ІПЕМтаТ_Коцур / Лекц 2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРА

РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТРАНСФОРМАТОРА

3.1ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТ И СХЕМА РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРА

Взадании на проект двухобмоточного трансформатора должны быть указаны следующие данные:

полная мощность трансформатора S, кВ·А;

число фаз m;

частота f, Гц;

номинальные линейные напряжения обмоток высшего и низшего напряжений U2 и U1, В; способ регулирования напряжения -

переключение без возбуждения (ПБВ) или регулирование под нагрузкой (РПН), число ступеней, напряжение ступени и пределы регулирования напряжения;

схема и группа соединения обмоток;

способ охлаждения трансформатора;

режим нагрузки – продолжительный, кратковременный или другой.

При кратковременном или другом режиме должны быть указаны его параметры – продолжительность работы и интервалов и отдаваемая трансформатором мощность (или ток);

характер установкивнутренняя или наружная, т.е. внутри помещения или на открытом пространстве.

Кроме этих данных в задании указываются параметры трансформатора:

напряжение короткого замыкания Uк, %;

потери короткого замыкания Рк, Вт;

потери холостого хода Рх, Вт;

ток холостого хода iо, %.

Если в двухобмоточном трансформаторе предусматривается расщепление обмоток на две части, то должны быть указаны напряжения двух частей обмотки НН. Номинальная мощность каждой из этих частей

обычно принимается равной половине номинальной мощности трансформатора.

Для трехобмоточного трансформатора указывают мощности каждой из трех обмоток, если они различны (номинальной считается наибольшая из мощностей трех обмоток), номинальные напряжения трех обмоток,

соответственно схемы и группы соединения обмоток, три значения напряжения короткого замыкания, отнесенного к номинальной мощности трансформатора, и три значения потерь короткого замыкания для трех пар обмоток ВН и СН, ВН и НН, СН и НН.

В задании на расчет силового автотрансформатора обычно указывается его «проходная» мощность Sпрох, равная произведению линейного напря-

жения U на линейный ток, Sпрох = UI·10-3 у однофазного и Sпрох = UI·10-3 у трехфазного автотрансформатора. В задании указываются также первичное U

и вторичное U' номинальные линейные напряжения и сетевое напряжение короткого замыкания u к,с, т. е. отнесенное к большему из двух номинальных напряжений - U или U'.

Схема расчета трансформатора

1.Определение основных электрических величин :

линейных и фазных токов и напряжений обмоток ВН и НН;

испытательных напряжений обмоток;

активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания.

2.Расчет основных размеров трансформатора :

выбор схемы, конструкции и технологии изготовления магнитной системы;

выбор материала обмоток;

предварительный выбор конструкции обмоток ;

выбор конструкции и определение размеров основных изоляционных промежутков главной изоляции обмоток;

предварительный расчет трансформатора и выбор соотношения основных размеров β с учетом заданных значений uк, Рк и Рх ;

определение диаметра стержня и высоты обмотки, предварительный,

расчет магнитной системы.

3.Расчет обмоток НН и ВН :

выбор типа обмоток НН и ВН;

расчет обмотки НН;

расчет обмотки ВН.

4.Определение параметров короткого замыкания:

потерь короткого замыкания - основных и добавочных в обмотках,

добавочных в элементах конструкции;

напряжения короткого замыкания;

механических сил в обмотках.

5.Окончательный расчет магнитной системы. Определение параметров холостого хода:

размеров пакетов и активных сечений стержня и ярма;

массы стержней и ярм и массы стали;

потерь холостого хода;

тока холостого хода.

6.Тепловой расчет и расчет системы охлаждения:

поверочный тепловой расчет обмоток;

расчет системы охлаждения (бака, радиаторов, охладителей).

Определение габаритных размеров трансформатора;

превышений температуры обмоток и масла над воздухом;

массы масла и основных размеров расширителя.

3.2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин - мощности на одну фазу и стержень, номинальных

мощность на одном стержне

S' = S/c, (3.2)

где с - число стержней трансформатора; S - номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

Для трехобмоточного трансформатора под мощностью S понимают наиболь-

шее из трех значений номинальной мощности для обмоток ВН, СН и НН.

Номинальный (линейный) ток обмотки ВН, СН и НН трехфазного трансформатора, А,

где S - мощность трансформатора, кВ·А; для трехобмоточного

трансформатора S - мощность соответствующей обмотки ВН, СН или НН;

U - номинальное линейное напряжение соответствующей обмотки, В.

Для расщепленных обмоток S — мощность соответствующей части обмотки. В трансформаторах классов напряжения 35—500 кВ, отвечающих требованиям современных стандартов, расщепление обмотки производится

Потери короткого замыкания, указанные в задании, дают возможность определить активную составляющую напряжения короткого замыкания, %:

где Рк—в Вт; S—в кВ·А.

