6; 2.7; 2.8.
Таблица 2.6 Минимально допустимые изоляционные промежутки для обмоток НН.
, к·ВА |
Класс напряжения, кВ |
НН от ярма 0,5, мм |
НН от стержня , мм |
25-250 |
До 1 |
15 |
4 |
400-630 |
До 1 |
См. примечание |
5 |
Примечание:
Расстояние принимается равным расстояниюдля обмотки ВН.
Таблица 2.7 Минимально допустимые изоляционные расстояния для обмоток ВН.
, кВА |
Класс напряжения, кВ |
ВН от ярма |
Между ВН и НН |
Между ВН и ВН | ||||||||||
,мм |
,мм |
,мм |
,мм |
,мм |
,мм |
,мм | ||||||||
25-100 |
3 и 6 |
20 |
- |
9 |
2,5 |
10 |
8 |
- | ||||||
160-630 |
3 и 6 |
30 |
- |
9 |
3 |
15 |
10 |
- | ||||||
25-400 |
30 |
- |
9 |
3 |
15 |
10 |
- | |||||||
630 |
35 |
75 |
2 |
27 |
5 |
50 |
20 |
3 |
Ширина вертикальных охлаждающих каналов - между концентрами обмотки в зависимости от высоты обмоток () выбирается по таблице 2.8.
Таблица 2.8.
, мм |
До 300 |
300-500 |
500-1200 |
, мм |
5 |
6 |
8 |
Для таблиц 2.6 и 2.7 основные изоляционные промежутки показаны на рис. 2.5. Кроме вышеуказанных, в табл. 2.6 и 2.7 приведены следующие изоляционные промежутки [1,2,7]:
- толщина изоляционной шайбы, мм при классе напряжения 35 кВ;
- толщина изоляционного цилиндра между обмотками НН и ВН, мм;
- выступ этого цилиндра за высоту обмоток, мм;
- толщина междуфазной перегородки, мм.
Изоляция обмоточного провода выбирается исходя из рабочего напряжения обмотки при выборе стандартного провода (приложение Б).