Расчет трехфазного двухобмоточного трансформатора 320 кВа, 10/0,525 кВ, 50 гц с естественным масляным охлаждением Исходные данные для проектирования

Номинальная мощность трансформатора . . . . . . . . . . . .	S = 320 кВА
Число фаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	m =3
Частота сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	f=50 Гц
Режим работы трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	продолжительный
Номинальное высшее линейное напряжение . . . . . . . . .	UВН = 10000 В
Номинальное низшее линейное напряжение . . . . . . . . . .	UНН = 525 В
Схема и группа соединения обмоток . . . . . . . . . . . . . . . .	Y/Δ – 11
Способ охлаждения трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . .	естественное масляное
Напряжение короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . .	uк = 5,5%
Потери короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Рк = 6200 Вт
Потери холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Ро = 1900 Вт
Ток холостого хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	io = 7%

Расчет трансформатора ведется в двух вариантах:

вариант I – с обмотками из медного провода;

вариант II – с обмотками из алюминиевого провода.

Для краткости , первичная обмотка трансформатора – обмотка 1, а вторичная – обмотка 2.

1 Основные электрические величины

Номинальные фазные напряжения

В;

В.

Номинальные линейные токи

А;

А.

Номинальные фазные токи

А;

А.

Вариант I

2 Определение основных размеров трансформатора

Данные для расчета:

• металл провода обмоток – медь;

• марка стали сердечника – 1212;

• толщина листов стали – 0,5 мм;

• удельные потери в стали р₁₀= 1,6 Вт/кг;

• магнитная индукция в стержнях В_с=1,4 Тл;

• средняя плотность тока в обмотках j = 4 А/мм².

Отношение веса стали G_c к весу металла обмоток G_м

;

где p_м – удельные потери в металле обмоток для меди p_м=2,4 Вт/кг.

ЭДС на один виток

В/виток;

где С₀ – коэффициент определяемый формой катушек, материалом. При трехслойной конструкции, медь, круглая форма катушек С₀ = 0,3…0,37 [4].

Число витков в обмотке 1

витков;

Число витков в обмотке 2

витков;

Уточненное значение ЭДС на виток

В/виток;

Площадь поперечного сечения стали стержня сердечника

см²;

Форма сечения стержня трансформатора показана на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 Ступенчатая форма поперечного сечения стержня трансформатора

Число ступеней стержня сердечника n=6;

Число каналов в сердечнике – сердечник без каналов;

Коэффициент заполнения площади описанного круга площадью ступенчатой фигуры k_кр=0,875[4];

Изоляция стали – бумага;

Коэффициент заполнения ступенчатой фи­гуры сталью f_с=0,92[4];

Диаметр круга, описанного вокруг стержня сердечника

см.

Номинальная полная мощность обмотки 1 на стержень сердечника

кВА;

где с – число фаз.

Номинальное напряжение обмотки 1 на стержень сердечника

В;

Номинальный ток обмотки 1 на стержень сердечника

А;

Число витков обмотки 1 на стержень сердечника

витков;

Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 1

мм²;

Тип обмотки 1 – цилиндрическая двухслойная из провода прямоугольного сечения [2].

Номинальная мощность обмотки 2 на стержень сердечника

кВА;

Номинальное напряжение обмотки 2 на стержень

В;

Номинальный ток обмотки 2

А;

Число витков обмотки 2 на стержень

витков;

Предварительная площадь поперечного сечения провода обмотки 2

мм²;

Тип обмотки 2 – многослойная цилиндрическая из провода круглого сечения [2].

Испытательное напряжение обмотки 1

кВ;

Испытательное напряжение обмотки 2

кВ;

Изоляционный цилиндр между обмоткой 1 и сердечником δ_цо не предусматривается;

Полное расстояние между обмоткой 1 и стержнем сердечника

δ_о=0,6 см;

Расстояние между обмоткой и ярмом

l_о=3 см;

Толщина изоляционного цилиндра в про­межутке между обмотками 1 и 2

δ_ц12=0,3 см;

Толщина каждого из двух вертикальных каналов

а_к12=0,5 см;

Полное расстояние между обмотками 1 и 2

δ₁₂=2а_к12+δ_ц12=2^.0,5+0,3=1,3 см;

Предварительная радиальная толщина об­мотки 1 из медного провода при мощности одного стержня от 50 до 500 кВт δ₁=1,6…2 см [4].

Принимаем δ₁=1,8 см;

Предварительная радиальная толщина об­мотки 2 при предыдущих мощностях δ₂=2,5…3,2 см [4].

Принимаем δ₂=3 см;

Предварительное приведенное расстояние между обмотками

см.

Таблица 2.1 Минимально допустимые изоляционные расстояния масляных трансформаторов

Номинальная мощность обмотки 1 на стержень Р1с , кВА	Испытательное напряжение обмотки 1, кВ	Между обмоткой 1 и стержнем сердечника		Номинальная мощность обмотки 2 на стержень Р2с , кВА	Испытательное напряжение обмотки 2, кВ	Между обмотками 1 и 2		Между обмотками и ярмом lo, см	Между обмотками смежных стержней δа, см
		δо, см	δцо, см			δ12, см	δц12, см
5 – 190	5	0,5 – 1,2	-	5 - 35	18 - 25	0,85	0,25	2,0	1,0
				60 - 190		1,2	0,25	2,0 – 3,0	1,0
5 – 190	18 и 25	1,2	0,25	250 и выше		1,7	0,5	3,0 – 5,0	1,0
250 и выше	5; 18; 25	1,5	0,5	5 – 190	35	1,2	0,3	3,0	1,4
5 – 190	35	1,8	0,4	250 и выше		1,7	0,5	3,0 – 5,0	1,5
250 и выше		1,8	0,5	5 – 190	45	1,5	0,35	4,0	1,7
5 – 190	45	1,8	0,35	250 и выше		1,7	0,5	4,0 – 5,0	1,7
250 и выше		2,0	0,5	5 – 190	55	1,8	0,4	5,0	2,0
5 – 190	55	2,1	0,4	250 и выше		1,8	0,5	5,0	2,0
250 и выше		2,3	0,5	5 – 250	85	2,7	0,5	6,0	3,0
5 – 1900	85	3,0	0,61	330 и выше		2,7	0,5	7,5	3,0

Средний диаметр обмотки 1

см;

Предварительный эскиз расположения обмоток в окне трансформатора представлен на рисунке 2.2.

Средний диаметр обмотки 2

см;

Средняя длина витка обмоток

см.

Рисунок 2.2 Предварительный эскиз расположения обмоток в окне

трансформатора и автотрансформатора

Активная составляющая напряжения корот­кого замыкания

;

Индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания

;

Высота обмоток по оси стержня сердечника

см;

где К_р= 0,95…0,97 – коэффициент учитывающий переход от средней длины магнитных линий потоков рассеяния к действительной высоте обмоток по оси стержня [4].

Предварительный эскиз расположения обмоток в окне трансформатора представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 Предварительный эскиз расположения обмоток в окне

трансформатора

Таблица 2.2 Результаты расчетов

Материал обмоток трансформатора	Основные размеры трансформатора, см
	D0	δ0	δ12	δ1	δ2	l0	l1=l2	lc
Медные обмотки	18,8	0,6	1,3	1,8	3	3	38,2	44,2
Алюминиевые обмотки	17	0,6	1,3	2,7	4	3	70	76

Высота окна сердечника

см.

Отношение высоты окна сердечника к диа­метру стержня сердечника

,

При обмотках из медного провода в трансформаторах с масляным охлаждением l_c/D₀=1,6…2,6 [5].