Глава десятая

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

10.1. ПРИМЕР РАСЧЕТА ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО

ТРАНСФОРМАТОРА ТИПА ТРД-16 000/35, 16 000 кВ∙А, ПБВ,

С МАСЛЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ И ДУТЬЕМ

Задание на расчет трансформатора

Рис. 10.1. Трансформатор ТРД-16000/35. Схема расположения обмоток на стержне трансформатора

Рассчитать трехфазный понижающий трансформатор со следующими данными: номинальная мощность S= 16 000 кВ·А; обмотка НН расщеплена по мощности на две группы, мощность каждой группы 8000 кВ·А; число фаз m = 3; частота f=50 Гц; напряжение обмотки ВН:

напряжение обмотки НН: U₁=10500 B (каждой группы); схема и группа соединения обмоток У/Д —Д—11 —11. Способ охлаждения — естественное масляное с дутьем; характер нагрузки — длительная. Установка наружная.

Переключение ответвлений без возбуждения (ПБВ). Схема расположения обмоток на стержне — на рис. 10.1. Трансформатор должен соответствовать требованиям ГОСТ 11677-85.

Параметры трансформатора: напряжение короткого замыкания и_к = 8,0%, потери короткого замыкания Р_к = 90 000 Вт; потери холостого хода Р_х=21 000 Вт; ток холостого хода ₀=0,6 %.

Расчет основных электрических величин и определение изоляционных расстояний

Расчет проводится для трехфазного трансформатора с плоской шихтованной магнитной системой, с концентрическими обмотками из алюминиевого провода.

Определение основных электрических величин по § 3.2. Мощность одной фазы и одного стержня

S_ф=S'=16000/3=5333кВА

Номинальные токи:

на стороне ВН

на стороне НН

При параллельном соединении двух групп расщепленной обмотки НН мощность трансформатора составляет 16 000 кВ·А.. Каждая группа может работать на изолированную систему мощностью 8000 кВ·А.

Фазные токи:

НН (группы)

Фазные напряжения:

Испытательные напряжения (см. табл. 4.1): обмотки НН U_ИСП2=85 кВ; обмотки НН

U_ИСП1=35 кВ.

По табл. 5.8 выбираем тип обмоток: обмотка ВН при напряжении 38,5 кВ и токе 240 А — катушечная непрерывная; обмотка НН при напряжении 10,5 кВ и токе 254 А — также катушечная непрерывная.

Для испытательного напряжения обмотки ВН U_ИСП2=85 кВ по табл. 4.5 находим изоляционные расстояния (см. рис. 4.5) a₁₂=30 мм; l'₀₂—80 мм; I"₀₂ принимаем увеличенным на 60 мм для размещения прессующих колец (см. прим. 2 к табл. 4.5); таким образом, l"₀₂=140 мм; а₂₂=30мм.

Для испытательного напряжения обмотки НН U’_ИСП1= 35 кВ по табл. 4.4 найдем а'_О1 = 17,5 мм. С учетом размещения в этом канале внутренних отводов расщепленной обмотки НН (примерно 25 мм) примем а₀₁=4О мм.

Определение исходных данных расчета. Мощность обмоток одного стержня S'=5333 кВ·А.

Ширина приведенного канала рассеяния

(см. табл. 3.3, прим. 1); а_р=0,03+0,0512=0,0812 м.

Активная составляющая напряжения короткого замыкания

Реактивная составляющая

Согласно указаниям § 2.3 выбираем трехфазную стержневую шихтованную магнитную систему с косыми стыками на крайних стержнях и комбинированными «полукосыми» на среднем стержне по рис. 2.17,3. Прессовка стержней бандажами из стеклоленты — по рис. 2.18,6 и ярм — стальными балками по рис. 2.21, а. Материал магнитной системы— холоднокатаная текстурованная рулонная сталь марки 3404 толщиной 0,35 мм. Цена 1 кг 0,833 руб. Индукция в стержне В_с = 1,60 Тл (по табл. 2.4). В сечении стержня 14 ступеней, коэффициент заполнения круга k_KP=0,927 (см. табл. 2.5), изоляция пластин — нагревостойкое изоляционное покрытие, З=0,97 (табл. 2.3). Коэффициент заполнения сталью k_C=k_KPk_З=0,097·0,97=0,899 Ярмо многоступенчатое, число ступеней 11, коэффициент усиления ярма Я=1,015 (см. табл. 8.7). Индукция в ярме В_я= 1,6/1,015= 1,576 Тл. Число зазоров в магнитной системе на косом стыке 6, на прямом 2. Индукция в зазоре на прямом стыке В"₃=1,60 Тл, на косом стыке

Удельные потери в стали р_с= 1,295 Вт/кг; р_н= 1,242 Вт/кг. Удельная намагничивающая мощность q_с = 1,795 В·А/кг; —1,655 В·А/кг; для зазоров на прямых стыках q"_з=23 500 В·А/м², для зазора на косых стыках q'_з=3000 В·А/м² (табл. 8.10, 8.17).

Расстояние обмотки ВН от нижнего ярма l'₀=80 мм, от верхнего ярма при наличии прессующего кольца l"₀= 140 мм.

По табл. 3.6 находим коэффициент, учитывающий отношение потерь в обмотках к потерям короткого замыкания k _Д=0,82 и по табл.3.4 и 3.5 — постоянные коэффициенты для алюминиевых обмоток а = 1,06-1,40 = 1,484 и b= 1,25-0,31 =0,388. Принимаем k_р=0,95.

