4. Предварительный расчет основных размеров трансформатора

Сердечник трансформатора является основой его конструкции, поэтому выбор главных размеров сердечника определяет также и основные размеры обмоток – диаметр и высоту.

Диаметр окружности d, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из основных размеров трансформатора. Вторым основным размером является высота обмоток трансформатора (обычно обе обмотки имеют одинаковую высоту). Третьим – является средний диаметр витка двух обмоток или диаметр осевого канала между обмоткамиd₁₂, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток₁и₂и осевого канала между ними₁₂.

Если эти три размера выбраны или известны, то остальные размеры, определяющие конфигурацию и объем сердечника и обмоток, например, высота стержня l_c, расстояние между осями соседних стержней С и другие могут быть легко найдены, если известны допустимые изоляционные расстояния от обмоток ВН до заземленных частей и до других обмоток (₁₂, ₂₂, l_o).

Два основных размера обмотки d₁₂иl связаны выражением

 = .

Величина определяет соотношение между шириной и высотой трансформатора. Эта величина может варьироваться в широких пределах и практически изменяться от 1,0 до 3,5. При этом меньшим значенииямсоответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, а большим – широкие и низкие.

Выбор того или иного значения будет существенно влиять не только на соотношение размеров трансформатора, но также на соотношение весов активных и других материалов, а следовательно, и на стоимость трансформатора.

Кроме того, изменение  будет сказываться на технических характеристиках трансформатора: потерях, напряжении короткого замыкания и токе холостого хода, механической прочности и нагревостойкости обмоток.

Первый основной размер трансформатора – диаметр, см, стержня сердечника

d= 16,

где S′ – мощность на одном стержне в кВА;  – коэффициент, связывающий высоту обмотки и средний диаметр витка, принимается по табл. 4.1.

_р=₁₂+– приведенная ширина канала рассеяния;

₁₂– изоляционный промежуток между обмотками ВН и НН, определяется по испытательному напряжению обмотки ВН.

Для трансформаторов с напряжением обмотки ВН 110 кВ изоляционный промежуток ₁₂, см, определяется по рис. 3.3.

В предварительном расчете коэффициент Kпринимается по табл. 4.2, К_р– коэффициент приведения идеального поля рассеяния к реальному (коэффициент Роговского), К_р= 0,93+0,97; в предварительном расчете принимается равным 0,95;

f– частота питающей сети (f= 50Гц);

U_кр– реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %.

U_кр=,U_ка=,

где Р_k– потери короткого замыкания, Вт;S– полная мощность трансформатора, кВА; К_с– общий коэффициент заполнения активным сечением стали площади круга:

К_с= К_крК_з,

Здесь К_кр– коэффициент использования площади круга для различного числа ступеней с учетом каналов, а К_з– коэффициент заполнения пакетов сердечника сталью.

Таблица 4.1

Рекомендуемые значения 

а) масляные трансформаторы

Мощность, кВА	Алюминий			Медь
	6 и 10 кВ	25 кВ	110 кВ	6 и 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

б) сухие трансформаторы

Мощность, кВА	Алюминий			Медь
	до 1 кВ	6 и10 кВ	–	до 1 кВ	6 и 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	– – –

Примечания: 1. В таблице приведены значения , рекомендуемые для трехфазных масляных трансформаторов классов напряжения 6, 10, 35 и 110 кВ, отвечающих требованиям ГОСТ 12022-76, 11920-85 и 12965-85 , и для современных трехфазных сухих трансформаторов. 2. Рекомендации даны для стали марок 3404 и 3405 по ГОСТ 21427-83 при толщине стали 0,35 и 0,30 мм и при индукциях В_с =1,61,65 Тл для масляных и В_с =1,41,6 Тл для сухих трансформаторов. 3. Для трансформаторов класса напряжения 110 кВ с РПН принимать значение  на 10  % ниже нижнего предела, указанного в таблице, т. е. принимать 0,9 от 1,6 или 0,9 от 1,5.

Таблица 4.2

Значения коэффициента kв формулеk, см, для масляных трехфазных двухобмоточных трансформаторов с ПБВ, медными обмотками и потерями короткого замыкания по государственному стандарту

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

Коэффициент К_крвыбирается по табл. 4.3, 4.4 и 4.5, а коэффициент К_з– по табл. 4.6.

В_с– индукция в стержне, Тл, выбирается по табл. 4.7.

Таблица 4.3

Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных масляных трансформаторов

Показатель		Прессовка стержня расклиниванием с обмоткой, сечение стержня без каналов
Мощность трансформатора S, кВА		До 16			16	25	40–100	160-630
Ориентировочный диаметр стержня d, м		До 0,08			0,08	0,09	0,1–0,14	0,16–0,18	0,2	0,22
Без прес-сующей плас-тины	Число ступеней	1	2	3	4	5	6	6	7	8
	Коэффициент Ккр	0,636	0,786	0,851	0,861	0,89	0,91–0,92	0,913	0,918	0,928
С прес-сующей плас-тиной	Число ступеней	–	–	–	–	–	–	–	–	–
	Коэффициент Ккр	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Мощность трансформатора S, кВА		1000–1600		2500–6300		10000	16000	25000	32000	80000
Ориентировочный диаметр стержня d, м		0,24–0,26	0,2–0,3	0,32–0,34	0,36–0,38	0,4–0,42	0,45–0,5	0,5–0,56	0,6–0,67	0,71–0,75
Без прес-сующей пласины	Число ступеней	8	8	9	9	11	14	15	16	16
	Коэффициент Ккр	0,925	0,928	0,929	0,913	0,922	0,927	0,927	0,929	0,931
С прес-сующей плас-тиной	Число ступеней	7	7	8	8	10	13	14	15	15
	Коэффициент Ккр	0,900	0,9–0,91	0,912	0,89–0,90	0,907	0,912	0,914	0,918	0,920

Примечания: 1. В коэффициенте К_кр учтено наличие охлаждающих каналов в сечениях стержня. 2. При использовании таблицы для однофазного или трехобмоточного трансформатора его мощность умножить на 1,5.

Теория и практика расчета трансформаторов позволили установить, что выбор величин , В_си К_соказывает существенное влияние на результаты расчета трансформатора: вес его активных материалов – металла обмоток и стали сердечника, потери холостого хода и короткого замыкания и стоимость трансформатора. Выбор этих величин, естественно, должен производиться с учетом характеристик трансформатора, которые желательно получить или которые являются оптимальным для данного трансформатора.

При расчете отдельного трансформатора из данной серии характеристики обычно бывают заданными, и задача выбора исходных данных расчета упрощается.

Таблица 4.4

Число ступеней в сечении стержня современных трехфазных сухих трансформаторов

Мощность трансформатора S, кВА	До10	10	16–100		160–400		630–1000	1600
Ориентировочный диаметр стержня d, м	До 0,08	0,08	0,09–0,14		0,16–0,22		0,24–0,26	0,28–0,32
Число ступеней	3	4	5	6	7	8	7	8
Коэффициент Ккр	0,851	0,877	0,915	0,920	0,930	0,935	0,800	0,820
Наличие продольных каналов	Без каналов						Один канал	Два канала

Примечания: 1. В коэффициенте К_кр учтено наличие охлаждающих каналов в сечениях стержня. 2. До диаметра стержня d = 0,22 м стержень прессуется расклиниванием с обмоткой, при d > 0,22 м прессовка осуществляется бандажами. 3. При использовании таблицы для однофазного трансформатора его мощность умножить на 1,5.

Таблица 4.5

Ориентировочное число продольных по отношению к листам и поперечных охлаждающих каналов. Трехфазные трансформаторы