3.1.4. Определение параметров короткого замыкания

● Определение потерь короткого замыкания – основных и добавочных в обмотках, добавочных в элементах конструкции.

● Определение напряжения короткого замыкания.

3.1.5. Окончательный расчет магнитной системы. Определение

параметров холостого хода

● Определение размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма.

● Определение массы стержней и ярм и массы стали.

● Определение потерь холостого хода.

● Определение тока холостого хода.

3.1.6. Тепловой расчет и расчет системы охлаждения

● Поверочный тепловой расчет обмоток.

● Расчет системы охлаждения (бака и радиаторов или охладителей). Определение габаритных размеров трансформатора.

● Расчет превышений температуры обмоток и масла над воздухом.

● Определение массы масла и основных размеров расширителя.

3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

Трехфазный трансформатор. Номинальный (линейный) ток обмотки, А

,

где S – в кВ∙А.

Фазный ток обмотки: – для соединения в звезду или зигзаг; – для соединения в треугольник.

Фазное напряжение: – для соединения в звезду; – для соединения в треугольник.

При соединении в зигзаг фазное напряжение обмотки равно ; это напряжение получается путем геометрического сложения двух напряжений, каждое из которых для трансформатора общего назначения равно

Однофазный трансформатор. Номинальный (линейный) ток, А,

;

Напряжение .

Испытательные напряжения выбираются по табл. 8 для одноминутного испытательного напряжения промышленной частоты для линейного вывода относительно земли и других обмоток.

3.3 Определение основных размеров трансформатора

Подавляющее большинство современных силовых трансформаторов выполняется с плоской магнитной системой (магнитопроводом) стержневого типа, с вертикально расположенными стержнями, имеющими поперечное сечение в виде ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с обмотками в виде круговых, цилиндров (рис. 5).

В последнее время получают распространение также пространственные симметричные магнитные системы.

Число ступеней в сечении стержня и коэффициент заполнения площади круга площадью П_ф,с ступенчатой фигуры

могут быть выбраны по табл. 2 для масляных и по табл. 3 для сухих трансформаторов.

Охлаждающие каналы в сечении стержня масляного трансформатора — продольные по отношению к расположению пластин, шириной 6 мм, при диаметре стержня 0,36—0,48 м— один канал; 0,50—0,60 м — два; 0,63—0,75 м — три; 0,80—0,95 м — четыре; 1,00—1,09 м — пять-шесть; 1,12—1,18 м — семь; 1,22—1,29 м — восемь и 1,32—1,50 м — девять; при диаметрах 0,80—1,50 м — дополнительно один поперечный канал шириной 10 мм.

В стержне сухого трансформатора — один продольный канал шириной 20 мм при диаметрах 0,24—0,26 м и два таких канала при диаметрах 0,28—0,32 м.

Поперечное сечение ярма — многоступенчатое с числом ступеней на 1—2 меньше числа ступеней стержня. Коэффициент увеличения площади сечения ярма по отношению к сечению стержня— 1,01—1,03.

При мощностях трехфазных трансформаторов до 630 кВ∙А и диаметре стержня до 0,22 м прессовка набора пластин стержня осуществляется путем забивания деревянных стержней и планок между стержнями магнитной системы и обмоткой НН. При больших мощностях и диаметрах предварительно опрессованный стержень стягивается бандажами из стеклоленты. Ярма прессуются ярмовыми балками, стягиваются шпильками, расположенными вне объема ярма.

Выбор марки стали может быть сделан по табл. 4. По этой таблице может быть выбрана индукция в стержне.

Электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая сталь изготовляется по ГОСТ 21427.1-83 . с электроизоляционным термостойким двусторонним покрытием, выдерживающим отжиг при температуре до 820±10 °С. При мощностях трансформаторов до 100 000 кВ∙А это изоляционное покрытие обычно считается достаточным. При больших мощностях предпочитают дополнительно покрывать пластины магнитной системы непроводящей пленкой электроизоляционного лака КФ-965 по ГОСТ 15030-78 с последующей сушкой и запеканием при температуре 450–550 °С. Коэффициенты заполнения , т.е. отношение активного сечения стали к площади ступенчатой фигуры стержня или ярма , для различных видов изоляции пластин приведены в табл. 5. Коэффициент заполнения сталью, т.е. отношение активного сечения стержня к площади круга с диаметром, равным диаметру стержня трансформатора, равен произведению коэффициентов .