Реактивная составляющая при заданном ик определяется по формуле

uк.з uк2 u (3.10)

Расчет основных электрических величин для автотрансформатора имеет некоторые особенности. Типовая или расчетная мощность

может быть определена по заданным проходной мощности Sпрох и

номинальным напряжениям U и U':

Рис. 3.2. Схема соединения обмоток однофазного двухобмоточного повышающего автотрансформатора

Рис. 3.2. Схема соединения обмоток однофазного двухобмоточного понижающего автотрансформатора

для понижающего автотрансформатора (рис. 3.3)

Sтип = Sпрох= kв Sпрох

Коэффициент kв=(U'-U)/U' для повышающего или kв=(U-U')/U для понижающего автотрансформатора, показывающий, какую долю составляют типовая (расчетная) мощность Sтип от проходной мощности Sпрох, иногда называют коэффициентом выгодности автотрансформатора (kв<1)

Для трехфазного автотрансформатора (рис. 3.4) с обмотками,

соединенными в звезду, под U и U' в (3.12) следует понимать линейные напряжения. Соединение обмоток в треугольник для силовых автотрансформаторов обычно не применяется.

Рис. 3.4. Схема соединения обмоток трехфазного двухобмоточного повышающего трансформатора

Коэффициент kв всегда меньше единицы и Sтип<Sпрох, т.е.

автотрансформаторная схема требует меньшей расчетной мощности и,

следовательно, меньшего расхода материалов, а также обладает более высоким КПД, чем трансформаторная. Применение автотрансформаторов в этом отношении тем выгоднее, чем ближе отношение U'/U к единице, т.е. чем меньше изменяется напряжение сети при помощи автотрансформатора.

Номинальные линейные токи для трехфазных и однофазных автотрансформаторов рассчитываются, так же как и для трансформаторов, по

(3.3) и (3.4). Расчет токов отдельных обмоток со схемами по рис. 3.2 и 3.3

производится по формулам:

для повышающего однофазного автотрансформатора (рис. 3.2)

I2 = I'; I1= I - I2 = I - I',

для понижающего однофазного автотрансформатора (рис. 3.3)

I2 = I; I1= I - I2 = I' - I.

Для трехфазного автотрансформатора с соединением обмоток в звезду токи обмоток находятся также по этим формулам. I и I' - номинальные линейные токи автотрансформаторов, найденные по (3.3) и (3.4).

Напряжения отдельных обмоток U1 и U2, В, для однофазного автотрансформатора:

повышающего (рис. 3.2)

U1=U; U2=U' - U,

понижающего (рис. 3.3)

U1= U'; U2=U - U',

Для трехфазного автотрансформатора с соединением обмоток в звезду под U

и U' в этих формулах следует понимать фазные напряжения автотрансформатора:

U= Uл/ и U'= U'л/,

где Uл и U'л - номинальные линейные напряжения автотрансформатора по заданию.

Напряжение короткого замыкания ик для автотрансформатора обычно задается как сетевое uк,с т. е. относительно большего из двух сетевых напряжений U и U'. При расчете основных размеров автотрансформатора необходимо знать расчетное напряжение uк,p т. е. отнесенное к напряжению одной из обмоток U1 или U2. Для понижающего и повышающего автотрансформатора ик,р может быть найдено по формуле

ик,р = ик,с/ kв.

После определения расчетной мощности, токов и напряжений обмоток и расчетного напряжения короткого замыкания между обмотками ВН и СН расчет автотрансформатора производится по этим данным так же, как и обычного трансформатора.

3.3 ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Выбор основных размеров магнитной системы вместе с основными размерами обмоток определяет главные размеры активной части и всего трансформатора. Рассмотрим двухобмоточный трансформатор с плоской магнитной системой стержневого типа со стержнями, имеющими сечение в форме симметричной ступенчатой фигуры, вписанной в окружность, и с концентрическим расположением обмоток. Магнитная система такого трех-

фазного трансформатора с обмотками схематически изображена на рис. 3.5.

Диаметр d окружности, в которую вписано ступенчатое сечение стержня, является одним из его основных размеров. Вторым основным размером трансформатора является осевой размер l (высота) его обмоток.

Обычно обе обмотки трансформатора имеют одинаковую высоту. Третьим основным размером трансформатора является средний диаметр витка двух обмоток, или диаметр осевого канала между обмотками d12, связывающий диаметр стержня с радиальными размерами обмоток a1 и а2 и осевого канала между ними a12.

Если эти три размера выбраны или известны, то остальные размеры,

определяющие форму и объем магнитной системы и обмоток, например высота стержня lс, расстояние между осями соседних стержней С т.д., могут быть найдены, если известны допустимые изоляционные расстояния от

обмоток ВН до заземленных частей и до других обмоток (а12, а22, lо).

Два основных размера, относящихся к обмоткам d12 и 1с, могут быть связаны отношением средней длины окружности канала между обмотками

Рис. 3.5. Основные размеры трансформатора

Величина β определяет соотношение между диаметром и высотой обмотки. Значение β может варьироваться в широких пределах и практически изменяется в масляных и сухих трансформаторах существующих серий в пределах от 1 до 3,5. При этом меньшим значениям β соответствуют трансформаторы относительно узкие и высокие, большим— широкие и низкие. Это наглядно показано на рис. 3.6, на котором представлены два трансформатора одинаковой мощности, одного класса напряжения, рассчитанных при одинаковых исходных данных (Вс, kс), с

одинаковыми параметрами короткого замыкания (Рк и uк) для значений β = 1,2 и 3,5.

Различным значениям β соответствуют и разные соотношения между массами активных материалов - стали магнитной системы и металла обмоток.