Расчет основных коэффициентов. По (3.30), (3.36), (3.43), (3.44), (3.52) и (3.65) находим коэффициенты

Минимальная стоимость активной части трансформатора имеет место при условиях, определяемых уравнением (3.55). Для рассчитываемого трансформатора

C=A₁/(3B₁)=5809,8/(3·3863,5)=0,501; k_И,Р=1,13;

Решение этого уравнения дает значение=1,435, соответствующее минимальной стоимости активной части.

По (3.61) и (3.66) находим предельные значения по допустимой плотности тока J

по [3.61)].

Значение лежит за пределами обычно принимаемых значений.

Масса одного угла магнитной системы по (3.45)

/p>

Активное сечение стержня по (3.59)

Площадь зазора на прямом стыке П"_з = П_с = 0,1280·х²; площадь зазора на косом стыке

Для магнитной системы по рис. 2.17, а по формуле (8.33) потери холостого хода с учетом табл. 8.10, 8.13 и 8.14

Таблица 10.1. Предварительный расчет трансформатора ТРД-16000/35 с плоской шихтованной магнитной системой и алюминиевыми обмотками

	1,0	1,4	1,8	2,2	2,6	3,0
	1,0	1,088	1,158	1,218	1,27	1,316
	1,0	1,183	1,342	1,484	1,612	1,732
	1,0	1,287	1,554	1,806	2,048	2,28
A1/x=5809/x	5809,8	5350,5	5020,8	4770,5	4580,6	4420,4
A2x2=646,96x2	646,96	765,2	870,3	960,4	1042,5	1122,6
	6456,76	6115,7	5891,1	5730,9	5623,1	5543,0
B1x3=3863,5x3	3863,5	4955,6	5998,5	6950,9	I7900	8780,5
B2x2=234,93x2	234,93	278,2	315,5	348,5	379,0	406,5
GЯ=В1х3+В2х2	4090,43	5233,8	6314,0	7298,6	8279,0	9187,0
GCT=GC+GЯ	10 547,19	11349,5	12 205,1	13 029,5	13 902,1	14 730
GУ=347,07х3	347,07	445,4	539,5	627,6	710,0	793,5
1,554GC	10 060	9485	9150	8920	8730	8600
1,491GЯ	6100	7780	9420	10 880	12 350	13 700
5,336GУ	1852	2380	2875	3350	3785	4248
РХ	18 012	19 645	21 445	23 150	24 865	26 548
ПС=0,128х2	0,128	0,1512	0,172	0,190	0,206	0,222
2,45GC	15 850	15 000	14 420	14 050	13 780	13 600
2,284GЯ	9350	11970	14 410	16 620	18 920	21000
86,26GУ	29 900	38 450	46 500	54 250	61200	68 400
10667,2х2	10 667,2	12 650,5	14 350,0	15 842,2	17220,0	18 500,0
QX	65 767,2	78 070,5	89 680,0	100 762,0	111 120,0	121 500,0
i0,%	0,41	0,49	0,56	0,63	0,695	0,76
	2441,48	2064,5	1825,1	1652,0	1510,8	1413,5
1,03G0	2518,0	2130,6	1881,6	1702,0	1568,5	1455,7
GПР=1,1·1,03 G0	2770	2342,0	2065,5	1871,8	1725,0	1600,5
kO,CGПР=2,566GПР	7100,5	6005,5	5284,6	4800,5	4430,0	4100,5
С'а,ч=kО ,СGПР+GСТ	17 647,69	17355,0	17 489,7	17 830,0	18 332,1	18 830,5
	1,545	1,672	1,785	1,875	1,95	2,03
	17,44	22,45	27,20	31,56	35,5	39,82
d=Ax=0,426x	0,426	0,464	0,493	0,528	0,540	0,561
d12=ad=1·484d	0,633	0,687	0,732	0,784	0,800	0,833
	1,99	1,545	1,28	1,12	0,965	0,870
C=d12+a12+bd+a22	0,858	0,927	0,983	0,997	1,069	1,111

Намагничивающая мощность по (8.44) с учетом табл. 8.17 и 8.20

Далее определяем основные размеры трансформатора

Весь дальнейший расчет, начиная с определения массы стали магнитной системы, для шести различных значений (от 1 до 3) проводится в форме табл. 10.1.

Результаты расчетов, приведенные в табл. 10.1, показаны в виде графиков на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Трансформатор ТРД-16000/35. Зависимость Р , i₀и С_а,ч от

Предельные значениядля заданных потерь холостого хода Р = 21000 Вт, Предельное значениедля заданного тока холостого хода i₀=0,6%составляетРанее были установлены предельные значения, ограниченные плотностью тока,

С учетом заданных критериев выбираем значение=1,6; соответствующее ему значение d по шкале нормализованных диаметров составляет 0,480 м. В этом случае стоимость активной части отличается от минимального значения не более чем на 1 %, а потери и ток холостого хода оказываются ниже заданного значения.

Определение основных размеров (по § 3.6). Диаметр стержня

Средний диаметр обмоток НН и ВН

d₁₂=1,484·0,48=0,713м.

Ориентировочная высота обмоток

Активное сечение стержня по табл. 8.7

П_С=0,97·1688,9·10^-4=0,1635м²

Напряжение одного витка предварительно

u_В=4,44·50·1,6·0,1635=58,15В.

Число витков в обмотке НН

принимаем 181 виток.

Уточнение напряжения одного витка

u_B=10500/181=58,05B.

Средняя плотность тока в обмотках