Основными размерами трансформатора принято называть диаметр стержня магнитной системы d; высоту обмотки l; диаметр осевого капала между обмотками d₁₂, приближенно равный среднему диаметру витка двух обмоток (рис. 5).

Таблица 2. Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных масляных трансформаторов и коэффициент заполнения k_кр

Мощность трансформатора, кВ∙А	До 16			16	25	40-100	160-630
Ориентировочный диаметр стержня d, м	До 0,08			0,08	0,09	0,10-0,14	0,16-0,18	0,20	0,22
Число ступеней	1	2	3	4	5	6	6	7	8
Коэффициент kкр	0,636	0,786	0,851	0,861	0,890	0,91-0,92	0,913	0,918	0,928
Мощность трансформатора, кВ∙А	1000-1600		2500-6300		10000	16000	25000	32000-80000
Ориентировочный диаметр стержня d, м	0,24-0,26	0,28-0,30	0,32-0,34	0,36-0,38	0,40-0,42	0,45-0,50	0,53-0,56	0,60-0,67	0,71-0,75
Число ступеней	8	8	9	9	11	14	15	16	16
Коэффициент kкр	0,925	0,928	0,929	0,913	0,922	0,927	0,927	0,929	0,931
Мощность трансформатора, кВ∙А	100000-1000000
Ориентировочный диаметр стержня d, м	0,80-0,95		1,00-1,09	1,12-1,18		1,22	1,25-1,36	1,40-1,50
Число ступеней	12		13	15		16	17	18
Коэффициент kкр	0,892-0,904		0,899-0,907	0,903-0,909		0,910	0,912-0,913	0,913-0,914

Примечания: 1. Коэффициент k_кр приведен с учетом охлаждающих каналов в сечении стержня.

2. При использовании таблицы для однофазного или трехобмоточного трансформатора его мощность следует умножить на 1,5.

3. До диаметра стержня d = 0,22 м стержень прессуется расклиниванием с обмоткой, при d > 0,22 м прессовка осуществляется бандажами.

Таблица 3. Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных сухих трансформаторов

Мощность трансформатора S, кВ∙А	До 10	10	16-100	160-400	630-1000	1600
Ориентировочный диаметр стержня d, м	До 0,08	0,08	0,09-0,014	0,16-0,22	0,24-0,26	0,28-0,32
Число ступеней	3	4	5-6	7-8	7	8
Коэффициент kкр	0,851	0,877	0,915-0,92	0,93-0,935	0,8	0,82
Наличие продольных каналов	Без каналов				Один канал	Два канала

Примечания: 1. Коэффициент k_кр учитывает наличие охлаждающих каналов в сечении стержня.

2. При использовании таблицы для однофазного трансформатора его мощность следует умножить на 1,5.

Таблица 4. Рекомендуемая индукция в стержнях силовых трансформаторов B_С, Тл

Марка стали по ГОСТ 21427.1-83	Мощность трансформатора, кВ∙А
	До 16	25-100	160 и выше
Масляные трансформаторы
3411, 3412, 3413 3404, 3405, 3406	1,45-1,50 1,50-1,55	1,50-1,55 1,55-1,60	1,55-1,60 1,60-1,65
Сухие трансформаторы
3411, 3412, 3413 3404, 3405, 3406	1,35-1,40 1,40-1,45	1,40-1,45 1,50-1,55	1,45-1,55 1,50-1,60

Примечание. В трансформаторах мощностью 100000 кВ∙А и выше иногда допускают индукцию до 1,7 Тл.

Таблица 5. Коэффициенты заполнения сечения пакета сечением стали k_з

Толщина стали, мм	Покрытие
	термостойкое	термостойкое плюс однократная лакировка
0,27 0,30 0,35	0,94-0,95 0,95-0,96 0,96-0,97	0,935-0,945 0,945-0,955 0,955-0,965

Примечание. Большее значение k_з можно принимать для трансформаторов мощностью от 1000 кВ∙А и более при прессовке стержней и ярм бандажами, меньшее значение – для трансформаторов мощностью до 630 кВ∙А включительно.

Диаметр стержня, м, предварительно определяется по формуле

,

где S_ст – мощность одного стержня в кВ∙А, ; выбор значения соотношения основных размеров может быть, сделан по табл. 6

( – средняя длина витка двух обмоток);

;

, где – по табл. 10;

,

где – по табл. 7; — коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному, ; – по табл. 2, 3, 5.

