7. Расчет механических сил

Определение механических сил в обмотках трансформатора производится отдельно в осевом и радиальном направлениях.

Процесс короткого замыкания, являющийся аварийным режимом, сопровождается многократным увеличением тока в обмотках трансформатора по сравнению с номинальными токами, повышенным нагревом обмоток и ударными механическими силами, действующими на обмотки и их части.

Согласно ГОСТ 11677-85 наибольшая продолжительность короткого замыкания принимается длительностью до 4 с.

1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания

Расчет действующего значения установившегося тока производится по формуле:

(7.1)

При вычислении получено след. значение действующего значения установившегося тока:

2. Ударный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания вычисляется по формуле:

(7.2)

где K_М – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока короткого замыкания:

(7.3)

При вычислении были получены след. значения:

3. Радиальные силы

Радиальные силы F_P стремятся оттолкнуть одну обмотку от другой. Внутренняя обмотка под действием этой силы сжимается, а наружная – растягивается.

(7.4)

где l_в – средняя длина витка обмотки, см;

(7.5)

l_o – высота обмотки, см;

K_P – коэффициент Роговского;

(7.6)

При вычислении были получены след. значения:

4. Напряжение на разрыв в проводе обмотки

Напряжение на разрыв в проводе обмотки вычисляется по формуле:

(7.7)

Для данного класса трансформаторов максимально допустимое напряжение не должно превышать 150 мПа.

При вычислении было получено след. значение:

5. Осевые силы

Осевые сжимающие силы действующие на межкатушечную изоляцию (прокладки):

(7.8)

(7.9)

где l_X – величина, определяющая разность высот обмоток, см:

(7.10)

m – величина, зависящая от расположения обмоток; в нашем случае m=1;

(7.11)

При расчете было получено след. значение:

Результирующая сжимающая сила:

(7.12)

7.6. Напряжение на сжатие

Напряжение на сжатие вычисляется по формуле:

(7.13)

При вычислении было получено след. значение:

8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Тепловой проверочный расчет трансформатора производится для установившегося режима работы, а также в конце процесса короткого замыкания. Расчетные значения перегревов не должны превышать допустимые по ГОСТу.

1. Полные потери в трансформаторе

Полные потери в трансформаторе рассчитываются по формуле:

(8.1)

При вычислении было получено след. значение:

2. Необходимая поверхность охлаждения бака и радиаторов трансформатора

Необходимая поверхность охлаждения вычисляется по формуле:

(8.2)

При вычислении были получены след. значения:

3. Ширина бака

Ширина бака вычисляется по формуле:

(8.3)

где – расстояния от обмотки НН до стенки бака; зависит от напряжения обмотки и конструкции отводов.

Принимаются в диапазоне 2 – 20 см.

При вычислении получено след. значение ширины бака:

4. Боковая поверхность бака

Боковая поверхность бака вычисляется по формуле:

(8.4)

где – коэффициент, учитывающий закрытие бака;

– высота бака:

(8.5)

– высота магнитопровода;

– зависит от величины напряжения, конструкции выводов и других элементов; принимается

– прямая часть бака:

(8.6)

При вычислении были получены след. значения:

5. Поверхность крышки бака

Расчет поверхности бака производится по формуле:

(8.7)

где – коэффициент закрытия крышки бака; =0,4 – 0,5;

При вычислении получено след. значение:

6. Полная поверхность бака

Вычисление полной поверхности бака производится по формуле:

(8.8)

При вычислении было получено след. значение:

7. Полная длина бака

Полная длина бака вычисляется по формуле:

(8.9)

При вычислении было получено след. значение:

8. Необходимое поверхность радиаторов, их количество и тип

(8.10)

С учетом длины бака, а также его высоты выбираем необходимое количество радиаторов и их тип.

В соответствии с табл.5 выбираем двойные радиаторы шириной 598 мм. При длине бака возможно разместить по три радиатора с каждой стороны бака, при этом необходимая поверхность охлаждения каждого из них будет составлять:

(8.11)

По табл.5 выбираем радиатор площадью 33,2 м² с расстоянием между осями патрубков 2685 мм.

Исходя из выбранных радиаторов имеем:

(8.12)

(8.13)

Действительная тепловая нагрузка бака составит:

(8.14)

9. Температура нагрева обмоток

Пользуясь графиками, представленными на рис.13 и рис.14 методического указания к курсовому проекту, по значению тепловой нагрузки бака имеем:

Для обмотки ВН при

Для обмотки НН при

10. Перегрев обмоток над окружающей средой

Для обмотки ВН перегрев над окружающей средой вычисляется по формуле:

(8.15)

Для обмотки НН:

(8.16)

При вычислении были получены след. значения:

Для применяемой изоляции класса «А» максимальный перегрев обмоток, согласно ГОСТ, допускается 110 ^оС.

11. Перегрев масла над воздухом

В соответствии с графиком рис. 13 методического указания к курсовому проекту по тепловой нагрузке бака имеем

12. Превышение температуры масла в верхних слоях

Расчет превышения температуры масла в верхних слоях производится по формуле:

(8.17)

где – коэффициент, зависящий от конструкции; для трубчатых баков и баков с радиаторами ;

При вычислении было получено след. значение:

По ГОСТ превышение температуры масла не должно превышать значения 60 ^оС.

13. Температура обмотки в конце процесса короткого замыкания

Температура обмотки в конце процесса короткого замыкания, когда его отключает защита (t_K=4 с), вычисляется по формуле:

(8.18)

где – начальная температура обмотки; принимается .

Допустимая температура при коротком замыкании для трансформаторов с масляным охлаждением при медных обмотках и классе изоляции «А» составляет 250 ^оС.

В нашем случае < 250 ^оС, сто допустимо.