4.3 Определение механических сил в обмотках и нагрева обмоток при коротком замыкании

Действующее значение установившегося тока короткого замыкания в обмотке НН или ВН, А,

,

.

В результате взаимодействия тока в обмотках с магнитным полем обмоток (полем рассеяния) возникают электромагнитные силы, оказывающие механическое действие на обмотки.

В начальный момент короткого замыкания токи значительно превышают установившиеся значения за счет апериодической составляющей. Поэтому механические силы в обмотках в несколько раз превышают силы при установившемся токе короткого замыкания.

Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, А,

,

,

где k_M – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания,

.

Радиальная сила, действующая на обмотку ВН, Н,

Поперечное поле рассеяния, направление которого в верхних и нижних половинах обмоток прямо противоположно, образует механические силы F_OC ^/ (рисунок 4.1), сжимающие обмотки в осевом направлении. Осевую силу F_OC ^/, Н, определяют по формуле

.

Взаимное положение обтекаемых током частей обмоток	Случай F//oc >F/oc
	Обмотка 1	Обмотка 2

Рисунок 4.1 – Схемы сжимающих осевых сил для различных случаев взаимного положения обтекаемых током частей обмоток.

Дополнительная осевая сила F ^//_OC, Н, определяют по формуле

.

Здесь расстояние от стержня магнитопровода до стенки бака трансформатора, м,

.

где D^//₂, – наружный диаметр обмотки ВН в м;

d_H – нормализованный диаметр стержня трансформатора в м;

S₅ – расстояние от обмотки ВН до стенки бака, м.

Максимальное значение сжимающей силы в обмотке F_сж и действующее на ярмо силы F_я

,

,

,

,

Напряжение сжатия на опорных поверхностях, МПа,

,

.

Здесь п – число прокладок по окружности обмотки, равное числу реек = 12; а – радиальный размер обмотки, мм; b – ширина опорной прокладки, 50 мм.

Сила, сжимающая внутреннюю обмотку, Н,

.

Напряжение сжатия в проводе внутренней обмотки, МПа,

.

Для обеспечения стойкости этой обмотки при воздействии радиальных сил рекомендуется не допускать σ_СЖ.Р в алюминиевых более 15 МПа.

Температура обмотки через t_К секунд после возникновения короткого замыкания, °С,

,

.

Здесь t_K – наибольшая продолжительность короткого замыкания на выводах масляного трансформатора, (4 сек); k – коэффициент, равный 5,5 для алюминиевых проводов обмоток; и_К – напряжение короткого замыкания, %; J – плотность тока в рассматриваемой обмотке, А/мм²; θ_H – начальная температура обмотки, принимаемая равной 90 °С. θ_K ≤ 200 °С для алюминиевого провода обмоток.