По диаметру стержня, найденному по формуле, выбирается ближайшее значение из нормализованного ряда диаметров стержня: 0,08; 0,085; 0.09: 0,095; 0,10: 0,105; 0,11; 0,115; 0,12; 0,125; 0,13; 0,14; 0,15; 0.16; 0,17; 0,18; 0,19; 0,20; 0,21; 0,22; 0,225; 0,23; 0,24; 0,245; 0,25; 0,26; 0,27; 0,28; 0,29; 0,30; 0,31; 0,32; 0,33; 0,34; 0,35; 0,36; 0,37; 0,38; 0,39; 0,40: 0,42; 0,45; 0,48; 0,50; 0,53; 0,56; 0.60; 0,63; 0,67; 0,71; 0,75.

После выбора нормализованного диаметра уточняется значение

.

Активное сечение стержня, м²,

.

Электродвижущая сила одного витка В,

.

Таблица 6. Рекомендуемые значения β

Мощность, кВ∙А	Алюминий			Медь
	6-10 кВ	35 кВ	110 кВ	6-10 кВ	35 кВ	110 кВ
25-100 160-630 1000-6300 6300-16000 25000-80000	1,2-1,6 1,2-1,6 1,3-1,7 – –	– 1,2-1,5 1,2-1,6 1,1-1,3 –	– – – 1,1-1,3 –	1,8-2,4 1,8-2,4 2,0-2,6 – –	– 1,8-2,4 1,8-2,4 1,7-2,0 1,3-1,6	– – – 1,6-2,0 1,5-1,8

а) Масляные трансформаторы

б) Сухие трансформаторы

Мощность, кВ∙А	Алюминий		Медь
	до 1 кВ	6-10 кВ	до 1 кВ	6-10 кВ
10-160 160-630 1000-1600	1,1-1,5 – –	– 1,2-1,6 1,1-1,3	1,6-2,2 – –	– 1,8-2,4 1,6-2,0

Примечание. В таблице приведены значения β, рекомендуемые для трехфазных масляных трансформаторов серий 6, 10, 35 и 100 кВ, отвечающих требованиям ГОСТ 12022-76, ГОСТ 11920-73 и ГОСТ 12965-74, и для современных трехфазных сухих трансформаторов. Сталь – марок 3404 и 3405 по ГОСТ 21427.1-83 толщиной 0,35; 0,30 и 0,27 мм; B_С =1,6÷1,65 Тл для масляных и B_С =1,4÷1,6 Тл для сухих трансформаторов.

Таблица 7. Значения коэффициента k в формуле для масляных трехфазных трансформаторов ПБВ с медными обмотками и потерями короткого замыкания по ГОСТ

Мощность трансформатора, кВ∙А	Класс напряжения, кВ
	10	35	110
До 250 400-630 1000-6300 10000-80000	0,63	0,65-0,58	–
	0,53
	0,51-0,43	0,52-0,48	–
	–	0,48-0,46	0,68-0,58

Примечания: 1. Для сухих трансформаторов с медными обмотками мощностью 10-160 кВ∙А принимать k=0,8÷0,74; для трансформаторов мощностью 160-1600 кВ∙А класса напряжения 10 кВ принимать k=0,58÷0,48.

2. Для обмоток из алюминиевого провода значение k, найденное из таблицы или по примечанию 1, умножить на 1,25.

3. Для обмоток НН из алюминиевой ленты трансформаторов, мощностью 100-1000 кВ∙А значения k принимать как для алюминиевого провода.

4. Для трансформаторов, регулируемых под нагрузкой (РПН) значения k, полученные из таблицы, умножить на 1,10.

5. При отклонении заданных потерь короткого замыкания от потерь, установленных соответствующим ГОСТ, на ±10% значение k, полученное из таблицы, умножить соответственно на 0,96 или 1,04.

Средний диаметр осевого канала, м,

;

, где – по табл. 9; , где для трансформаторов мощностью 25–630 кВ∙A; для трансформаторов 1000–6300 кВ∙А с напряжением на обмотке ВН 10 кВ и 1000–80 000 кВ∙А с напряжением на обмотке ВН 35 кВ; для всех трансформаторов с напряжением на обмотке ВН 110 кВ . Высота обмотки .