Визначення потужності короткого замикання

електричної мережі (до формули 5.19)

Клас напруги ВН, кВ	6-10	10-35	110
Потужність короткого замикання електричної мережі, МВА	500	2500	15000

Найбільше миттєве значення струму короткого замикання (ударний струм короткого замикання) визначається із виразу:

= , (5.20)

де - коефіцієнт, що ураховує максимально можливу аперіодичну складову струму короткого замикання,

=1+ . (5.21)

У табл.5.3 наведені значення добутку для різних співвідношень .

Таблиця 5.3

Значення при різних відношеннях

	1,0	1,5	2,0	3,0	4,0
	1,51	1,63	1,75	1,95	2,09
	5,0	6,0	8,0	10,0	14 і більше
	2,19	2,28	2,38	2,46	2,55

Найбільшу небезпеку при короткому замиканні становлять для обмоток трансформатора механічні сили, що виникають між обмотками та їх частинами. При розрахунку та конструюванні трансформатора механічні сили необхідно ураховувати, бо вони можуть призвести до руйнування обмотки, деформації або розриву витків.

Розглядаючи загалом всю обмотку як монолітне тіло, можна визначити сумарні сили, що діють на обмотку в осьовому та радіальному напрямках, і отримати загальну наближену уяву про механічну міцність обмотки.

Основним завданням при розрахунку та конструюванні трансформатора є не тільки визначення механічних зусиль, що виникають в обмотках, але також і забезпечення конструктивних факторів, направлених на зменшення можливих механічних сил. До таких факторів відносяться: рівномірний розподіл витків уздовж висоти кожної обмотки; виготовлення усіх обмоток стержня з однаковою висотою; симетричне розміщення усіх витків обмотки ВН, що вимикаються, відносно середини висоти обмотки та ін.

Радіальну силу, Н, визначимо за формулою:

=0,628 ( )² 10^-6 , (5.22)

де - визначають за формулою (5.17);

- число витків однієї із обмоток (для обмотки ВН на середній ступені);

- визначають за формулою (5.20).

За формулою (5.22) визначаємо сумарну радіальну силу, що діє на зовнішню обмотку і намагається розтягнути її. Така за величиною, але направлена протилежно, діє сила на внутрішню обмотку, намагаючись стиснути її. Обидві ці сили рівномірно розподілені по колу обох обмоток (рис.5.2).

Рис. 5.2. Дія радіальних сил на концентричні обмотки

Величину осьових сил можна визначити за формулою:

, (5.23)

де .

Осьова сила є сумою елементарних осьових сил, прикладених до окремих провідників обмотки та направлених униз у верхній половині і уверх у нижній половині кожної обмотки. Сила досягає максимального значення на середині висоти обмотки. Осьові сили діють на міжкотушкову та міжвиткову ізоляцію, яку необхідно перевірити на стиск. У циліндричних обмотках осьові сили можуть викликати сповзання крайніх витків зовнішнього шару, якщо вони недостатньо закріплені.

Формула (5.23) справедлива тільки при рівномірному розподілі витків уздовж висоти обох обмоток, що зустрічається лише при використанні на стороні ВН багатошарових циліндричних обмоток, коли регулювальні витки, що вимикаються, розміщені рівномірно уздовж висоти всього зовнішнього шару обмотки.

В усіх інших випадках вимикання регулювальних витків призводить до порушення рівномірності розподілу витків уздовж висоти обмотки. За наявності розриву витків уздовж висоти обмотки виникає ще осьова сила , величину якої визначають за формулою:

, (5.24)

де , - величини, значення яких очевидне з рис.5.3.

Рис.5.3. До розрахунку осьових сил

За формулою (5.24) можна визначити сили для різного розміщення обмоток, наведеного на рис. 5.4, при різних величинах постійного множника т.

На рис. 5.4 наведені величини т, а також розміщення точок зосередження максимальних стискуючих осьових сил уздовж висоти обмоток НН і ВН (1 і 2) та вказані ці сили. За цими даними, можна визначити максимальну величину осьових сил у міжкотушковій (міжвитковій для гвинтових обмоток) ізоляції, а також тиск обмотки на ярмо.

Рис.5.4. Розподіл стискуючих осьових сил для різних випадків взаємного розміщення обмоток

Основні дані для на рис.5.4 наведені за умови, що > . В окремих випадках може бути, що > . Тоді розподіл сил в обмотках зміниться і буде таким, як це зображено на рис.5.4. Осьові сили значно залежать від того, на якій ступені регулювання напруги працює трансформатор, тобто від розриву в обмотці .

Після визначення , , необхідно визначити максимальне значення стискуючої сили в обмотці і сили, що діє на ярмо, .

Для розрахунку механічної міцності обмотки, переважно, визначають напругу стиску у внутрішній обмотці (НН), що виникає під дією радіальної сили , і напругу стиску в прокладках між витками та котушками від найбільшої із осьових сил або .

Силу визначають за формулою:

= /(2π). (5.25)

Напругу стиску, Мпа, в провіднику внутрішньої обмотки визначають із виразу

, (5.26)

де - число витків обмотки (котушки) для якого визначена сила;

- площа поперечного перерізу одного витка, м².

Механічна стійкість внутрішньої обмотки залежить від багатьох факторів однак наближено її оцінюють за величиною . Для забезпечення стійкості необхідно, щоб виконувалась умова < 30 МПа в мідних обмотках.

Осьові стискуючі сили сприймаються, зазвичай, міжкотушковими прокладками і опорними прокладками з електроізоляційного картону.

Напруга стиску на опорних поверхнях, МПа, дорівнює

= , (5.27)

де п – число прокладок по колу обмотки;

а – радіальний розмір обмотки, м;

в – ширина прокладки, м.

Величина напруги , визначена за формулою (5.27), повинна задовольняти нерівність ≤18÷20 МПа для трансформаторів потужністю до 6300 кВА і ≤ 35÷40 МПа для трансформаторів потужністю понад 6300 кВА. У (5.27) необхідно підставити максимальну величину стискуючої осьової сили , визначену за рис.5.4. Якщо > , необхідно підставити в цю формулу силу .

Температура мідної обмотки протягом часу після виникнення короткого замикання дорівнює

, (5.28)

де - найбільша тривалість короткого замикання на виводах масляного трансформатора приймається 4 с при короткому замиканні на обмотці з номінальною напругою ≤35 кВ;

J – густина струму при номінальному навантаженні, А/м²;

=90⁰С – початкова температура обмотки.

Час, с, протягом якого мідна обмотка досягає допустимої температури 250⁰С, визначають за формулою:

. (5.29)