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:

Полученное значение удовлетворяет требованиям ГОСТа

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.

14. Время, в течении которого температура обмотки достигнет 250 С⁰

Расчет производится по формуле:

(8.19)

При вычислении было получено след значение:

Время, в течении которого температура обмотки достигнет 250С ⁰

Равно 20,1с, что является достаточным для срабатывания защиты и отключения трансформатора.

9. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Коэффициент полезного действия трансформатора вычисляется по формуле:

(9.1)

При вычислении было получено след. значение:

10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Преобразовательный трансформатор типа ТПМЖ двух-обмоточный, соединение обмоток «треугольни»/«треугольник». Обмотки выполнены прямоугольным проводом с масляными каналами в радиальном и аксиальном направлениях.

Первичная обмотка имеет одну параллельную ветвь с одним проводникоми. Вторичная обмотка НН имеет 6 параллельных ветвей с 10 катушками в каждой параллельной группе.

Основные технические данные обмоток:

I1Ф=91 А	I2Ф=1177 А
W1=778	W2=60
Δ1=2,75 А/мм2	Δ2=3,06 А/мм2
П1=33,1 мм2	П2=61,6 мм2
F1=70980 А	F2=70650 А
q1=758 Вт/ м2	q2=1016 Вт/ м2
в'1=11,7 мм	в'2=11,2 мм
а1=40,42 мм	а2=40,44 мм
GM1=1360 кг	GM2=2403 кг
U1Ф=35000 В	U2Ф=2700 В
РЭ1=25918,2 Вт	РЭ2=56701 Вт

Магнитопровод выполнен из листов электротехнической стали толщиной 0,35 мм.

Основные размеры магнитопровода:

dC = 45 мм	НС = 144 см
Н = 242 см	НС/dC = 3,15
РХ = 19484,15 Вт	GСТ = 8545,68 кг

Бак гладкий с шестью двойными навесными радиаторами и расширителем. Общие габариты бака:

Длина Lб = 2,7 м	Ширина В = 1,0 м
Высота Нб = 3,3 м

Напряжение короткого замыкания u_K = 8.08 %.

Ток холостого хода I₀ = 0,327 А или i₀ = 0,354 %.

Температура перегрева обмоток:

ВН НН

Максимальный КПД:

Основные удельные показатели:

(GM1+GM2)/S1 = 0,39 кг/кВА	GCT/S1­ = 0,89 кг/кВА
GCT/(GM1+GM2) = 2,27

46